工艺参数对触变模锻复合材料影响的仿真研究

采用商业有限元软件Deform-3D对触变模锻Al-7%Si合金/Al-17%Si合金复合材料进行仿真模拟,研究了坯料初始温度、模具温度对复合成形的影响规律。模拟结果表明:下坯料初始温度较低,复合界面线严重偏靠锻件中部上表面,底部充型不完全;下坯料初始温度较高,界面处坯料温度和应力不均匀程度严重。随着模具温度下降,坯料温度降低快、应力增加快,半固态成形时间不充分,复合界面处坯料温度、应力不均匀性加重,复合制件下部出现未充满现象。上坯料初始温度为580℃、下坯料初始温度为570℃、模具温度为400℃时,触变模锻复合充分,充型饱满,界面处温度、应力分布较为均匀,界面线直线居中,复合制件中部薄。并通过实验验证了模拟的可靠性。     

基于DEFORM-3D的7075铝合金筒型件半固态成形有限元模拟及试验验证

使用三维模拟软件DEFORM-3D,模拟了7075铝合金深腔筒型件的半固态成形过程,分析了坯料温度、模具温度及加载速度对筒型件成形过程的影响。结果表明,提高模具温度和坯料温度,能显著降低坯料的变形抗力;提高模具温度和加载速度可以减少热量损失,提高半固态坯料的充型能力。最优工艺参数为：坯料温度610℃,模具温度350～400℃,加载速度15mm/s,此时,材料最大等效应力值为69.9MPa。通过试验验证表明,在模拟参数下进行半固态成形,筒型件外形完整,表面品质高,组织致密,无成形缺陷。     

AZ80镁合金管材反挤压成形的数值模拟与试验研究

采用Deform-3D软件对AZ80镁合金厚壁管材的反挤压过程进行了数值模拟,模拟了不同挤压温度和挤压速度对反挤压成形过程的影响。结果表明,反挤压过程的等效应变主要集中在凸模与坯料接触处和管壁上,管材的内壁和外壁损伤值较大,容易产生损伤。挤压温度越高,管材成形的温差、等效应力和挤压载荷就越小,挤压变形越均匀。挤压速度越小,金属的流动速率峰值越小,金属流动越均匀,管材温差越小,挤压变形越均匀。通过镁合金管材的反挤压试验,验证了模拟结果的准确性。     

6063铝合金螺旋挤压过程数值模拟与组织性能研究

建立了一种截面对称的铝合金螺旋型材挤压模型,通过具有螺旋型腔的模具挤压实现铝合金螺旋型材的近净成形。基于DEFORM-3D有限元数值模拟及挤压实验,研究了铝合金坯料在挤压过程中温度场、速度场、应变场以及应力场等物理场量的分布规律,对挤压型材的晶粒组织、微观特性及硬度分布进行预测与分析。结果表明,6063铝合金在挤压温度为450℃、挤压比为22的螺旋挤压过程中,同一截面上,坯料的温度分布是不均匀的,呈螺旋梯度分布,且边部区域的应力应变、挤压速度要大于中心区域。坯料在模具型腔内流动时,与工作带接触的部位变形最为强烈,应力应变整体上升。微观组织分析表明,在螺旋挤压过程中坯料发生动态再结晶,同一截面上,晶粒沿螺旋方向偏转分布,型材边部比中部晶粒更为均匀细小,表明变形程度大的区域晶粒细化更为明显。硬度的分布呈现从中部到边部逐渐增强的趋势,表明变形程度是影响硬度分布的关键因素。     

铝合金空心型材分流模挤压成形全过程温度场的数值模拟

采用焊合区网格重构技术,解决包括分流与焊合过程的空心型材分流模挤压成形全过程温度场模拟问题,以一种典型大断面铝合金空心型材分流模挤压成形为实例,分析挤压速度和坯料温度对模孔出口处型材最高温度及型材横断面温度分布的影响,提出合理的坯料温度和挤压速度范围。结果表明：挤压速度对模孔出口处型材横断面温度分布不均匀性的影响较大,而坯料温度的影响较小：当挤压速度由0.6 mm/s增大到3.0 mm/s,坯料温度为500℃时,模孔出口处型材横断面上最高与最低温度的差值(最大温差)由28℃增大到60℃;而当挤压速度一定,坯料温度在480~520℃变化时,型材横断面上最大温差的变化不超过3℃。6005A型材的合理挤压条件：坯料温度520℃时,挤压速度范围为0.63~0.93 mm/s;坯料温度500℃时,挤压速度范围为0.87~1.14 mm/s;坯料温度480℃时,挤压速度范围为1.10~1.34 mm/s。     

硼酸镁晶须增强镁基复合材料挤压过程数值模拟

对不同挤压工艺下Mg2B2O5w/AZ63B棒材的热挤压过程进行了有限元模拟,分析了热挤压过程中挤压温度(250、300、350℃)、挤压速度(1、4mm/s)和挤压比(6.25、14.00、20.25)对Mg2B2O5w/AZ63B复合材料挤压过程中等效应力的影响。模拟结果表明,温度对等效应力的影响最为显著,当挤压温度由250℃升至350℃时,合金的最大等效应力由185MPa降低到138MPa;当温度与挤压比恒定时,挤压速度从1mm/s增大到4mm/s时,最大等效应力值从184MPa降低到167 MPa;随着挤压比的增大,坯料在挤压筒内的等效应力逐渐增大,挤压坯料在挤压模具锥角处受到强烈的挤压变形和剪切变形,晶粒得到细化,使得等效应力的分布更加均匀。     

ECAE法制备铜铝双金属复合棒材数值模拟与试验研究

利用Deform-3D有限元软件对铜铝双金属复合棒材室温4道次B_C路径ECAE变形过程进行模拟，研究了金属流动、挤压载荷、等效应变以及平均应力的分布及变化规律；并在自行设计的模具上进行了试验验证，成功制备出铜铝双金属复合棒材，对变形材料进行了物理网格试验及组织性能测试。结果表明，ECAE工艺下铜铝双金属复合棒材内部存在剧烈剪切变形区，复合坯料由不稳定变形逐渐过渡为均匀协调变形，材料内部处于理想的三向压应力状态，静水压力较高，界面处金属结合紧密。4道次ECAE挤压后，铜铝双金属复合坯料整体变形相对均匀，平均累积等效应变量为4.49。随着挤压道次的增加，载荷峰值不断增加，同时复合坯料内部显微硬度不断升高，但包覆层增幅大于芯部材料。     

Al/Mg双层方管渐进扩径成形的数值模拟及实验研究

为了研究渐进扩径成形(Progressive expanding forming,PEF)工艺对Al/Mg双金属复合方形管材成形过程多物理场及微观组织的影响,根据PEF工艺的特点,采用DEFORM-3D软件建立了三维热力耦合的有限元数值模型并进行模拟,在PEF工艺实验中开展了微观组织表征及硬度测试,研究了预热温度对成形载荷及坯料形变的影响、挤压速度对坯料温度场及等效应力的影响,以及不同坯料预热温度对Al/Mg双金属微观组织的影响。结果表明：PEF工艺可以产生大塑性变形(Severe plastic deformation),有效地细化双层方管的微观组织,并且能够直接一次形成壁厚为3 mm的Al/Mg双金属复合方管;坯料预热温度从340℃上升到430℃时,成形载荷呈下降趋势,下降了约28.6%;挤压速度越快,挤压剪切扩径区的等效应力越大;在Al/Mg双金属复合界面过渡区会形成Mg₁₇Al₁₂、Mg Al、Mg₂Al₃三种铝镁的化合产物,结合层硬度较高;当挤压速度为10 mm/s、挤压温度为400℃、扩...     

Al2024合金半固态触变挤压成形热-力耦合有限元模拟

详细地论述了半固态触变挤压成形热-力耦合粘塑性有限元基本公式,利用Gunasekera流动应力公式,在Marc有限元软件平台上通过二次开发,建立了半固态触变成形计算机仿真模型.通过对Al2024合金半固态触变挤压成形工艺过程热-力耦合有限元模拟知坯料的变形区主要集中在挤压凹模的锥形部位;挤压结束时,制件中心与表面的最大温差约为85℃;制件锥形表面附近的等效Mises应力比其他部位的等效Mises应力大,并且有明显的应力集中现象.凸模行程与载荷曲线的有限元模拟结果与试验曲线吻合较好.     

T2纯铜扭转挤压成形有限元数值分析

通过Deform-3D软件对T2纯铜扭转挤压成形过程进行数值分析。采用刚塑性有限元法,分析了不同模角下的挤压力行程曲线、坯料应变和温度场的变化,研究不同扭转速度对成形制品的应变和温度影响,并将扭转挤压与传统挤压成形效果进行对比。结果表明,模具模角变大,挤压力和挤压温度会变大,但坯料的变形增加,变形更均匀。与传统挤压成形相比,扭转挤压变形更加剧烈,随着扭转速度的增加,坯料的应变也增加。     

316不锈钢异形Ⅰ截面型材挤压成形过程有限元模拟

以异形Ⅰ形截面不锈钢型材为研究对象,采用DEFORM-3D有限元软件系统对其热挤压成形过程进行数值模拟分析.研究了挤压稳态成形过程中挤压速度、摩擦系数、坯料预热温度等因素对不锈钢型材挤压过程的影响.计算结果表明,当挤压比为9、挤压速度为200mm/s、摩擦因子为0.3、模具预热温度为450℃、坯料预热温度为1050℃时,金属流动状况良好,材料的应力应交分布均匀,可有效提高模具的寿命,对指导实际生产具有积极的参考价值.     

带I型纵筋薄壁构件挤压成形数值模拟与工艺优化

带I型纵筋薄壁构件的结构复杂、壁厚不均,在挤压过程中容易发生金属流动不均匀现象,导致型材发生翘曲变形。针对该问题,采用Hyper Xtrude有限元分析软件,研究了挤压速度、坯料初始温度和模具初始温度等工艺参数对挤压成形效果的影响规律,发现坯料初始温度的增大会使金属流速更加均匀,而过大的挤压速度和模具初始温度会加大金属流速的不均匀性。通过正交试验获得最佳成形工艺参数组合:挤压速度为2 mm·s~(-1),坯料初始温度为480℃,模具初始温度为440℃。最后进行了相应的挤压试验,并成功获得高精度带I型纵筋薄壁构件样品。该研究工作为此类构件的挤压成形工艺及模具的优化设计提供了理论参考。     

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。     

6063铝合金半固态反挤压数值模拟

对采用近液相线半连续铸造方法制备的6063铝合金半固态坯料进行了热模拟压缩试验。根据试验获得的不同温度与应变速率下的应力-应变曲线,采用有限元软件DEFORM-3D对温度为615～625℃、应变速率为0.1～5.0s-1、最大变形程度为60%条件下的半固态铝合金反挤压成形过程进行了数值模拟。研究了变形程度、变形温度、凸模速度、摩擦因数对成形过程的影响,并对变形工艺参数进行了优化。结果表明,随着变形程度增大,处于大变形区内的材料流动速度与方向变化明显,小变形区也逐渐参与变形,变形的不均匀性更加明显。随凸模速度的增大,坯料流动速度加快,整个变形的不均匀程度加剧,对成形不利。随着变形温度的升高,处于大变形区内的材料等效应变明显增大,而材料各点的等效应力均有所减小。摩擦条件对材料变形的影响不显著。     

基于Deform-3D十字轴径向挤压工艺的研究

本文利用Deform-3D软件对20Cr钢进行径向挤压生产十字轴,通过改变坯料成形的影响因素:挤压速度、摩擦因数、温度等来分析成形后坯料的应力场、应变场、损伤及最大主应力的分布规律。结果表明:挤压速度为2m/s时,生产的挤压件性能更稳定。随着摩擦系数的增加,摩擦系数为0.7时其不变形区的应力应变明显增大,变形区的损伤值明显增大,性能变差。随着温度的升高,其等效应力、应变、最大主应力均明显降低,而损伤值增大。为了保证产品质量,更适合选用温挤压500℃时。该工艺为实际径向挤压工艺过程提供精确的数据以供参考,从而改良工艺过程,为制作高性能的十字轴做铺垫。     

2A12高强铝合金变断面挤压工艺仿真研究

挤压成形是变断面结构一种重要的成形工艺,采用有限元软件对2A12铝合金变断面管材挤压过程进行了数值模拟。研究了挤压过程中温度场和应变场在整个挤压过程中的变化特征,坯料温度、挤压速度、工作带长度和挤压模具锥角对模具口处温度场和应变场的影响规律。结果表明：随着挤压模具锥角、挤压速度的增加和坯料温度的降低,出口处温度场和应变场均匀性降低;工作带长度的变化对出口温度场和应变场的影响较小。     

AZ31镁合金电池筒反挤压成形模拟与试验验证

用有限元模拟软件Deform-3D对5号AZ31镁合金电池筒反挤压成形过程进行仿真模拟,完成了模具的设计,分析了挤压坯料温度与挤压速度对反挤压成形过程的影响,探讨了电池筒损伤极值、等效应变极值、等效应力极值以及模具温度场中最高温度的变化。结果表明,在相同挤压速度下(145 mm/s),随着挤压坯料温度的升高,电池筒的损伤极值不断增大,等效应变极值先下降后上升,等效应力极值不断下降,模具温度场中最高温度不断升高,并在60℃的挤压坯料温度下,损伤极值最低。在相同挤压温度下,随着冲模挤压速度的升高,损伤极值先增大后减小,等效应变极值不断降低,等效应力极值不断增大,最高温度不断增大,在145 mm/s的挤压速度下,损伤极值最小值。选取不同挤压坯料温度与挤压速度进行正交试验,获得最优的工艺参数,并以此参数进行反挤压试验,获得组织较均匀的5号AZ31镁合金电池筒。     

T2纯铜扭转挤压成形的数值模拟与实验研究

在常温下对T2纯铜坯料进行了扭转挤压成形,运用Deform-3D有限元软件进行了扭转挤压的建模,并对成形过程进行了模拟。分析了不同扭转速度对挤压制品的等效应变和温度的影响。进行了扭转挤压试验,将试验结果和仿真数值进行了对比。结果表明,挤压速度一定(2 mm/s)时,扭转速度对坯料的变形量和挤压温度影响很大;随着扭转速度的增加,坯料的最大应变量变大,晶粒变细。当扭转速度超过2 rad/s和坯料的最大温度大于200℃时,本来细化的晶粒又会再结晶长大。在进行等速挤压且温度没有超过200℃时,可以较大程度地增大扭转速度以细化晶粒。     

齿形链轮温挤压精密成形数值模拟

采用DEFORM-3D软件模拟了齿形链轮温挤压成形过程,分析了挤压温度和速度对链轮成形中温度场和等效应力场的影响,并对挤压温度和速度进行了优化。结果表明,成形过程中齿形区温度分布不均且应力过大,在齿形边缘处易出现应力集中现象;在对比分析后得出最佳的工艺参数为:挤压温度600℃,挤压速度50 mm/s;在此最佳工艺参数下,齿形链轮填充良好,温度分布均匀,表面质量较好,且齿形区成形时应力状态得到改善,在齿形边缘处应力集中现象也得到缓解。     

Al-Si/Al-Mn复合连铸坯料均匀化热处理研究

对Al-Si/Al-Mn复合连铸坯料通过不同热处理温度和保温时间进行了均匀化热处理研究,并对均匀化热处理后的微观组织、硬度和微观成分分布进行了分析。结果表明:Al-Si/Al-Mn复合连铸坯料经过均匀化热处理后,Al-Si合金一侧的微观组织由粗大的网状结构转化成点状或短棒状混合组织,Al-Mn合金一侧微观组织趋于均匀一致,复合界面处的界限更加明显;均匀化热处理后Al-Si合金硬度有明显下降,但对Al-Mn合金的影响较小;微观元素分布分析表明均匀化热处理后溶质元素更加均匀,在复合界面处溶质元素出现互扩散现象,特别是Mg元素扩散后复合界面模糊;综合分析表明,Al-Si/Al-Mn复合连铸坯料在480℃保温15 h后效果最佳。