6063铝合金螺旋挤压过程数值模拟与组织性能研究

建立了一种截面对称的铝合金螺旋型材挤压模型,通过具有螺旋型腔的模具挤压实现铝合金螺旋型材的近净成形。基于DEFORM-3D有限元数值模拟及挤压实验,研究了铝合金坯料在挤压过程中温度场、速度场、应变场以及应力场等物理场量的分布规律,对挤压型材的晶粒组织、微观特性及硬度分布进行预测与分析。结果表明,6063铝合金在挤压温度为450℃、挤压比为22的螺旋挤压过程中,同一截面上,坯料的温度分布是不均匀的,呈螺旋梯度分布,且边部区域的应力应变、挤压速度要大于中心区域。坯料在模具型腔内流动时,与工作带接触的部位变形最为强烈,应力应变整体上升。微观组织分析表明,在螺旋挤压过程中坯料发生动态再结晶,同一截面上,晶粒沿螺旋方向偏转分布,型材边部比中部晶粒更为均匀细小,表明变形程度大的区域晶粒细化更为明显。硬度的分布呈现从中部到边部逐渐增强的趋势,表明变形程度是影响硬度分布的关键因素。     

TC4钛合金型材挤压过程有限元模拟

利用有限元软件Deform-3D对TC4钛合金L型截面型材的挤压过程进行了模拟。研究了挤压速度对型材成形的影响,分析了挤压过程中型材的应力应变分布。结果表明,L型型材截面拐角处变形量最大,是挤压过程中易于产生缺陷的危险区域。此外,通过微观组织观察验证了有限元模拟的准确性。     

挤压态6082铝合金热变形行为及组织

使用Gleeble-3500热模拟试验机研究了6082铝合金在变形温度为350～500℃、应变速率为0.01～10 s^-1条件下沿挤压变形方向的热变形行为，得到了真应力-真应变曲线，并建立了本构方程。为了研究挤压态6082铝合金型材的热加工性能，绘制了应变ε=0.3、0.9和峰值应力下的热加工图，并利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计等设备分析了热压缩后的显微组织、第二相尺寸和材料硬度变化。结果表明：热压缩过程中，挤压态6082铝合金的强度无明显降低，主要软化机制为动态回复；第二相含量随着变形温度的升高逐渐降低，而第二相破碎程度随之升高，且维氏硬度也随之增大。经计算，挤压态6082铝合金的热变形激活能为205.74 kJ·mol^-1,该合金较好的热加工工艺范围为465～500℃/0.01～0.7 s^-1。     

铝合金空心型材挤压截面内凹变形有限元分析及模具结构优化设计

截面变形是复杂空心型材挤压过程中经常遇到的难题,实际生产中需通过反复试模、修模才能得到合格的产品。针对6063铝合金空心型材截面内凹问题,采用数值模拟方法获得了挤压过程中不同方向上的金属流速及模具焊合室内不同高度的压力分布,分析与讨论了产生缺陷的原因,并优化了模具结构。模拟仿真结果表明,添加阻流块后挤压过程中型材不同位置和不同方向上的流动速度更加均匀,挤出型材向内凹的现象得到改善。实测结果显示,采用改进后的模具结构,挤压型材最大内凹量减小为0.15 mm,可以满足实际应用要求。     

带拐角大尺寸悬臂空心铝型材挤压数值模拟与模具设计

针对带拐角大尺寸悬臂空心铝型材,建立三维挤压模和数值仿真模拟分析模型,结合常规等速挤压工艺参数,使用Hyper Xtrude有限元数值分析软件对型材挤压过程进行数值仿真模拟,分析铝合金金属在型腔内流动变形的形态、压力、速度以及模具结构内部应力、弹性变形位移等主要物理场量的数值分布情况,依据挤压过程数值仿真模拟结果对模具设计方案进行验证。实践应用效果表明:有限元数值模拟分析方法可以缩短铝型材设计研发生产周期、减少试模次数、提高生产效率和成品率、降低型材挤压生产成本。     

挤压工艺对7046铝合金型材组织与性能的影响

采用金相观察、SEM分析、力学性能测试等方法,研究了挤压工艺对7046铝合金型材显微组织与力学性能的影响。结果表明:随着挤压温度和挤压速度的提高,合金的未溶相逐步溶入基体中,达到固溶强化的效果。但当挤压温度过高和挤压速度过低时,合金中的纤维组织发生静态回复再结晶,同时又析出稳定的第二相,经120℃24 h人工时效后,合金型材的强度降低,伸长率升高。7046铝合金型材的最佳挤压工艺为挤压温度500℃,挤压速度4 m/min。     

轨道车辆用超宽幅薄壁铝型材的挤压速度仿真优化

挤压速度是铝型材挤压过程中的一个重要工艺因素,对挤压力、生产率和挤压产品的质量等具有直接影响。以某轨道车辆用6N01铝合金型材为例,在Hyper Xtrude商业软件平台上,采用不同的挤压速度对其稳态挤压成形过程进行数值模拟仿真,获得了挤压过程的挤压力、温度场及速度场的变化情况。结果表明:随着挤压速度的增大,挤压力、金属的出口温度及不均匀性增大。根据数值模拟结果与理论分析,确定了该规格6N01铝合金型材在150 MN挤压机上的合理挤压速度范围为0.6~0.9 mm·s-1。在实际试模生产中,采用数值模拟优化的工艺参数进行挤压,挤出合格的型材,验证了数值模拟的可行性。     

基于有限元法的空心铝型材挤压过程瞬态分析

采用有限元软件,对一非对称截面列车上侧梁型材挤压分流、焊合直至稳态挤出的整个非稳态过程进行了数值模拟。着重研究了挤压成形过程中变形体的速度、温度、应变速率等物理场量的分布与变化情况,以及模具应力分布情况。针对模拟过程中出现的挤出物前端存在严重变形的问题,对模具的二级焊合室尺寸、阻流块高度以及工作带尺寸作出优化。模具结构优化后模孔出口截面速度均匀性得到明显改善,其速度差从22 mm·s-1减小到7 mm·s-1。通过分析等效应变速率与温度分布的关系,发现坯料温度升高所需的热量主要来源于坯料变形产生的塑性变形能。通过模具应力分析得知模具在各挤压阶段的应力分布情况。     

基于HyperXtrude的铝合金矩形型材挤压工艺优化设计

采用HyperXtrude软件模拟了7005铝合金矩形型材的挤压过程,系统地研究了7005铝合金矩形型材挤压温度与挤压速度对挤压结果的影响。结果表明:合金的应力随挤压温度的增大而减小,挤出型材温度随挤压温度的升高而升高。合金的应力随挤压速度的增大而增大,挤出型材温度随挤压速度的增大而升高。适宜的挤压工艺为:挤压温度450℃、挤压速度6 m/min。     

大宽厚比大尺寸空心铝型材的模具优化设计

大宽厚比大尺寸空心铝型材模具结构复杂,针对传统单纯依赖设计者的经验的模具设计方法周期长成本高的问题,提出采用任意拉格朗日欧拉算法的HyperXtrude软件对一种大宽厚比大尺寸空心铝型材初始模具的挤压过程进行了数值模拟,通过型材模具出口速度场和变形场的分析,提出了采用调整导流孔、增设阻流坎、开设引流槽的方法对金属的流动情况进行粗调,然后通过调整工作带长度的方法对金属流速进行细调的模具优化方法,使金属在模具内的流动更加均匀顺畅,型材的截面出口速度更加均匀,变形量显著减小。对比了模具优化前后的型材出口的温度场和应力场,发现优化后型材出口温度和应力有所减小,且分布更加均匀。按照仿真模具和工艺参数在90 MN挤压机上进行验证,结果基本和仿真效果一致,型材的质量符合要求。     

基于ALE有限元法的铝型材挤压成形的数值模拟

运用基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)有限元法的专用模拟软件HyperXtrude对一空心铝合金型材挤压过程进行稳态模拟,获得挤压稳态阶段金属流动的速度场、温度场、应变速率场和应力场的分布规律,并对模拟结果与实际的试模情况进行了对比分析,二者变形趋势基本吻合,证明该方法可以预测实际挤压过程中可能出现的潜在缺陷,为工艺参数的选择和模具设计提供了理论依据。     

高强韧性变形铝合金的制备

铝合金是应用广泛的金属材料,但铝合金的强度不高,这在很大程度上限制了铝合金的应用范围.本研究利用多向锻造及时效处理技术加工变形铝合金.结果表明,试样组织显著细化且超细的第二相微粒弥散分布,抗拉强度和硬度大幅度增加且塑性良好,抗拉强度、硬度和伸长率分别为386.1 MPa、120 HV和11.02％;强度和硬度大幅度提高是由于组织显著细化和超细第二相微粒弥散分布；多次累积应变和时效处理能改善晶界状态,使锻件塑性增强.     

铝合金螺旋面挤压过程数值模拟及模具优化

采用模拟软件Deform-3D基于热力耦合对6063铝合金螺旋面型材挤压成形过程进行模拟,获得了挤压过程中载荷-时间曲线、应变场、应力场、速度场及金属流动情况。结果表明,金属流出工作带后,在同一截面内的应力、应变分布不均,型材内部金属发生回弹运动,使螺旋面的螺旋升角变小。针对上述问题,提出在模具工作带后面增设可拆卸式矫正器的方法,保证铝合金螺旋面螺旋角度的精度。最后,通过实验验证了这一方法的可行性,模具优化后螺旋面螺旋升角由11.96°提高至20.99°,螺旋面精度提高了33.7%。     

基于有限体积法的异形空心型材挤压模具设计

采用有限体积法,对异形空心铝合金型材挤压过程进行数值模拟,得到了挤压过程中材料流动速度场、应力场、应变场、温度场和挤压力的分布规律。以数值模拟结果为依据,针对模具设计存在的问题提出了解决方案,并通过分析得到了模具的最佳设计方案。结果表明：对于薄壁、结构复杂的异型空心型材,挤压模具设计的关键是合理地分配金属流量和平衡金属的流动速度。     

6005A铝合金型材挤压焊缝力学性能与显微组织研究

通过测试6005A铝合金型材的力学性能以及观察挤压焊缝与母材的显微组织,判断铝合金型材的薄弱位置,研究薄弱位置力学性能与显微组织的差异及其产生原因.结果表明:挤压焊缝与母材显微组织均为Mg2Si,均匀分布于铝基体中,但挤压焊缝处Mg2Si更粗大,分布更杂乱.挤压焊缝处晶粒形状主要为条状晶粒及细小的等轴晶粒,平均晶粒尺寸为15.5μm.在热挤压过程中,挤压焊缝处晶粒尺寸的不均匀性增大,晶粒间在变形时的协调性变差,在拉伸过程中易产生裂纹导致材料强度降低,成为铝合金型材的薄弱位置.6005A铝合金型材硬度平均值为88.176 HBW,最小值为81.7 HBW且出现在挤压焊缝处.取样位置6断后伸长率最小(4.5％),判断取样位置6为该型材最薄弱位置.     

形变热处理工艺对2A16铝合金挤压棒显微组织及性能的影响

研究了2A16铝合金挤压棒材形变热处理工艺条件(形变量和时效制度)变化对其组织和性能的影响。结果表明,固溶处理后随着形变量的增加,合金硬度随之增加,当形变量达到50%左右时其硬度最高,随后随形变量增加其硬度略有下降;通过金相观察发现,形变热处理后合金晶粒细化且可观察到明显的析出相。综合考虑,2A16铝合金形变热处理的最佳工艺制度为固溶处理(530℃2h)+冷变形(20%)+时效(170℃12h)。     

挤压速度对铝合金型材挤压过程的影响分析

利用有限元软件Deform-2D建立了铝合金型材挤压成形的有限元模型,分析其成形过程,揭示了挤压速度对热挤压成形过程中坯料温度场、最大损伤值场和模具载荷的影响规律。结果表明,随着挤压速度的增大,最高温度逐渐升高,最大损伤值呈现先减小后增大的趋势,模具载荷略有增加。依据模拟结果,可为铝合金型材挤压选择合适的挤压速度提供理论基础。     

TC4钛合金Y型材热挤压成形工艺优化及组织演变

采用控制单一变量法设计型材挤压试验,通过DEFORM-3D有限元软件模拟分析不同挤压模角、挤压温度和挤压速度对热挤压成形过程中金属流动、等效应力、等效应变及最大挤压力的影响。模拟结果表明,当选择挤压模角45°、挤压温度1050℃和挤压速度120mm·s^-1时,TC4钛合金Y型材挤压变形过程中的挤压力最小且产品表面质量最好。基于模拟结果,对钛合金Y型材进行挤压工艺试验并观察挤出产品的金相组织。试验结果表明,在挤压模角、温度和速度选择合理的情况下,可以挤出表面、平直度、尺寸等合格质量的TC4钛合金Y型材且挤压后微观组织得到了细化。     

数值仿真法在铝型材挤压成形模具设计与优化中的应用研究（英文）

针对某一截面较大、形状较为复杂的铝合金型材,研究了该铝型材的挤压工艺、并进行了模具设计。基于ALE的有限元软件Hyper Works,建立该铝型材挤压成形有限元数值仿真模型,对挤压过程进行数值仿真研究,从而获得型材挤压过程金属流动规律。根据仿真结果,分析了焊合室各层高度、尺寸形状和模具结构参数对型材挤压速度分布、材料粒子运动轨迹以及应力应变分布等金属流动行为的影响规律,并对模具结构参数进行优化设计。计算结果表明:优化设计后的模具可以使模具出口处金属流动的速度相对比较均匀,减小产品扭曲变形程度,较好地满足该型材截面形状和尺寸精度方面的要求。     

数值仿真法在铝型材挤压成形模具设计与优化中的应用研究

针对某一截面较大、形状较为复杂的铝合金型材,研究了该铝型材的挤压工艺、并进行了模具设计.基于ALE的有限元软件HyperWorks,建立该铝型材挤压成形有限元数值仿真模型,对挤压过程进行数值仿真研究,从而获得型材挤压过程金属流动规律.根据仿真结果,分析了焊合室各层高度、尺寸形状和模具结构参数对型材挤压速度分布、材料粒子运动轨迹以及应力应变分布等金属流动行为的影晦规律,并对模具结构参数进行优化设计.计算结果表明:优化设计后的模具可以使模具出口处金属流动的速度相对比较均匀,减小产品扭曲变形程度,较好地满足该型材截面形状和尺寸精度方面的要求.