铝合金复合管连续挤压包覆成形本构方程的建立和数值模拟

基于等温热压缩实验,分别获得了AA3003铝合金在变形温度为20~300℃,AA4343铝合金在变形温度为300~450℃,应变速率为0.01~1 s-1条件下的真实应力应变曲线,建立了AA4343铝合金的本构方程.采用DEFORM-2D软件,以AA3003为芯材,AA4343为包覆材料,分析了复合变形区长度、挤压速度和坯料温度对连续挤压包覆过程的影响.结果表明:随着复合变形区长度的减小,连续挤压包覆成形稳定时芯管的径向受力随之降低,合适的复合变形区长度为2.0 mm;随着挤压速度的增加,芯管出现了不同程度的变形,合适的挤压速度为0.1 mm/s;随着坯料温度的升高,芯管所受到的径向力随之减小,合适的温度范围为400~500℃.     

金属复合线材成形工艺的研究开发概况

金属复合线具有广阔的开发与应用前景。目前巳开发的产品有铜包钢线、铝包钢线、铜包铝线以及纤维增强金属复合线等。从电镀法到连续挤压包覆、反向凝固等，生产技术不断进步。开发高效、低能耗、短流程的先进工艺是复合线材制备工艺的重要发展方向。综述了金属复合线材成形工艺的研究开发概况。     

Pb-GF挤压包覆间隙的数值计算及实验研究

铅包覆玻璃纤维属于塑性材料包覆脆性材料,包覆条件是建立在玻璃纤维不发生变形的情况下,为此,入丝模芯顶端与挤压模口之间的间隙即包覆间隙的优化选择是成形工艺的关键问题.本文采用上限法对包覆挤压过程建立了数值模型,从能量的角度对包覆挤压过程进行了数值计算,将包覆间隙作为一变量引入功的表达武中,并通过数值计算软件给出了数值解,得出包覆间隙的最佳理论值.通过大量的实验证明了数值计算结果与实验结果基本吻合.运用本文结果可以确定不同规格的复合丝材成形时包覆间隙的大小,指导模具设计和工艺参数确定,具有工程意义.     

导流角对挤压变形流动的影响机理分析

针对平模挤压时常因金属流速不均匀而易产生缺陷,本文采用了带导流角结构的芯模进行挤压研究.通过数值模拟和实验,深入分析了挤压过程中金属变形流动行为的机理,结果表明:带导流角芯模挤压时筒底不出现分流的现象,"死区"显著地缩小;处于塑性区内材料的应变类型由三种变为均一的拉伸类,显著地提高了金属变形流动的均匀性,利于金属的挤出成形及制品质量的提高.     

Cu-Mg合金连续挤压成形过程的数值模拟和试验对比分析

对高速铁路用Cu-Mg合金接触线进行了热变形模拟试验,试验结果显示,Cu-Mg合金的应力-应变曲线特征在400℃时主要以加工硬化为主,而在500℃以上时,不同应变速率条件下的应力-应变曲线均表现出了一定程度的加工软化特征,且温度越高应变速率越低,加工软化特征越明显。结合铜镁合金热变形模拟试验的结果和Arrhenius双曲正弦函数,建立了铜镁合金的本构方程。通过Deform 3D软件平台,并利用铜镁合金的本构方程,对高速铁路用Cu-Mg合金接触线连续挤压生产过程进行了3D有限元数值模拟分析,对比模拟结果与生产试验结果可知,两者的温度场分布基本一致,数值模拟结果的可靠性得到了验证。此外,结合3D有限元数值模拟结果,对高速铁路用Cu-Mg合金接触线连续挤压成形过程中出现的分层缺陷进行了分析,认为Cu-Mg合金接触线连续挤压成形生产过程中出现的分层缺陷是由于连续挤压过程中正压力异常分布所造成的。     

铜／铝冷轧复合板剥离性能及界面摩擦分析

采用同步轧制方法制备铜／铝复合板,研究了轧制变形量对于铜／铝复合板结合强度和剥离表面形貌的影响,分析了轧制复合界面摩擦机理。研究结果表明,复合板结合强度、剥离表面粘铝、铜基体表面裂纹数都随着轧制变形量的增大而增大。变形量为50％时,结合强度为2N／mm,变形量为60％时,结合强度为7N／mm,变形量为70％时,结合强度为14N／mm。轧制过程中,新鲜金属从结合面裂纹中挤压出来,受界面摩擦力剪切作用,两新鲜金属搓合在一起形成良好结合。     

记忆光塑性法在包覆腔塑变区研究中的应用

记忆光塑性法是一种新的网格实验方法,文中首次应用记忆光塑性法对连续挤压包覆腔塑变区的流动特性进行研究,发现进入汇合腔的铝料大致分为三个方向流动,最后达到在芯线的四周均有材料向包覆模内流动,从而在锥形包覆模内形成轴对称挤压状态,有利于保证包覆产品的同心度.     

连续挤压技术的发展与应用

连续挤压技术是19世纪70年代在国际上提出的一种塑性加工新方法.与传统挤压方法相比,其具有节能、材料利用率高、自动化生产、可制造大长度产品、占地面积小、节约劳动成本等优点,被广泛应用于有色金属工业界,尤其是铜、铝及其合金制造领域,并相继淘汰了许多传统工艺.在简述连续挤压和连续包覆技术的工作原理基础上,介绍了连续挤压技术从力学理论、数值模拟到关键技术与设备开发的发展情况及现状.重点介绍了应用连续挤压和包覆技术制造铜扁线、铜排铜板带、制冷用铝管、铝包钢复合线、电缆护套等典型产品的技术特点及应用现状.最后从未来市场的角度分析了连续挤压技术的发展趋势.     

分流模挤压非对称断面铝型材有限元数值模拟分析

采用了一种基于Deform-3D结合Pro/Engineer的对分流模挤压过程中焊合面相互穿透网格进行重构的技术,并对空心型材分流模挤压过程中金属的流动行为、温度场及模芯受力情况进行了模拟分析。结果表明,网格重构技术对于空心型材挤压的数值模拟具有可行性,可实现焊合面与对称面不一致(非流动对称面)空心型材的分流、焊合及成形的挤压全过程的仿真,从而为研究挤压全过程(尤其是焊合过程)的金属流动行为、模具结构的合理性、变形体的温度场分布情况、焊合阶段模具的受力等提供了一种新的计算分析方法。     

扁形钛铜复合棒挤压模具设计与应用

对长宽比较大的扁形截面钛铜复合棒的挤压模具进行了设计研究。通过合理选材,并选择使挤压力最小的模具模腔轮廓曲线和半模角,改变模孔工作带的几何形状与尺寸,选择适当的挤压速度等,优化设计制备出扁形钛铜复合棒专用挤压模具。增加工作带长度可以增大摩擦阻力,使向该处流动的供应体的流动静压力增大,迫使金属向阻力小的方向流动,从而使型材整个断面上金属流量更加均匀。挤压实验结果表明,合理的模具设计对挤压材的挤压过程和挤压制品质量有重要影响,锥形模具更适合于扁形钛铜复合棒的挤压。解决了科研生产实际对大的长宽比扁型钛铜复合棒的需求。     

基于响应面法的无芯模成形精度研究

目的 提高无芯模旋压零件的尺寸精度.方法 利用双旋轮旋压机床,采用响应面实验优化设计方法,对铝合金零件分别从旋轮进给速度、芯模转速、锥形件的成形角度、坯料与成形件最大开口直径比等方面进行研究,建立其与尺寸精度的预测模型,采用Design-Expert软件对尺寸精度进行回归系数及方差分析,并对此工艺参数进行优化,得到最优...     

Cu-Mg合金接触线连续挤压接触应力分布函数的建立

利用Deform 3D软件平台对高速铁路用Cu-Mg合金接触线连续挤压工艺等效应力场、温度场进行了模拟分析,从模拟结果可以得知Cu-Mg合金连续挤压各个区域等效应力场与温度场的分布范围。根据模拟结果和Mises屈服准则及各向同性硬化法则,并结合Cu-Mg合金连续挤压各个分区的形变几何特点,建立了Cu-Mg合金连续挤压工艺各个分区接触应力的分布函数。对所建立的接触应力分布函数进行了模拟计算,并与生产实际检测对比验证,从对比结果可知,所建立的各区域接触应力的分布函数基本符合实际情况。利用所建立的分布函数,分析、归纳并总结了提高Cu-Mg合金接触线连续挤压工艺接触应力的有效措施,为进一步优化设计Cu-Mg合金连续挤压工模具提供了理论依据。     

Theoretical research of co-extrusion process of aluminum AA3003/AA7072 clad alloys

The vaporizer tube base material and the clad material were simultaneously extruded to produce a tube having a smooth surface and a clad layer having excellent coupling characteristics. The process of controlling the thickness of the clad layer by simultaneously extruding two metals with different mechanical properties requires a high degree of precision compared to a single metal extrusion process and requires careful consideration for setting appropriate manufacturing parameters. In setting these variables, the trial and error approach by repeated extrusion results in excessive research cost and time consuming. Therefore, in this study, computer simulation was carried out to investigate the relationship between shape and process parameters of extruded materials. The process parameters applied to this simulation are the friction coefficient between the two materials and the angle of the die, and the thickness variation and uniformity of the clad material after extrusion were investigated. From the simulation results, as the friction coefficient of the matrix and the clad material increases, the clad layer thickness of the extruded material becomes close to the theoretical value and exhibits a uniform value.     

轮缘固体润滑剂对轮轨减摩及损伤性能影响

用MMS-2A滚动摩擦磨损试验机完成试验工作,对比干态和3种不同固体润滑剂作用工况,分析干态和3种不同固体润滑剂作用后的轮轨摩擦性能和固体润滑剂的有效作用时间,探究固体润滑剂对轮轨摩擦性能的影响;分析不同工况下轮轨表面磨损量和表面裂纹,同时对裂纹的长度、角度、深度进行统计,分析固体润滑剂作用对轮轨损伤性能影响。结果表明:固体润滑剂具备减摩润滑作用,其中1号效果最佳,将干态下的摩擦系数0.5降低到0.2左右;固体润滑剂通过降低接触界面的摩擦系数减小轮轨界面的切向摩擦力,降低轮轨表面的磨损量,其中固体润滑剂1降低车轮和钢轨的磨损量最大,分别降低95.3%和97.1%;固体润滑剂主要通过抑制疲劳裂纹的长度来抑制轮轨疲劳裂纹的生长和扩展,通过正应力挤压作用使轮轨表面疲劳裂纹开口紧闭,缓解裂纹根部分支现象,有效抑制轮轨疲劳裂纹生长与扩展行为.     

顶镦 Ag-Cu 复合触点 Ag 层厚度分布的研究

目的解决继电器Ag-Cu复合触点顶镦成形后,Ag层厚度分布不均的问题。方法通过数值模拟分析了其预成形和终成形过程中等效应变的分布,以及Ag-Cu界面形状的变化规律及影响因素,并在预成形形状和摩擦因数方面,提出了改善Ag层厚度均匀性的措施。结果预成形模具形状及工件与模具间的摩擦,对成形结果的影响很大。结论半锥角α取值居中时,终成形后易获得均匀的Ag层厚度分布;减小Ag-上模间摩擦因数或增大Cu-下模间摩擦因数,则有利于增加终成形后Ag层厚度分布的均匀性。     

连续变截面直接挤压成形技术研究

实现晶粒细化的传统塑性加工工艺所需工序多且要求较高,为了解决这些问题,本文提出了一种能够实现金属材料制备及成形一体化的挤压成形新工艺——连续变截面直接挤压成形技术.对不同工艺条件的连续变截面挤压成形过程的数值模拟研究表明:当模角由90°增大至140°时,塑性区范围明显扩大,金属流动均匀性随之提高;模口处轴向拉应力数值减小了20%,降低了表面产生开裂的可能性;模角为90°时变截面型腔处存在死区缺陷,且流线折叠倾向较严重,模角为140°时成形过程中坯料与型腔间易出现空隙.分析认为,本文条件下模角为120°的情况比较理想.     

铜铝复层板成形极限图研究

为了评价铜铝复层板成形性能,采用Hosford高阶屈服准则和M-K理论推导复层板的成形极限应变表达式,通过理论计算得到铜铝复层板的成形极限图,利用胀形试验分析热处理工艺及接触方式铜铝复层板成形极限的影响,采用扫描电子显微镜对界面与断口形貌进行观察分析.研究结果表明:理论计算结果与试验结果吻合较好,铜在外侧复层板成形极限高于铝在外侧时的成形极限,热处理工艺对提高复层板的成形极限具有重要的作用,复层板两侧金属发生断裂的同时,界面产生部分脱离.     

Upper-bound analysis of axi-symmetric forward spiral extrusion

An axi-symmetric forward spiral extrusion process, AFSE, has been analyzed using the principle of the virtual work rate. Based on an existing kinematically admissible velocity field, an upper bound solution has been developed for the new forming process. The solution also provides estimation of the die reaction torque during the process. AFSE experiments were conducted with lead specimens in order to verify the upper-bound solution. A reasonable agreement between experimental results and the upper bound solution was observed. The upper bound analysis indicated that both deformation in a small zone next to the velocity discontinuity plane and the frictional power constitute the most significant parts of the consumed power, respectively, during AFSE. As a result, reduction in friction will lead to a dramatic decrease in the total forming force in AFSE while maintaining a circumferentially slippage free flow of material during the process. It was shown that by increasing the die helix angle above a critical value, the rate of growth in the die reaction torque and extrusion load with the helix angle increases dramatically.     

水下搅拌摩擦焊对铝/铜接头组织与性能的影响

目的 采用搅拌摩擦焊,对比分析大气环境和水下环境下铝/铜接头的组织与性能,以期获得力学性能更优异的铝/铜焊接接头。方法 利用搅拌摩擦焊,在焊接速度为40 mm/min、旋转速度为1 000 r/min的条件下,分别在大气环境和水下环境下对厚度为9 mm的6061铝合金板和T2纯铜板进行焊接。然后,对铝/铜界面、焊核区进行扫描电镜及能谱分析,并对铝/铜界面及焊核区进行物相分析,确定产物相组成。最后,对铝/铜试样进行拉伸及硬度检测。结果 铝/铜接头均无裂纹、气孔等缺陷。铜颗粒弥散分布在焊核区,铝/铜界面形成金属间化合物层。水下搅拌摩擦焊下界面元素扩散距离明显变短,且金属间化合物厚度更薄。铝/铜接头的金属间化合物为AlCu和Al4Cu9。大气环境焊接下接头的抗拉强度为130.6 MPa,断裂方式为脆性断裂;水下焊接下接头的抗拉强度为199.5 MPa,断裂方式为韧性断裂。水下环境下的接头硬度值更高,其中热影响区的硬度最低值约为65HV。结论 水下搅拌摩擦焊铝/铜接头无裂纹、气孔等缺陷。组织上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头界面元素扩散距离更短,硬脆的金属间化合物更少;性能上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头强度更高,抗拉强度达到199.5 MPa,达到母材的74.4%。     

颤振激励条件下的反挤压有限元模拟分析

目的 针对“难成形零件”提出的电液颤振挤压成形技术,理论研究颤振对冷挤压成形的影响规律。方法 通过离散化处理颤振速度,对挤压筒和顶杆分别施加颤振激励,利用DEFORM-3D软件有限元模拟,分析比较不同颤振激励下的行程载荷、摩擦力、速度场和应力应变场。结果 在挤压成形过程中,材料流动规律会由于颤振激励的存在而发生改变,在局部区域,材料流动速度较传统挤压时有较大提高;当颤振最大速度小于挤压速度时,颤振对挤压力、摩擦力、等效应力和等效应变的影响并不显著,当颤振最大速度大于挤压速度时,颤振可降低挤压力与摩擦力,改变等效应力和应变分布,但并不影响最大等效应力值。结论 颤振激励影响材料流动规律,对挤压力、摩擦力和应力应变场的影响存在一个拐点,为电液颤振冷挤压成形技术的推广应用提供了一定理论依据。