宽铜母线连续挤压扩展成形挤压力的分析

为探讨大扩展比条件下连续挤压的成形过程,基于TLJ630型宽铜母线连续挤压机,运用解析法对其二次扩展腔结构的挤压力进行计算,探讨了扩展比与挤压力的关系,通过与TLJ400型连续挤压机的扩展能力的比较,对挤压机生产的产品规格进行界定,并进行了数值模拟验证与实验验证,对宽铜母线生产提供了一定的理论依据。     

基于有限元法的铜母线连续挤压扩展成形过程的数值模拟

基于刚粘塑性有限元理论,采用有限元软件DEFORM3D,对铜母线连续挤压扩展成形过程进行模拟,分析模腔内部金属的流动规律以及温度场、速度场、应力应变场的分布情况.模拟结果表明,金属变形剧烈部位主要集中在挡料块附近和挤压模腔中心区域,上述区域的温度高、应力应变大.模拟结果对实际生产具有很好的指导作用.     

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。     

有限元模拟在铜母线连续挤压扩展成形中的应用

利用DEFORM-3D对铜母线连续挤压扩展成形过程进行了有限元模拟,获得了挤压40mm×10mm铜母线的速度场、温度场和应力应变场.根据后处理结果分析,归纳对金属流动的影响因素,优化民挤压50 mm×6 mm铜母线的模具设计,通过与前者的数值模拟结果的比较分析,发现挤出的铜母线充满状态良好,流动应力较为均匀,并得到了与实际过程相符的金属流动规律.通过扭矩校核表明,优化方案可行.     

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。     

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.     

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。     

阻流环及模具结构对大扩展比连续挤压成形的影响

大扩展比连续挤压是制造铜带的一种新技术,阻流环及模具结构是影响扩展成形的重要因素。根据大扩展比连续挤压扩展成形特点,建立基于DEFORM-3D刚塑性有限元模型,通过对铜带连续挤压过程的数值模拟,分析不同阻流环及模具结构下的金属流动规律、流速均方差。实验与数值模拟结果均表明,使用有促流角的圆鼓形阻流环及变定径带模具时,金属流动速度差最小;流速均方差为0.58时,变形最均匀。为连续挤压成形模具优化设计提供了重要的依据。     

挤压轮转速对黄铜棒材连续挤压扩展成形的影响

针对黄铜棒材在连续挤压扩展成形中截面流动不均匀,易造成产品分层,影响产品质量等问题,研究了不同挤压轮转速对黄铜棒材连续挤压扩展成形的影响。模拟分析了不同挤压轮转速时的温度场、速度场和等效应变速率场分布情况,模拟结果表明:在定径带横截面处,随着挤压轮转速的提高,稳态下坯料的温度和等效应变速率最大值逐渐增大,中心与边缘速度差逐渐增大,产品成形不稳定。因此,适当地降低挤压轮转速有利于产品的稳定成形。通过连续挤压实验,验证了分层缺陷的存在,数值模拟结果与实验结果一致,证明了模拟结果的有效性。     

反挤压凸模形状对挤压成形工艺的影响

通过数值模拟分析,比较了不同形状反挤压凸模对挤压过程中金属流动、挤压力以及凸模温升等方面的影响,进而得出凸模形状对反挤压成形工艺的影响,为挤压凸模及挤压件形状的优化设计提供一定的参考依据。     

异型铜带连续挤压过程的数值模拟研究

利用DEFORM-3D软件对异型铜带的连续挤压扩展成形过程进行三维有限元数值模拟,分析金属的流动规律、速度、应力、应变分布。模拟结果表明,采用常规连续挤压工装模具结构会在产品横截面上产生很大的速度差,中间流速快,两边流速慢。通过对模腔结构的优化设计,使金属流动趋于均匀。在TLJ400连续挤压机上进行了异型铜带的连续挤压工艺试验,试验结果与数值模拟结果吻合良好。     

铜带连续挤压两次扩展成形力学模型

以TLJ500连续挤压机为模型,将具有两次扩展成形的连续挤压型腔划分为3个变形区,利用上限法建立各分区挤压力的力学模型,得出扩展腔入口单位挤压力与产品断面尺寸、形状复杂系数的关系。结果表明,对于一定的腔体结构,在产品厚度一定时,产品宽度与扩展腔入口挤压力呈线性关系,即挤压力随产品宽度的增加而增加;在产品宽度一定时,扩展腔入口挤压力随产品厚度的减小而增加,当厚度<12mm时,挤压力随着产品厚度的减小急剧增加;扩展腔入口挤压力随着产品形状复杂系数的增加而增加。     

铜连续挤压扩展成形温度场的分析

文章通过有限元数值模拟分析了铜连续挤压扩展成形中温度场的分布规律。连续挤压扩展成形过程中温升主要集中在变形和摩擦剧烈的区域。整个扩展挤压过程中最高温度出现在直角弯曲区靠近挡料块的附近,可达到700℃以上。从变形和摩擦的角度分析了坯料在挤压轮径向的温度分布的特点。从变形和传热的角度分析了金属在扩展挤压区宽度和厚度方向温度分布特点,以及温度对产品成形性的影响,并进行了现场温度测试,用热电偶采集腔体密封面和扩展腔的温度,实验结果与模拟结果吻合,为铜连续挤压扩展成形性的研究提供了依据。     

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。