铜镁合金CuMg0.3棒料连续挤压微观组织演变数值模拟分析

在Deform-3D软件中根据连续挤压工艺中各主要模块建立连续挤压变形模型,对铜镁合金棒料的连续挤压变形过程进行数值模拟,重点分析了连续挤压过程中轧制变形区、镦粗变形区、扩展成形区和定径挤压成形区的晶粒度变化规律。将数值模拟结果与试验结果进行对比分析发现:铜镁合金棒料在挤压轮槽摩擦力的驱动下,一直处在流动变形过程中,且变形程度大、变形温度高、停留时间短,大部分材料发生动态再结晶后晶粒未长大;经过各主要变形区后的最终挤压成形的铜镁合金板材的晶粒得到极大细化,其相关力学性能得到改善。     

模具入口角度对铜排连续挤压扩展成形的影响

连续挤压扩展成形是一种先进的铜排制造方法,而模具入口角度是影响产品成形的重要因素。根据连续挤压变形特点,采用刚粘塑性有限元法,应用Deform-3D软件,针对模具的不同入口角度进行连续挤压变形过程的模拟。分析了不同模具入口角度对连续挤压各变形区温度、等效应力、等效应变、速度场以及工模具载荷产生的影响。结果表明,在扩展成形阶段,当模具入口角度为15°时,变形金属等效应力分布均匀,拐角处应力集中小,定径带处金属流动速度的均方差最小仅为0.05,挤压轮扭矩和腔体载荷都比较合理,有利于扩展成形。通过试验验证了模拟结果,为连续挤压模具优化设计提供了重要的理论依据。     

铜母线大扩展比连续挤压成形过程的数值模拟

基于连续挤压法加工铜母线是一种成形稳定、节约能源的新型铜母线生产工艺,但对于铜母线大扩展比连续挤压成形规律尚需深入研究。该连续挤压成形过程具有变形剧烈难于扩展成形的特点,因此本文针对铜母线大扩展比连续挤压成形设计了曲面过渡的阻流环结构,根据设计出的阻流环结构进行了有限元模拟分析,掌握了铜母线在大扩展比条件下的连续挤压成形规律。基于有限元模拟结果进行了连续挤压实验,成功实现了铜母线大扩展比连续挤压成形,证明了有限元数值模拟分析的重要指导价值。该模拟计算对探索复杂的铜母线大扩展比连续挤压成形规律具有重要意义。     

面积扩展比对铜棒材连续挤压扩展成形流动的影响

为研究连续挤压周向扩展成形金属流动规律与工艺参数之间的关系,基于DEFORM-3D有限元分析软件,简化连续挤压工装模具非必要外形尺寸,建立铜棒材连续挤压扩展成形刚塑性有限元模型。通过数值模拟分析面积扩展比分别为2.25、3.0625、4、5.0625和6.25时铜棒连续挤压扩展成形过程坯料速度分布规律。模拟结果表明,在扩展变形区,坯料在对称面上的纵向流动基本均呈现上下对称层流分布状态;铜坯料从直角弯曲区经过扩展变形区降速而后流入模具收缩区,当面积扩展比为4时,纵向流动速度曲线最平稳,模具定径带处的流速均方差SDV值和极差R值最小,即模具出口速度最均匀。     

铜/铝复合接触线连续挤压成形工艺参数

采用有限元软件对连续挤压下铜铝接触线层状复合成形过程进行二维数值模拟,详细研究了不同模芯端部导流角、复合变形区长度、铜铝厚度比、坯料与模具表面状态和定径带长度对铜铝双金属的流动和挤压力大小影响的规律。结果表明,模芯端部导流角度取30°,复合变形区长度取3.5~5 mm,定径带长度取5 mm,并尽可能增加铝与铜之间摩擦,同时减小模具与铜之间摩擦,能使铜铝层状复合流畅,产品顺利挤出且成形良好。此外,在TLJ340连续挤压机上进行了铜铝层状复合的试验,试验结果与数值模拟结果相吻合。     

铜母线连续挤压扩展成形过程的三维有限元数值模拟

针对铜母线连续挤压扩展成形过程,采用刚-粘塑性有限元法,基于Deform-3D软件平台,进行三维有限元数值模拟,以揭示金属的塑性变形行为,从而为模具设计提供理论依据。通过有限元模拟,获得了铜母线连续挤压扩展成形过程的金属流动过程和详尽的应力场、应变场、温度场和速度场分布,并分析了成形的物理场分布与实际变形过程的关系,初步得到了工模具结构的改进方案。     

分流模结构对连续挤压扩展成形的影响

连续挤压扩展成形是一种先进的铜母线制造方法,而分流模结构是影响成形的重要因素。根据连续挤压扩展成形特点,建立了基于DEFORM-3D刚塑性有限元模型,通过对铜母线连续挤压过程的数值模拟,分析了不同分流模结构下的金属流动规律、流速均方差。结果表明,分流模结构为无过渡面梯形时,金属流动速度差最小,流速均方差为3.11,变形最均匀。通过试验研究验证了数值模拟结果,为连续挤压扩展成形模具优化设计提供了重要的理论指导。     

连续挤压与正挤压在扩展成形中的对比分析

通过有限元数值模拟分析了连续挤压较常规正挤压更能实现铜的更大扩展比挤压的原理。在连续挤压扩展模型的基础上建立了与之相对应的常规正挤压模型,对两种模型下金属的流动特性进行了对比分析。连续挤压与正挤压相比,由于在挤压轮槽区,受到挤压轮三面的主动摩擦力和腔体一面阻碍摩擦力的作用,有利于提高铜扩展成形金属流动的均匀性;而正挤压中坯料在挤压筒区受四面的摩擦阻力的作用,加剧了金属流动的不均匀性。所以,连续挤压中的扩展成形金属在产品宽度和厚度方向上流动较正挤压更均匀,成形产品的完整性更好。因此,连续挤压更利于铜的扩展成形。     

轮槽形状对铜母线连续挤压影响的有限元分析

分析了在连续挤压初始喂料阶段,坯料在圆轮槽中的稳定性.通过理论计算和模拟研究得出,圆轮槽中的凸台对于铜的连续挤压建立一个稳定的挤压过程起关键作用.并在此基础上提出了针对圆杆形坯料的几种新的轮槽形状,将这几种轮槽对铜母线连续挤压扩展成形的影响进行了有限元数值模拟.就轮槽形状对铜扩展成形中金属的成形性、挤压轮的扭距以及成形金属流动的均匀性的影响进行了分析讨论.最后得出,带凸台的扩口形轮槽是连续挤压扩展成形中最优的轮槽形状.     

基于变形功法连续挤压成形过程温度模型

在连续挤压成形工艺过程中,变形温度是影响产品性能和工装模具寿命的关键因素。文章根据连续挤压的变形特征对成形过程进行分区分析,并基于能量平衡原理的变形方法,建立各区域的温度模型,构建了全过程温度预测模型,预测结果与数值模拟结果一致;以H62黄铜为工程实验材料,在连续挤压成形过程中,对挡料块和产品出口处进行温度测试。结果表明,温度模型预测值与实验测量值吻合良好。该温度模型可快速有效预测连续挤压成形过程中的温度分布,从而实现对产品性能及工装模具寿命的合理预测。     

基于有限体积法的铜母线连续挤压扩展成形的数值模拟

对连续挤压几何模型进行简化,基于MSC.SuperForge软件平台,成功实现10mm×80mm铜母线连续挤压扩展成形的有限体积数值模拟,避免了刚塑性有限元法模拟大变形需要多次网格重划,体积损失等难题。获得了金属在模腔内的流动-应力-温度-组织耦合变化规律,详尽的分析了整个扩展变形流动过程与各物理场之间的关系,进一步探明了模腔结构对成形过程的影响。结果表明,在成形过程中,坯料最高温度约为872K,出现在坯料与挡料块接触的表面上;当趋于稳定状态时,扩展腔内坯料温度分布比较均匀一致,约为660K;坯料密度发生了明显变化,镦粗段坯料密度最高,为8.962×103kg/m3,产品成形区域坯料密度最低,在8.750×103kg/m3~8.771×103kg/m3之间。在镦粗段内,坯料与挤压轮的打滑量为32%,在镦粗前,坯料与挤压轮保持同步。坯料作用在腔体上的压力高点出现在腔体挡料块顶端,压力为473MPa。扭矩校核表明,数值模拟结果和实测结果吻合较好。     

铜连续挤压的有限体积法数值模拟

对铜母线连续挤压过程的几何模型进行简化,基于MSC.Superforge软件平台,对铜母线连续扩展成形过程进行了数值模拟,确定了压下量为铜杆料直径的25%时为压实轮对铜杆压下量的最佳值,分析了铜连续挤压成形过程中坯料在挤压轮沟槽内的温度分布,指出在铜的连续挤压过程中,坯料的温度上升主要源于坯料的塑性变形.结果显示,铜坯料作用在腔体挡料块上的压力高达528～600 MPa,在坯料镦粗段前偶尔会发生折叠回流,这是造成连续挤压产品表面产生较大气泡和冷拔时断线质量缺陷的重要原因之一.为了避免金属流动造成的产品质量缺陷并提高腔体的使用寿命,应对腔体、挤压轮进行优化设计.     

Effect of extrusion wheel angular velocity on continuous extrusion forming process of copper concave bus bar

The continuous extrusion forming process for producing large section copper concave bus bar under different extrusion wheel angular velocities was studied by three-dimensional finite element technology based on software DEFORM-3D. The rigid-viscoplastic constitutive equation was employed in the model. The numerical simulation results show that the deformation body flow velocity in the die orifice increases gradually with the increase of the extrusion wheel angular velocity. But slippage between the rod and extrusion wheel occurs when the extrusion wheel angular velocity is high. The effective stress near the die orifice enhances gradually with increasing extrusion wheel angular velocity. High stress is concentrated in adjacent regions of the flash gap. The effective strain gradient is greater near the abutment than that near the die orifice. The effective strain of the product increases gradually with increasing extrusion wheel angular velocity. In the deformation process, the deformation body temperature increases remarkably due to friction and deformation. So the cooling is necessary in the region of the die and tools.     

神经网络在模具型腔温升预测中的应用

挤压成形过程中由于坯料和模具之间的滑动接触摩擦和坯料的塑性变形产生热而使模具型腔表面温度升高,加剧模具的磨损。采用热力耦合有限元法计算挤压成形过程中模具型腔表面的温升,将模拟结果与人工神经网络相结合,以有限元模拟结果作为学习样本,训练BP神经网络模型,以此模型预测模具型腔表面的温升。根据预测结果分析了挤压锥角、挤压速度和摩擦系数对型腔温升的影响,为进一步建立挤压成形过程中模具型腔表面的温升模型和磨损预测模型奠定了基础。     

镁合金复合挤压工艺的有限元模拟

研究将普通挤压和等通道角挤压工艺结合而开发出的新型复合挤压工艺。采用有限元技术建立具有不同摩擦系数和不同转角的模型,模拟镁合金复合挤压过程,分析复合挤压力变化特征,以及挤压过程的应变累积情况。结果表明,摩擦系数增大或者通道角减小,复合挤压的挤压力和等效应变增加。摩擦和转角均会引起变形的不均匀性,摩擦因数越大,通道转角越小,其不均匀性越大。在摩擦因数为0.3,通道转角为120°时可以获得较大且均匀的等效应变。     

T-shape upsetting–extruding test for evaluating friction conditions during rib–web part forming

Since the deformation features of existing friction testing methods are not as similar as those of the closed die forging process of rib–web parts, the friction conditions evaluated by these methods are not consistent with the actual situation. In this paper, a new friction testing method, the T-shape upsetting–extruding process employing a rectangular blank, is proposed for evaluating the friction conditions during rib–web part forming process. It was found that rib height and the web width are both sensitive to friction conditions. Therefore, the ratio of rib height to web width was chosen as a criterion for friction evaluation. With the utilization of a commercial FEM program, DEFORM, the effects of the geometrical parameters and testing variables on the friction sensitivity were investigated, and the friction conditions between different interfaces were analyzed. In order to verify the proposed method, friction factors of a water-based graphite lubricant measured by three different methods (the proposed one, the ring compression test and the double-cup extrusion test) at 723 K were used to simulate the isothermal deformation process of a cross-rib part. The experimental results suggest that the proposed method is more accurate than the other two methods for rib–web part forming process.     

小规格TiNiNb管材的反向挤压成形工艺参数

针对44 mm×10.5 mm小规格Ti Ni Nb管材反挤压成形试验的工艺参数确定和模具设计问题,采用有限元热力耦合数值模拟和单因素轮换法,分析在满足制件成形质量(挤出温度低于共晶熔点)的前提下,挤压力与凹模模角和定径带长度、凹模和挤压筒温度、毛坯初始温度、挤压速度及摩擦因子等工艺参数和模具结构参数之间的关系,确定影响挤压力的主要工艺参数和模具结构参数分别为凹模模角、初始坯料温度、挤压速度和摩擦因子,并给出上述参数的取值范围。通过基于数值模拟的正交试验方法,得到了主要工艺参数和模具结构参数的最佳组合,即在保证润滑效果的前提下,取凹模模角110°、毛坯初始温度为950℃、挤压速度为50 mm/s。利用铅和45号钢毛坯在6.5 MN多向模锻挤压液压机上进行了验证实验。