ZK60镁合金薄壁矩形管等温挤压仿真研究

合理的挤压速度规范是实现车架用ZK60薄壁矩形管等温挤压成形的关键因素。本文基于Deform-3D平台,以ZK60镁合金薄壁矩形管为研究对象,结合Pro/E软件,对该零件的等温挤压过程进行数值模拟分析,获得了该规格薄壁矩形管的等温挤压成形温度范围及确定了等温挤压速度规范。最后,通过实验验证了本文建立的有限元模型和该ZK60镁合金薄壁矩形管等温挤压速度规范优化结果的正确性。     

大尺寸ZK60镁合金型材挤压成形数值模拟及实验研究

应用HyperXtrude有限元模拟软件,对大宽厚比ZK60镁合金型材正挤压成形过程进行了数值模拟,优化了模具结构,研究了不同挤压速度对型材成形效果的影响。对模拟得到的速度、位移、应变和温度场进行分析,优化了挤压工艺。在挤压温度为350℃,挤压速度为20mm·s-1下进行正挤压试验,成功挤出宽度225mm,厚6mm的ZK60镁合金型材。型材横截面微观组织为动态再结晶组织,晶粒沿变形方向被拉长,变形中的温度场和金属流动方向是影响微观组织的主要因素。对该型材采用不同热处理工艺处理后进行力学性能测试。结果表明,该型材经250℃保温2h的退火工艺可以获得较高的综合力学性能。     

一种新型四代镍基粉末高温合金挤压过程数值模拟及试验验证

采用正交设计与有限元模拟相结合的方法对热等静压态的一种新型四代镍基粉末高温合金包覆挤压工艺进行了优化设计,分析了坯料初始温度、挤压速度、模具模角等关键参数对挤压棒材的应变、温度分布及成形载荷的影响.结果表明:随着挤压速度、模角的增大,挤压棒材的温度、应变及挤压载荷升高;随坯料初始温度的升高,挤压棒材温度升高,挤压载荷降低;坯料初始温度、挤压速度对应变分布无影响.基于模拟结果给出的优化热挤压参数为:坯料初始温度1090-1100℃,挤压速度30～40 mm/s,模角40°.采用优化的工艺参数组合进行热挤压试验,获得了晶粒度10级以上的热挤压细晶棒材.     

AZ31镁合金薄壁管分流挤压速度影响规律仿真研究

基于DEFORM-3D平台,以军用战地发射塔天线用AZ31镁合金薄壁管分流挤压工艺过程为研究对象,研究建立了精确、高效的AZ31镁合金薄壁管分流挤压有限元模型。模拟研究揭示了挤压速度对挤压力、焊合压力及模口坯料金属峰值温度的影响规律。基于所得规律,综合考虑挤压力、焊合质量及挤出管材表面质量要求,获得了该规格AZ31镁合金薄壁管在2000t挤压机上的合理挤压速度范围为3.5~7mm/s。     

P-ECAP挤压ZK60镁合金空心壁板工艺参数优化

为了确定合理的工艺参数可行域,利用有限元法模拟了ZK60镁合金空心壁板挤压成形宏观场变量分布,并通过实验验证了模拟结果。研究分三个步骤,首先通过等温热压缩实验获得ZK60镁合金应力应变关系,其工艺参数覆盖典型的加工工艺状态;其次,建立不同工艺参数的有限元模型;最后,根据等效应变、温度场、速度场分析确定工艺参数可行域。结果表明:坯料温度度400~420℃时,等效应变和温度场分布不均匀;480℃时,等效应变分布均匀,但出口温度太高,超过520℃。在挤压速度为5~7.5 mm/s时,温升小,温度均匀性好;挤压速度大于10 mm/s,温升大,温度不均匀;挤压速度越大,流速场越不均匀。因此,合适的温度为440~460℃,挤压速度小于7.5 mm/s。     

Al/Mg双金属等温挤压过程与材料流动特性研究

基于刚粘塑性有限元法,采用Deform-3D有限元软件对Al/Mg双金属等温挤压过程进行了数值模拟。系统地研究了挤压速度、挤压温度、模角等关键工艺参数对双金属棒材尺寸均匀性以及成形载荷的影响。获得了最佳挤压工艺参数,并进行了挤压试验验证。结果表明:受金属流动的影响,在双金属棒材端部出现一部分内层镁合金缺失现象;三种工艺参数对等温挤压过程的影响程度是:模角挤压温度挤压速度;数值模拟的结果与试验数据基本吻合。     

基于有限元的镁合金连续挤压-剪切极限图及实验验证

ES挤压极限图(挤压速度-温度机制)能够描述挤压剪切工艺参数对棒材质量的影响,并可优选挤压-剪切工艺参数,本文建立了AZ31镁合金的三维有限元热力耦合模型及计算机仿真条件,模拟了不同挤压速度和预热温度下,ES挤压过程的模口的温度演变和挤压力随时间演化规律,通过对模拟结果数据的线性拟合得到一系列的方程,根据这些方程初步建立了挤压比为32.1时的连续挤压剪切极限图。设计并制造了适合于卧式挤压机上的ES挤压剪切模具,通过挤压工艺试验对所得的挤压极限图进行了验证,结果吻合的很好。ES挤压极限图为设计和加工模具,为生产出表面质量合格的镁合金棒材提供了理论和实践依据。     

C10100铜合金管挤压成形过程的有限元模拟

研究挤压成形工艺中的挤压速度、挤压温度和凹模圆角半径各工艺参数对挤压件成形质量的影响规律。采用有限元模拟软件Deform-2D建立了C10100铜合金的热挤压有限元模型,坯料的成形流变性能按其数学模型从该模拟软件数据库中选取。选择挤压速度分别为40,50和60 mm·s-1,挤压温度为850,900和950℃,凹模圆角半径为10,15,20和25 mm,比较在不同挤压参数下的等效应变值与最大挤压力值的差异。研究结果表明,当最佳工艺参数为:挤压速度50 mm·s-1、挤压温度950℃、凹模圆角半径10 mm时,所得到的挤制管材的表面光洁度及内部组织满足工程应用要求。     

EW75镁合金反挤压成形的有限元模拟

通过热模拟压缩实验得到EW75镁合金的流动应力-应变曲线,应用DEFORM-3D软件建立材料模型,基于刚塑性有限元法,对EW75镁合金反挤压过程进行数值模拟。分析了挤压过程的载荷-行程曲线,以及坯料内部的应力、应变、速度等分布,并对挤压温度和挤压速度对反挤压过程的影响做了分析。模拟结果表明:EW75镁合金的反挤压最佳工艺为变形为500℃、挤压速度为5 mm/s。模拟结果为AZ80镁合金管材挤压工艺参数的制定、优化提供了科学依据。     

往复挤压温度对ZK60镁合金组织与性能的影响

采用往复挤压工艺，对ZK60镁合金进行不同温度往复挤压，分析往复挤压温度对组织和性能的影响。结果表明：在315℃、335℃和355℃往复挤压ZK60镁合金，其中335℃时晶粒细化效果最好，材料的综合力学性能最佳。往复挤压工艺可以显著降低ZK60镁合金的热膨胀系数，提高ZK60镁合金的热稳定性。     

模具结构对AZ91镁合金挤压成形性能的影响

AZ91镁合金由于强度高、流动性好等特点,通常用作铸造合金。研究该合金合理的挤压温度、挤压速度及模具结构,对提高其塑性成形性能、开发高强度变形镁合金有重要的理论和实际意义。文章通过热模拟试验研究了AZ91镁合金应力应变关系,确定了最佳变形温度。在此基础上,采用三维有限元法模拟分析了不同挤压速度、模具结构对挤压过程温度场、速度场及应力场的影响。结果表明,采用锥模和流线模时,当定径带长度为15mm~20mm时,可在挤压速度达到5mm/s的条件下成形出表面光滑无裂纹的镁合金棒材;而采用平模挤压时,当定径带长度为10mm~20mm时,获得良好表面质量的挤压速度达到2.5mm/s。在650t的卧式挤压机上,进行了该合金的挤压实验,实验结果与模拟结果相吻合。     

AZ31镁合金薄壁管材反挤压成形的有限元模拟

根据AZ31镁合金流动应力-应变曲线建立了材料模型,应用Deform-3D软件对AZ31镁合金薄壁管材反挤压过程进行了有限元模拟,分析了挤压过程中坯料和管材内部温度场、损伤因子及流动速率的分布情况,着重探讨了不同挤压温度、挤压速度和模角对最高温升、等效应力、流动速率及挤压力峰值的影响。结果表明,AZ31镁合金薄壁管材反挤压的最佳工艺参数:挤压温度为310℃、挤压速度为1mm/s、模角为60°。     

Mg-3Sn合金棒材的挤压数值模拟与试验验证

对Mg-3Sn合金棒材的挤压工艺进行了数值模拟,通过改变挤压比、挤压温度和挤压速度的方法优化了挤压工艺,并在优化工艺参数下进行了Mg-3Sn合金棒材的挤压加工。结果表明,Mg-3Sn合金棒材的最佳挤压比为21,挤压温度为380℃,挤压速度为3 mm/s。优化工艺下的挤压棒材晶粒组织已经得到细化,且有变形挛晶和等轴晶产生,组织较为致密,未见孔洞、挤压变形层等缺陷,棒材的抗拉强度和屈服强度都有较大幅度的提高,而断后伸长率略有降低或者基本不变。Mg-3Sn合金棒材的挤压工艺数值模拟结果与试验结果较为一致。     

大长径比管坯挤压工艺数值模拟及试制

采用Deform-2D有限元软件对大长径比管坯挤压试制工艺进行了数值模拟。根据挤压模和挤压模套构建的不同挤压模角(入口锥角2α)与坯料不同的加热工艺参数组合建立模拟仿真模型，研究挤压过程中制品的温度场和速度场的分布规律，优化金属坯料挤压“死区”。数值模拟结果表明，随挤压模角的增加(100°、140°、180°),金属流经挤压模变形区P1、P2、P4、P5和P6点的速度波动范围从30～90 mm·s^-1扩大至5～150 mm·s^-1;通过合理选择模角、提升金属流动均匀性、将挤压载荷控制在合理范围可以有效控制产品表面质量。在3.6×10⁴ t黑色金属垂直挤压机上一次性挤压试制成功，试制生产情况与模拟结果一致，经检测试件性能显著提高，材料利用率提升27%。     

基于管材挤压实验的ZK60镁合金本构关系模型

根据管材挤压实验建立了适合于ZK60镁合金管材挤压变形时的材料本构关系模型。对ZK60镁合金进行了管材热挤压实验研究。根据管材热挤压实验数据以及Arrhenius型材料本构模型,确定了适合于ZK60镁合金管材挤压变形时的材料本构关系模型,该本构关系模型的计算相对误差小于9.2%,本文确定的本构关系模型的适用温度范围为270~330℃,应变速率范围为1.29~5.15s-1。     

热挤压AZ80镁合金管材的组织与力学性能

对AZ80镁合金管材的挤压工艺进行研究,对挤压前后材料的组织与力学性能进行分析。结果表明,经过热挤压后,镁合金的晶粒细化,力学性能有较大提高。晶粒尺寸由挤压前铸态的28μm细化到挤压后的4μm,抗拉强度由162 MPa提高到265 MPa,屈服强度由74 MPa提高到180 MPa,伸长率由4%提高到14%。随着挤压比的增加,晶粒细化明显,伸长率和屈服强度增加。对于挤压AZ80镁合金管材,合理的挤压工艺参数：挤压比为18.2,坯料温度为390℃,模具预热温度为360℃,挤压速度为1 mm/s,凹模锥半角为60°-70°。     

行星圆柱齿轮正挤压成形数值模拟与试验研究

针对卡车轮边减速器中行星圆柱齿轮提出一种正挤压成形工艺。为了获得更好的齿轮正挤压工艺参数,采用正交试验设计和有限元模拟对齿轮正挤压成形工艺参数进行多目标优化。以最大成形载荷、齿轮塌角高度、锻件最大损伤值和模具磨损为评价指标,研究了凹模入模角、工作带长度、毛坯直径系数、挤压速度和摩擦系数对齿轮成形结果的影响。采用综合平衡分析法确定了显著影响因素并确定了最佳取值,即凹模入模角35°、毛坯直径系数1.20、挤压速度70 mm·s-1。经工艺试验验证,优化后的正挤压成形工艺能够生产质量合格的齿轮。     

基于数值模拟的大长径比筒形件正挤压成形工艺研究

基于DEFORM-3D数值模拟软件,以某深孔汽缸为研究对象,建立了大长径比筒形件正挤压成形的有限元仿真模型,研究入模角α、凹模圆角r、定径带长度h、挤压速度v等工艺参数对金属塑性变形的影响;以挤压力峰值Lmax、坯料损伤峰值Dmax和凹模磨损量W为优化目标,进行正交试验方案设计,分析各工艺参数对优化目标的影响规律,获得较合理的工艺参数组合。研究结果表明,当入模角α=90°、凹模圆角r=3 mm、定径带长度h=20 mm、挤压速度v=10 mm/s时,可有效降低挤压力峰值和凹模磨损量,保证了零件的成形质量与模具的使用寿命。     

基于HyperXtrude的ZK60镁合金型材挤压成形数值模拟和实验验证

应用Hyper Xtrude软件对ZK60镁合金空心型材的挤压成形过程进行了有限元数值模拟研究,分别得到了型材在稳态挤压下的温度场、速度场、应变场和位移场,分析了金属流动情况、焊合室入口和出口处的压力。通过不同挤压速度下的稳态模拟分析,确定了合适的型材挤压速度为10 mm·s-1。在挤压温度为350℃和挤压速度为10 mm·s-1条件下进行实验验证,得到了形状外观均合格的产品。对比分析发现,模拟结果与实验结果的型材断面宏观组织形貌具有一致性,证明了应用Hyper Xtrude软件可以有效预测镁合金型材成形过程中的金属流动和焊合情况。     

ZK60镁合金ACPP挤压棒材组织演变及其时效析出强化

利用630T挤压机对ZK60镁合金棒材挤压工艺进行试验研究。设计了分流环形通道焊合挤压(ACPP)模具。通过对坯料、ACPP挤压态和ACPP挤压态+人工时效热处理三种状态下的性能进行了测试和分析。通过在420 ℃下的ACPP,成功地挤出了超级细晶ZK60镁合金棒材。试验结果表明,在前期的分流和等通道挤压过程中晶粒已经有一定程度的细化,在进行了焊合完成整个ACPP挤压之后,晶粒细化更为明显。最终晶粒尺寸大多在20～30 μm之间。室温下的挤压态抗拉强度为312 MPa,通过人工时效热处理后的抗拉强度为331MPa,析出强化是抗拉强度高的主要原因;这两个状态对应的硬度分别是59 HV和57 HV。