不同温度下AZ31镁合金等通道转角挤压工艺模拟分析

采用Deform-3D有限元软件,在挤压温度为250~400℃条件下,对AZ31镁合金等径角挤压工艺进行了数值模拟,主要分析塑形成型过程中的挤压载荷、等效应力和等效应变的变化规律。结果表明,AZ31镁合金塑形成型过程中挤压载荷分为3个阶段:无明显变形阶段、快速增长阶段和稳定变形阶段。挤压载荷随着挤压温度的增加显著下降,试样的等效应力分布不均,模具转角处等效应力较大,存在应力集中现象,等效应变逐渐增加,在转角剪切区最大。试样经过ECAP变形后,心部等效应变大,从内向外应变呈减小的趋势,试样上部等效应变较大,下部等效应变相对较小,组织均匀性较好。     

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。     

圆形等通道转角挤压过程三维数值模拟

基于网格重划分技术,采用有限元软件Marc对等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)进行数值模拟,得到了模具转角φ=90°、ψ=0°以及不同摩擦条件下圆形试样ECAP变形过程的网格、载荷变化以及等效应变分布规律。结果表明:由于剪切变形和外摩擦作用,底部网格产生畸变,出口端部形成半球形;圆形ECAP过程经历开始变形、稳定变形和终了三个阶段,在开始变形阶段载荷急剧增加,进入稳定阶段后变化平稳,但由于摩擦和加工硬化作用载荷继续增加;与无摩擦情况相比,摩擦的存在增加了试样与模具接触的接触面积、载荷值以及变形的不均匀性。此外,试样中心较表面变形更均匀,而中间截面相比头尾变形较为均匀。     

数值模拟模具内角对6082铝合金ECAP的影响

基于有限元分析,以6082铝合金为研究对象,采用DEFORM-3D分析了90~150°模具内角范围时等通道转角挤压(ECAP)过程中的载荷-行程曲线与应力及应变分布。结果表明,当模具内角为90°时,试样获得的等效应力和等效应变最大,塑性变形程度最强;随着模具内角增大,试样挤压过程中载荷值明显下降,试样中等效应力和等效应变减小,等效应变分布均匀性提高。     

6061铝合金等通道挤压工艺数值模拟

采用有限元技术模拟6061铝合金在室温下等通道转角挤压(ECAP)过程,分析了模具圆心角、摩擦因数对ECAP过程的影响。结果表明,圆心角减小,试样等效应变值增大且较为均匀,但是挤压载荷增加;摩擦对载荷的影响明显。单道次挤压后,试样变形不均匀。     

钛合金等通道转角挤压中背压因素的影响

研究了钛合金等通道转角挤压中背压因素的影响。结果表明,随着背压增大,试样通过模具底部转角的外圆角逐渐减小,变形更加均匀,并且随着背压的增大,所需挤压载荷增大,对模具及挤压设备要求提高。温度场总体变化不大,在底部区域温度场较无背压时均匀。试样底部的最大等效应变也随着背压的增大而逐渐增加,但背压过大会造成等效应变分布不均。最大主应力随着背压的增大而减少,降低了试样表面的开裂倾向。     

304奥氏体不锈钢在新型挤压模具下的仿真分析

通过运用设计的3种新型等通道转角挤压模具,结合现有关于等通道转角挤压的研究,对304奥氏体不锈钢材料进行三维有限元模拟,研究了挤压过程中的载荷曲线变化、等效应力以及等效应变分布。结果表明,挤压方式的改变不会影响凸模载荷的大小;同时,对比了3种不同挤压方式下模具的等效应力、等效应变后发现,旋转90°工艺的等通道转角挤压模具的等效应力值最小,使其在转角处发生拉毛的概率最小,对模具损伤也最小,并且其等效应变值最大,对试样的细化效果最好。最后,通过采取点跟踪的方式绘制应变点循迹图,更直观地论述了旋转90°工艺的等通道转角挤压模具更具有实用价值,也为今后开发实用型的等通道转角挤压模具的设计提供了理论支撑。     

AZ31B镁合金不同转角ECAP的挤压模拟

使用Deform 3D软件对AZ31B镁合金进行了250℃和模具转角90°、110°等通道角(ECAP)挤压的模拟。结果显示,在250℃下能够较好地完成ECAP挤压,最大的应变在转角处产生。随着角度的增大,有效应力和有效应变均减小。通过转角处附近切面可以看出其不同部位应变不一致,这使等通道角挤压过程产生变形不均匀。     

等通道转角挤压工艺有限元分析

用SOLIDWORKS建立等通道转角挤压(ECAP)的几何模型，用有限元软件DEFORM-3D划不同摩擦系数、不同冲头速度时的挤压过程进行了模拟、获得了相应的应变场以及载荷行程曲线，得到了模具的应力分布。模拟结果表明：变形区域集中在两个通道的相交部分；等效应变速率与冲头的运动速度成正比：摩擦系数对应变的分布和变形载荷有较大影响：在一定的摩擦条件下，完成ECAP所需的变形抗力与材料流动应力成线性关系；当通道表面粗糙度Ra为1.6μm时，模具危险点工作应力不会超过变形体流动应力的4.5倍。     

ECAP中摩擦因数对7075铝合金变形及组织的影响

采用有限元软件DEFORM-3D对7075铝合金等通道角挤压(ECAP)过程进行数值模拟,分析了不同摩擦条件下载荷变化、变形行为以及等效应力应变分布情况,并利用7075铝合金动态再结晶模型对微观组织变化过程进行了预测。结果表明,随着摩擦因数增大,载荷峰值明显增大甚至成倍增长,且载荷值波动加剧,试样"端部效应"减弱,等效应力应变分布不均匀;试样中部稳定变形区晶粒随挤压道次增多而不断细化,试样与通道接触部位形成晶粒细小区,经过4道次挤压后,摩擦因数为0.4时稳定变形区的晶粒比摩擦因数为0.1时的细小。