导流角对挤压变形中金属流动与缺陷的影响

为了减少平模挤压时因金属流动不均匀而产生死区、缩孔及表面裂纹等缺陷,在此采用了一种带导流角结构的芯模用于挤压.用数值模拟对有、无导流角两种形式挤压过程中金属的变形流动行为进行了研究,通过对比分析可知:增加导流角可以改变凹模底角部区域应力分布,减少死区产生的范围;改善了挤压末期筒内等效应变的不均匀程度,使轴心末端不易出现缩孔;使出口处与轴心最远点的应力状态发生改变,轴向拉应力的数值减少了一半,降低了在表面由于附加应力而产生裂纹的可能性.     

工艺参数对连续挤压铜/铝复合接触线成形的数值模拟研究

针对铜铝无法复合成形和铜铝结合面不紧密等问题,采用Deform-3D有限元软件,模拟了铜铝复合接触线连续挤压包覆成形过程,研究了成形过程不同模芯端部导流角、复合变形区长度、坯料与模具表面状态和挤压轮转速对铜铝复合接触线包覆质量的影响.研究结果表明:模芯端部导流角度取45°~30°,复合变形区长度L取5 mm,铜铝结合紧密度高,包覆效果好;提高铜线与铝线之间的摩擦,降低模具与铜线之间的摩擦,有利于实现铜铝流动的同步性;适当提高挤压轮转速有利于铜铝结合面紧密度的提高.在TLJ340连续挤压机上进行了铜铝复合试验,试验结果与数值模拟结果相吻合,成功生产出质量合格的铜铝复合接触线产品.     

芯轴螺纹升角对钛合金内螺纹管挤压变形均匀性的影响研究

目的 为了促进金属周向的流动、提高金属的流动均匀性以及钛合金内螺纹管的成形质量,确定合适的螺纹升角大小。方法 通过数值模拟技术对内螺纹芯轴的螺纹升角在10°～40°范围内进行适当调整,并用相对均差值衡量挤压稳态内螺纹管的流动均匀性,探究螺纹升角的变化对内螺纹管成形的影响。结果 适当增大螺纹升角至30°,可以促进金属周向的流动,提高金属流动均匀性。结论 当内螺纹芯轴螺纹升角为30°时,金属流动更为均匀。对优化后的内螺纹芯轴进行挤压试验,获得了成形质量良好的TA1钛合金内螺纹管。     

新型等径角挤压工艺下的5052 铝合金变形行为的有限元模拟

目的采用新型复合大塑性变形技术正挤压-等径角挤压工艺(FE-ECAP),研究5052铝合金在室温条件下的变形行为。方法基于有限元分析软件DEFORM-3D,在FE-ECAP工艺下对5052铝合金进行有限元模拟,研究变形过程中挤压载荷、等效应变、金属流动速度等场量的分布规律。结果 5052铝合金在FE-ECAP变形过程中,挤压载荷曲线呈双峰形态分布,在挤压模口附近达到第一次峰值,第二次出现在转角处,挤压载荷值为347 k N,同时也是整个挤压过程的最大值;经过FE-ECAP变形后,等效应变大量累积,使得主要变形区达到了高度均匀的变形状态;坯料外转角处金属的流动速度值大于内转角处的流动速度值。结论根据以上结果分析,在FE-ECAP工艺下,为使变形坯料性能优越,应尽量提高坯料变形的均匀性。     

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。     

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.     

Mg-3Zn-1Zr合金细径管材的挤压模具设计

基于Mg-3Zn-1Zr合金本构方程运用Defrom-3D软件对多种Mg-3Zn-1Zr合金细径管材的挤压模具参数的配合进行了有限元模拟分析。结果表明:挤压模入口圆角半径一定时,挤压模模角越大,挤压杆的载荷越小,挤压模圆锥段发生紊流现象越严重,挤压死区越大。挤压模入口圆角处的磨损最为严重,当挤压模模角为120°,挤压模入口圆角半径为2 mm时,模具磨损最小,挤压载荷和模具应力也较小。工作带长度超过4 mm时,随着工作带长度的增加,模具磨损深度显著增大,管材与模具易产生黏结,进而产生缺陷和变形不均匀。采用模拟优化的模具挤压出的Mg-3Zn-1Zr合金细径管材表面质量良好、尺寸精度高,说明基于Deform-3D有限元分析能够为实际模具设计与镁合金型材的生产提供可靠参考。     

连接块温挤压模具强度校核及结构优化

目的解决铝合金连接块温挤压成形过程中出现的模芯开裂和上模载荷过大的问题。方法基于有限元软件Deform-3D进行了三维有限元模拟,研究了连接块成形过程和模芯的受力状态。结果结果表明,局部应力过大是导致模芯开裂的主要原因。通过优化上模结构、增设溢流槽等措施以增大金属流动面积,可以显著降低模芯内腔局部应力和上模载荷。结论采用理论计算验证了2层组合凹模的安全性,有利于提高连接块的成形质量和凹模模芯的使用寿命。     

三孔双芯模挤压方管型材的金属流动行为分析

为了分析双芯模挤压铝型材时造成的流动不均匀以及模具结构对该类型材焊合质量的影响,采用DEFORM-3D有限元分析软件,对三孔双芯模挤压6005A铝合金方管型材的金属流动行为进行了分析.模拟结果表明,分流孔面积分布不均易造成方管型材镰刀弯缺陷,当中间分流孔与一侧分流孔的面积比值为0.93～1.03时,型材出口流速均匀、焊缝居中.焊合室高度为13～16mm时焊合良好、成形质量好.挤压力在坯料与焊合室底面碰触后急速上升,在突破模孔时达到最高值.型材出口温度受分流孔面积和焊合室高度影响较小,当坯料温度为480℃时,型材出口温度为546～548℃.在650吨卧式挤压机上进行了挤压实验,实验结果与仿真结果吻合.     

过滤器冷挤压模具设计及数值模拟

目的基于实际生产经验,分析冷挤压过程中筒形件的刚性平移现象。方法通过数值模拟分析了筒形过滤器冷挤压过程中的折叠和撕裂倾向、金属流动规律和挤压力。结果数值模拟结果表明:在筒形件的冷挤压中,筒状部分有显著的刚性平移现象,即高于凸模工作带的筒状部分在挤压过程中不发生塑性变形,仅沿着凸模挤压的反方向移动。结论金属流动的速度场和位移场,以及挤压载荷变化趋势较直观地反映了筒形件冷挤压中的刚性平移现象,实际生产并获得了表面质量良好的过滤器零件。     

Effects of Guiding Angle on Plastic Metal Flow and Defects in Extrusion of Aluminum Alloy

To reduce defects, such as the shrinkage cavity and the surface cracks caused by non-homogeneous metal flow in extrusion process, an extrusion method was proposed by using a die with the guiding angle. Numerical simulation and experiment were conducted to investigate the metal flow in this extrusion process. It is shown that the stress state at the bottom of the die is changed. The tendency to generate the dead zone is decreased by employing the guiding angle at the die entrance. The shrinkage cavity is reduced because the non-homogeneous metal flow at the final stage of extrusion is improved. The axial stress is decreased greatly so that the surface cracks caused by additional stress are avoided.     

连续挤压铜扁排的阻流角设计及物理场分布

基于Deform-3D平台,建立了Conform连续挤压生产大宽厚比铜扁排有限元模型,研究了连续挤压过程中阻流角变化对模具出口处金属流动及相应应力场分布的影响规律,并结合方差分析法获得了模具出口处的流速均方差,观察模具阻流角对扁排成型的影响.研究表明:模具阻流角从3°~15°变化时,随着阻流角的增加,金属流速均方差先增大后减小,其阻流角区域等效应力值以及模具入口处沿挤压方向应力也逐渐增加;在定径带长度一定以及模具载荷允许的情况下,选择3°、5°、15°的阻流角可使模具出口处金属流速相对稳定,扁排成形性较好;当模具容易损坏时,选择3°和5°阻流角既可降低模具载荷又可获得板形均匀的扁排.     

Metal flow behaviour of wide flat bar in the spreading extrusion process

Abstract

To examine metal flow behaviour experimentally in the spreading extrusion process, a round billet is spread by means of a spread ring and extruded through a die opening wider than the internal diameter of the container. In spreading extrusion, the extrusion load is reduced by about 30% in comparison with basic extrusion. However, the metal flow balance in spreading extrusion worsens, because of the high frictional force generated at the interface of the billet and spread ring during the filling process. When the profile is wide or when spread ring height is low, the geometry of the plastic deformation zone on the die face changes from an ellipse into a figure of eight at the wide zone at both ends of the die opening. As a result, the metal flow balance markedly worsens, due to an increase in the size of the plastic deformation zone and frictional resistance acting on the spread ring wall.     

凸模结构对大截面带筋方筒件挤压力的影响研究

目的 解决大截面铝合金带筋方筒构件在反挤压过程中成形力大的难题,实现在3 000 t压力机下成功制备内孔为665 mm×665 mm的大截面带筋方筒形构件。方法 提出了一种使用新型棱台凸模结构代替平凸模结构的方法,用主应力法得出了棱台凸模结构与平凸模结构的挤压力计算公式,对比分析了2种凸模结构反挤压成形力的大小,并用DEFORM有限元软件模拟分析了不同结构参数下的棱台凸模反挤压过程,最终进行工程试制,验证了反挤压工艺的可行性。结果 通过主应力法得出了方筒形件的变形力计算公式,得出棱台凸模结构反挤压成形力小于平凸模结构反挤压成形力,经模拟分析得出在反挤压过程中棱台凸模结构的最优结构参数为棱台斜角15°、棱台高度40 mm,并在3 000 t压力机上成功制得内孔为665 mm×665 mm的大截面带筋方筒形构件。结论 通过数值模拟分析可知,与采用平凸模结构相比,采用棱台凸模结构时的反挤压成形力降低了约13%,同时减少了挤压变形过程中的金属流动“死区”。经实验验证,在3 000 t压力机上成形了内孔为665 mm×665 mm的大截面带筋方筒形构件,实现了省力挤压。     

实心边框铝型材挤压数值模拟与模具结构优化

目的针对汽车用某实心边框铝型材出口流速不均匀的现象,改进模具的工作带、阻流块和促流角结构。方法运用专业铝型材挤压成形有限元软件系统,对型材的挤压过程进行分析,模拟稳态挤压成形过程,以速度相对差作为衡量速度均匀程度的指标。结果初始模具结构挤出的型材流速不均匀。通过改变工作带长度、增设阻流块以及增加促流角的方法,使得模具出口处的金属流速变得均匀。结论改进后模具所受的压力更小,可以减小模具的磨损,增加模具寿命,模拟结果与实验吻合。     

液态挤压下 Al,Zn 合金的强韧化

液态金属挤压是一种全新的液态成形方法。它克服了液态模锻过程塑性变形量小的不足,使液态金属在经受压力下凝固的同时,加上大塑性流动,从而使组织在压力下结晶。这样在高温下挤压效应和流动-形变凝固效应等强韧化机制的作用下,改变液态模锻组织为塑性变形组织,其强度和韧性指标必将大幅度提高。为验证这一理论,进行了大量试验工作,其结果与原分析相吻合。为该工艺研究、开发及应用提供了理论依据。     

On the capability of severe plastic deformation of twining induced plasticity (TWIP) steel

There are few reports showing that severe plastic deformation of relatively high strength materials such as steels is difficult due to the segmented flow. In the present paper, it is shown that twining induced plasticity (TWIP) steel can be processed successfully by simple shear extrusion without segmentation. Two simple shear extrusion dies with the maximum distortion angle of 30° and 45° are considered. For comparison, TWIP steel is also processed by equal channel angular pressing at two strain rates. Results show that equal channel angular pressing leads to the segmented flow due to flow localization while simple shear extrusion has the capability of processing TWIP steel without cracking. The microstructure after one pass of simple shear extrusion consists of many deformation twins due to imposing large plastic strains into the material.     

Plastic flow of aluminium extruded under complex conditions

Abstract

This paper describes the extrusion process of aluminium in which cyclic changes of the strain path are induced in the natural deformation zone of the extruded piece of metal, through reversible rotation of the die (patented KOBO metal forming process). Such a procedure allows significant reduction in the extrusion force, as well as in the global mechanical work needed for the extrusion of a rod when compared with the conventional process. Macro- and microstructural observations of the products and microhardness and tensile tests show that cyclic changes in the strain path cause a reduction in the differences in the rate of plastic flow in the particular microvolumes of the metal, and lead to structural homogenisation. This process also causes a significant improvement in the plasticity of the extruded rod and a reduction in its work hardening.