模具外角和内角对等通道角挤压的影响的有限元分析

等通道角挤压(ECAE)工艺受模具外角和模具内角的影响较大,为此利用有限元分析方法对该工艺过程进行了模拟.结果表明:模具外角主要影响等效应变分布的均匀性,对等效应变值的大小影响不大;模具内角主要影响等效应变值的大小,对等效应变分布的均匀性影响较模具外角小;随着模具外角的逐渐增大,模具拐角变形区域逐渐变大,变形机理由纯剪切变形变为剪切变形和弯曲变形相结合的复合变形;随着模具内角的逐渐增大,模具拐角变形区域基本保持不变,变形机理由纯剪切变形变为弯曲变形;模具内角较模具外角对加载载荷的影响更为显著.     

工艺参数对AZ31镁合金等通道转角挤压过程中挤压力的影响

建立了等通道转角挤压有限元分析模型,对不同模具内角、外角半径以及不同摩擦系数条件下的等通道转角挤压过程进行了模拟,分析了模具内角、外角半径以及不同摩擦系数变化对挤压过程中挤压力变化和各阶段挤压力峰值的影响,并以AZ31镁合金为试验对象进行了挤压试验,获得挤压力变化曲线,对模拟分析结果进行了验证。结果表明:模具内角对挤压力大小有较大影响,各挤压阶段内挤压力峰值随内角增加而显著减小,而模具外角半径增加仅减小TA段内挤压力峰值,对TB和TC挤压力影响较小;摩擦系数对挤压力大小影响明显,随着摩擦系数的增加,挤压力不断增加,TA和TB段内挤压力峰值呈线性增加。     

锐角模具等通道转角挤压过程变形分析

等通道转角挤压是制备块体超细品材料的一种重要方法,模具通道内角是影响晶粒细化效果的关键要素.采用刚塑性有限元法对通道内角ψ为锐角(60°≤ψ≤90°)时的挤压过程进行分析,获得了试样在挤压过程金属的流动和变形规律.研究结果表明:在无摩擦的理想状况下,随ψ减小,金属的流动趋于均匀,角部间隙减小,试样整体变形效果增强,当ψ=60°时,角部间隙完全消失并形成变形死区;同时,接触摩擦和模具外圆角ψ对挤压效果的影响随ψ减小而增强;采用适当大小的ψ不仅可以消除尖角锐角模具所产生的缺陷,提高金属流动和变形的均匀性,而且可显著降低所需的变形力.     

铝粉等通道挤压-正向挤压固结模拟及模具优化设计

等通道挤压-正向挤压(ECAP-FE)工艺可作为金属粉末固结的新工艺。针对纯铝粉末,采用Deform软件对ECAP-FE工艺进行热力耦合有限元模拟分析,剖析铝粉的固结行为。结果显示,ECAP-FE工艺对粉末多孔体具有强烈的致密效果,不同的模具参数对挤压变形的挤压成形力和等效应变均匀性存在不同程度的影响。研究结果表明,挤压比对挤压成形力影响显著,而模具模面角对等效应变均匀性影响较大。分析可得,当采用模具模面角为45°、过渡距离为20 mm、挤压比为6. 25的模具结构参数进行组合挤压时,既可以降低挤压成形力,又能提高等效应变均匀性。通过研究分析为模具的设计和铝粉致密化提供了理论依据。     

模具外角对等通道转角挤压纯铝变形过程的影响

模具外角对等通道转角挤压(ECAE)变形过程影响较大,文章利用有限元软件(MSC.Marc)模拟研究了模具外角对ECAE过程中等效应变、变形机理的影响。模拟结果表明,模具外角Ψ>0°～30°的范围内,等效应变的分布较为均匀;当模具外角Ψ>30°时,等效应变的分布越来越不均匀;当模具外角Ψ=0°～90°范围内逐渐增大时,试样的变形机理由单一剪切变形逐渐变为剪切变形与弯曲变形相结合的复合变形行为。为了验证模拟结果,对大尺寸纯铝进行了等通道转角挤压实验(模具内角Ф=90°,模具外角Ψ=30°),纯铝实验应变值的分布与大小和模拟应变值的分布与大小近似吻合。由光学显微组织可知,经ECAE挤压一次后,变形试样组织较为均匀,晶粒得到一定程度细化。     

AZ31镁合金等通道转角挤压变形均匀性有限元分析

以AZ31镁合金为研究对象,通过对不同模具外角ECAP变形过程的有限元模拟,研究不同模具外角下AZ31镁合金ECAP变形的等效应变分布.利用微观组织观察以及硬度测试,分析等效应变分布对微观组织及力学性能影响.结果表明:当模具外角ψ为20.时,工件可以获得均匀的等效应变分布.AZ31镁合金经过ECAP挤压后,微观组织显著细化,力学性能明显改善,但平均晶粒尺寸及微观维氏硬度在工件横截面上分布不均匀,等效应变分布的不均匀性是导致材料微观组织和力学性能不均匀的主要因素之一.     

基于DEFORM-3D对AZ31镁合金往复挤压变形均匀性有限元分析

通过DEFORM-3D对不同的模具进行往复挤压变形有限元模拟,研究了不同挤压比λ、挤压角度θ和变形区长度l对AZ31镁合金等效应变分布的影响。结果表明:模具挤压角度在45°～60°时,有助于改善等效应变分布的均匀性,挤压角度由30°增大至60°时,线性拟合后斜率从0. 85降至0. 53。减小挤压比λ和变形区长度l对改善等效应变分布均匀性效果显著,挤压比λ由4. 69减小至2. 64时,线性拟合后斜率从0. 53降低至0. 2。变形区长度l由5. 4 mm变为圆弧过渡(圆角半径r=5 mm),等效应变不均匀程度参数Ci从0. 4减小至0. 258。当模具挤压角度为45°,颈缩区直径为Φ16 mm (λ=2. 64),变形区长度l改为r=5 mm圆弧过渡时,试样等效应变不均匀程度参数Ci=0. 102,在模拟结果中数值最小,表明等效应变分布最均匀。     

数值模拟模具外角对2017铝合金ECAP变形的影响

采用刚塑性有限元法对2017铝合金等通道转角挤压(ECAP)进行热力耦合的数值模拟,分析了模具外角(0~50°)对ECAP过程中载荷、工件中等效应变及其均匀性和工件温度的影响。研究结果表明:随着模具外角增大,载荷峰值和等效应变迅速下降,然后下降幅度越来越小,降至30°左右均趋于稳定;而等效应变的均匀性则随着模具外角增大先提高后略有降低,在模具外角为20°时应变均匀性最好。随着模具外角增大,工件整体温度一直下降,降幅越来越小。     

模具参数对旋转通道等径角平行挤压工艺的影响

为克服传统等径角挤压反复多道次累积塑性变形带来多次装料、多次加载以及棒料机械加工等耗时问题,无损伤地制备均匀超细晶结构时效硬化型铝合金,提出旋转通道等径角平行挤压大塑性变形新工艺。该工艺在一个通道内设置多个剪切变形区,通过在两个等径角挤压通道之间设置旋转通道来改变圆棒料剪切方向和剪切角度,实现Bc加工路径,提高变形均匀性。采用正交试验法选取内角Φ、外角Ψ、升角γ、椭圆因子m、第2个通道中第1段直通道长度L_1作为因素,采用有限元模拟法对棒料在16组不同水平的模具中进行有限元挤压模拟。以等效应变、等效应力、损伤量以及变形均匀性系数作为指标值分析其对挤压过程的影响。模拟实验结果表明,良好的挤压通道内角Φ的合理范围为90°~120°,外角Ψ的合理范围为30°~40°,升角γ的合理范围为60°~80°,m的合理范围为1.2~1.4,L_1、L_3的合理范围为(1~1.5)d。     

等径角挤压中内角半径作用的有限元模拟

内角半径是等径角挤压过程中影响试样变形均匀性的重要因素。运用有限元模拟的方法研究了内角半径在等径角挤压过程中的作用。结果表明,内角半径小易产生空隙;随内角半径的增大,材料流动阻力增大,试样底部速率降低,引起试样严重的不均匀变形与等效应变的不均匀分布。     

Die structure optimization of equal channel angular extrusion for AZ31 magnesium alloy based on finite element method

Three-dimensional(3D)geometric models with different corner angles(90°and 120°)and with or without inner round fillets in the bottom die were designed.Some important process parameters were regarded as the calculation conditions used in DEFORMT M-3D software,such as stress—strain data of compression test for AZ31 magnesium,temperatures of die and billet,and friction coefficient.Influence of friction coefficient on deformation process was discussed.The results show that reasonable lubrication condition is im...     

大规格镁合金环形件新型挤压成形工艺及模具设计

针对传统工艺难以制备大规格镁合金薄壁环形件的情况,提出了一种曲母线通道连续翻转挤压成形新工艺.根据成形过程中的金属流动特性,为了避免坯料出现翘曲情况,制定了多次翻转成形工艺方案;采用主应力法对新型工艺进行力学解析;采用Deform有限元软件开展数值模拟,对成形力公式进行验证;通过正交实验,并基于变形均匀性评价因子,对成...     

镁合金双向挤压-螺旋变形的数值模拟与实验研究

利用双向挤压与螺旋变形的特性,本研究提出镁合金双向挤压-螺旋复合变形的新方法。采用DEFORM-3D软件模拟分析螺旋角度和凹槽半径对坯料变形过程中累积应变的影响,得出合适的结构参数并加工制造出模具进行实验研究。研究结果表明:双向挤压-螺旋复合变形可极大地提高镁合金变形过程的等效应变,随着螺旋角度和凹槽半径的增大,等效应变值也相应的增大,但不均匀程度有所变大。模具螺旋角为40°和凹槽半径为0.8 mm时,试样可获得良好的等效应变值和均匀的等效应变分布,晶粒组织显著细化。     

往复挤压变形ZK60镁合金应变分布的有限元数值模拟

利用有限元法研究ZK60镁合金在多道次往复挤压过程中的应变分布。为优化往复挤压工艺,研究摩擦条件和模具结构尺寸对ZK60合金总等效塑性应变分布的影响。结果表明：ZK60合金试样经往复挤压后内应变分布不均匀。试样两个端部的应变量低于试样中间部位的应变量。工艺参数对应变分布的影响很大。试样和模具间的摩擦不利于试样内应变量的均匀分布,因而应尽量降低摩擦。为了提高应变量的均匀分布,应该使用较大的过渡圆角半径和较低的挤压角度。     

不同工艺参数对大口径厚壁无缝钢管垂直挤压过程的影响

针对火电、核电设备使用的基础构件大口径厚壁无缝钢管,利用有限元模拟软件Deform-3D对钢管的垂直挤压过程进行数值模拟,通过改变挤压比、凹模锥角等参数对其等效应力、等效应变、温度场及载荷进行分析。结果表明:随着挤压的进行,坯料等效应力、等效应变及载荷都是先逐渐增加后趋于平稳;随着挤压比以及凹模锥角的变化,等效应力、等效应变及载荷也发生不同程度的变化;并且当挤压比为6、凹模锥角为30°时最有利于坯料的成形。     

双孔模型材挤压过程的有限元分析

本文采用大变形弹塑性有限元理论 ,对双孔模型材挤压成形过程进行了有限元分析。模拟了双孔模非对称角铝型材挤压变形过程 ,获得了挤压变形时网格畸变、流速、应力和应变分布 ,展示了型材挤压件变形不均匀细节。并与单孔模型材挤压过程进行了比较 ,发现双孔模[1] 挤压时 ,变形体内存在两个互为相反方向的涡流场 ,它们相互抵消 ,从而可以消除型材挤压过程中产生的扭拧、波浪、弯曲等缺陷。为提高挤压件质量 ,优化设计多孔型材挤压模以及制定合理的工艺 ,提供了理论依据     

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。     

Equal Channel Angular Extrusion of TB2 Alloy under Different Die Designs by Finite Element Method

采用有限元数值模拟方法研究了不同模具结构设计对TB2合金(Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al)等通道弯角挤压过程的影响。与传统模具几何设计特点相比,新型等通道弯角挤压模具设计的内转角半径要大于外转角半径且均与模具内壁相切。针对模具不同内转角半径和外转角半径对等通道弯角挤压过程的影响,分析了TB2合金等通道弯角挤压过程的变形行为和应变均匀性。结果表明,随着内转角半径分别从1 mm升高至3,5,7和9 mm,TB2合金等通道弯角挤压后的应变均匀性更好和挤压载荷明显增大,较小的外转角半径能够使TB2合金挤压后获得较好的应变均匀性。综合内转角半径和外转角半径的有限元分析结果,当外转角半径为4 mm,内转角半径为5 mm时,TB2合金经等通道弯角挤压后具有最为理想的应变均匀性分布。     

基于粒子群算法的大模数齿轮冷挤压变过盈量组合凹模优化设计

针对大模数圆柱直齿轮冷挤压过程中均匀过盈量组合凹模易出现开裂的问题,提出一种变过盈量组合凹模的设计方法,并以直径比、中圈内壁锥角和过盈系数为设计变量,以降低模芯内壁等效应力、避免模芯出现周向拉应力和避免内外圈塑性变形为优化目标,建立变过盈量组合凹模结构参数与综合加权评分值的Kriging模型。应用Kriging模型结合粒子群算法,在可行变量空间内寻优,得到最优工艺参数组合为:n_2=1.55,n_3=2.55,γ'=1.25°,β_2=2.5‰,β_3=2.4‰。研究结果表明,采用优化后的变过盈量组合凹模可有效避免组合凹模的破裂,提高模具的使用寿命。