基于有限元法的轮毂成形工艺对比

目的对比某型号轮毂成形的工艺方案。方法对轮毂在不同条件下的成形过程进行了数值模拟和实验研究,分析成形工艺对应力分布、应变分布、金属流动速度场、成形载荷及内部组织的影响。结果坯料在800℃下采用闭式模锻所需成形载荷小,模具结构较简单,内部组织为粒状珠光体,力学性能优于其他2种方案下的内部组织魏氏体。结论闭塞式挤压和闭式模锻成形等效应力、等效应变、金属流动速度场、成形载荷及内部组织各不相同。模拟结果可以指导实际生产中工艺方案的选择。     

基于有限元不同大塑性变形应变特征对比研究及组织分析

目的 探究往复挤压工艺(CEC)与往复挤扭镦工艺(SETE)的变形特点,并研究单道次变形后的金属流动行为和应变分布特征。方法 以低活化钢为材料,对CEC和SETE等2种工艺下的变形过程进行有限元模拟分析,获得3个道次变形后的CLAM钢等效应变云图,同时,开展相关试验以验证有限元模拟的准确性。结果 往复挤压工艺(CEC)与往复挤扭镦工艺(SETE)均能实现多道次累积应变,其中SETE下的单道次累积应变量更大,其各道次等效应变分别比CEC下的等效应变高2.47、5.06、7.84。0.5道次变形后,SETE下的平均硬度值比CEC下的高6.1HV。结论 在CEC与SETE下进行各道次变形后,边缘等效应变都高于心部等效应变,且1道次变形后应变均匀性相差不大,但随着道次的增加,SETE下的应变分布更加均匀。0.5道次变形后,CEC与SETE下的边缘晶粒尺寸均较心部晶粒尺寸细小,且SETE下的晶粒细化程度更高。     

钛合金多向锻造数值模拟

目的研究TC4钛合金在多向锻造过程中的变形行为。方法基于Deform-3D模拟软件平台,对钛合金的多向锻造变形过程进行有限元模拟分析,研究不同工艺参数(锻造温度、锻造速度、锻造工步)下合金最大主应力、等效应变和载荷最大值的变化规律。结果多向锻造的每工步锻造为典型的镦粗过程,坯料中心部位一直受压应力作用,鼓肚处则出现最大拉应力。随着锻造温度的升高和锻造速度的减小,最大压应力和拉应力均减小,多工步锻造之后合金主应力场分布更加均匀。随着锻造工步的增加,坯料等效应变增大且中心大变形区域体积分数增加。最大载荷随锻造温度的升高和锻造速度的降低而减小,相同参数下不同锻造工步的载荷最大值变化不大。结论锻造温度、锻造速度、锻造工步对TC4钛合金多向锻造变形行为有显著的影响,适当选择多向锻造工艺参数,可以降低载荷并获得均匀性较好的坯料。     

挤压速度对Ti3Al基合金包套挤压过程影响的数值模拟

目的研究挤压速度对Ti_3Al基合金包套挤压过程的影响规律。方法利用数值模拟技术在Deform-2D有限元软件中模拟Ti_3Al基合金的包套挤压过程。结果挤压速度越大,坯料及包套的温度和等效应变越高,并且坯料成形的挤压比也越大;在模拟的挤压速度范围内,挤压速度对坯料的等效应力场和模具载荷影响较小。结论选择挤压速度时应使坯料温度和应变速率有良好匹配,这样可以提高坯料成形的均匀性,降低模具载荷以及坯料所受到的应力,为Ti_3Al基合金的包套挤压开坯过程提供参考。     

Ti-6Al-4V钛合金等通道转角挤压的有限元模拟

运用有限元方法对Ti-6Al-4V钛合金等温等通道转角挤压过程进行了模拟,获得了摩擦因子、挤压角、过渡角等挤压参数对材料变形区的应变分布和挤压载荷的影响规律.结果表明:摩擦因子的增大引起局部应变集中,摩擦因子为0.5时,最大挤压载荷比零摩擦条件时提高了2.37倍;增大挤压角有利于获得均匀等效应变,减小挤压载荷,但同时减小了单次变形的应变量;减小过渡角可以扩大均匀应变区域,但过渡角过小会引起通道转角处的严重应变集中.     

镍基高温合金微型涡轮盘热塑性成形工艺

目的 研究GH4698微型涡轮盘热塑性成形工艺。方法 采用有限元软件Deform-3D对镍基高温合金微型涡轮盘模锻过程进行数值模拟分析,研究坯料不同高径比、不同模锻温度下涡轮盘成形的最大载荷值、等效应力、等效应变、速度场的变化规律。结果 微型涡轮盘模锻过程载荷最大值随模锻温度升高而降低,温度和高径比对涡轮盘的凸台、直榫等部位的等效应力、等效应变影响有明显的差异。在涡轮盘路径1上,随着温度的升高,等效应力逐渐降低,变形更加均匀;随着高径比的增加,变形不均匀程度增大,高径比为1时等效应力的极大值最小;温度和高径比对速度场的影响较小。结论 温度和高径比对GH4698微型涡轮盘锻造变形行为有显著的影响,选择合适的模锻工艺参数可以有效降低成形载荷,并获得使用性能较好的微型涡轮盘。     

大型铝合金铸锭均匀化镦拔优化与模拟

目的给实际生产中大型铝合金铸锭的镦拔提供一套较为全面系统的工艺优化依据。方法提出以理论变形量计算为指导的镦拔参数优化方法:首先将变形过程视为均匀变形,计算坯料镦拔的理论等效应变参数公式;然后针对给定的最终坯料尺寸,优化镦拔过程参量,使理论等效应变均值最大;最后根据优化的镦拔过程参量数值,模拟镦拔工艺过程,对比等效应变的理论均值和模拟均值。结果随着镦拔次数的增加,等效应变均值不断增加,理论值与模拟值偏差逐渐减小,但应变均匀性越来越恶化。结论为得到满足均匀性条件的最终坯料提供了一个有效手段。     

AZ31 镁合金轧制-剪切-弯曲变形工艺数值模拟研究

目的研究温度和道次压下量的变化对AZ31镁合金轧制-剪切-弯曲变形工艺的影响规律。方法对AZ31镁合金轧制-剪切-弯曲变形过程进行数值模拟,探究变形过程中应力、应变分布规律。结果压下量越大,模具转角处累积的等效应变值越大;随着温度的升高,模具转角处等效应力逐渐减小,等效应变逐渐增大。结论试样在模具转角处发生了剧烈的塑性变形,研究结果为板材的制备提供了依据。     

剪切夹具设计及铝合金循环剪切变形行为

目的 研究金属薄板在剪切变形条件下的随动硬化行为。方法 设计一款金属薄板循环剪切变形试验夹具,对夹具的强度进行数值仿真校核。采用该夹具进行5052铝合金板的循环剪切试验,通过数字图像相关测量系统对剪切应变进行跟踪测量,对变形区剪切变形的均匀性进行分析,对5052铝合金的循环剪切应力应变曲线所表现出的包辛格效应进行讨论。结果 该夹具满足强度要求,剪切变形区的剪切应变与等效应变比值非常稳定,5052铝合金板的正向剪切强度与反向剪切强度不同,在3.97%和7.1%剪切应变时,包辛格效应系数分别为0.328和0.51。结论 所设计的夹具可以有效实现剪切变形,剪切应变分布均匀;试验所用的5052铝合金具有显著的包辛格效应。     

颤振激励条件下的反挤压有限元模拟分析

目的 针对“难成形零件”提出的电液颤振挤压成形技术,理论研究颤振对冷挤压成形的影响规律。方法 通过离散化处理颤振速度,对挤压筒和顶杆分别施加颤振激励,利用DEFORM-3D软件有限元模拟,分析比较不同颤振激励下的行程载荷、摩擦力、速度场和应力应变场。结果 在挤压成形过程中,材料流动规律会由于颤振激励的存在而发生改变,在局部区域,材料流动速度较传统挤压时有较大提高;当颤振最大速度小于挤压速度时,颤振对挤压力、摩擦力、等效应力和等效应变的影响并不显著,当颤振最大速度大于挤压速度时,颤振可降低挤压力与摩擦力,改变等效应力和应变分布,但并不影响最大等效应力值。结论 颤振激励影响材料流动规律,对挤压力、摩擦力和应力应变场的影响存在一个拐点,为电液颤振冷挤压成形技术的推广应用提供了一定理论依据。     

Finite element analysis of rotary-die equal channel angular pressing

In this paper, the finite element method (FEM) was applied to analyze the plastic flow and strain hardening behavior of pure copper, subjected to rotary-die equal channel angular pressing (RD-ECAP) up to four passes. The die was rotated 90° counter clockwise between the passes in the simulation. The effective strain distribution and load–stroke curves were investigated. The load was increased with the number of rotary-die equal channel angular pressing passes. The results show that, plastic deformation becomes inhomogeneous with the number of passes due to an end effect, which was not found seriously in conventional equal channel angular pressing (ECAP). Especially, decreasing corner gap with increasing the number of passes was observed and explained by the strain hardening effect.     

7075铝合金热压缩过程变形行为和载荷研究

采用MMS-300多功能材料试验机对7075铝合金在变形温度300-450℃、应变速率0．01～40s^-1下单道次压缩过程进行了实验研究,并根据其流变曲线对热压缩过程进行了数值模拟,分析了变形速度、温度和摩擦对变形栽荷的影响规律。结果表明：7075铝合金变形过程发生了动态再结晶,应力-应变曲线表现出波浪形,波动周期大致相同,振幅随着应变增加逐渐减小;变形速度较小时,变形速度增加,临界应变增加,变形速度增加到一定程度时临界应变反而降低。随着变形速率增加和变形温度降低,载荷增加,而摩擦对7075铝合金热压缩过程的栽荷影响不大;当变形速率增加到一定值时,载荷值对速度敏感度降低。     

A modification on ECAP process by incorporating torsional deformation

In the present study, integration of equal channel angular pressing (ECAP), as a well known severe plastic deformation (SPD) technique, and torsion deformation, is studied by using three dimensional finite element analysis. This process is to be named as torsional-equal channel angular pressing (T-ECAP). In this modification a part of the exit channel in the ECAP die is rotating around its axis, to impose extra shear strains to the samples. To study deformation behavior in the T-ECAP process, three-dimensional finite element analysis (FEA) was carried out by using the elasto-plastic finite element analysis ABAQUS/Explicit Simulation. To investigate the validity of the simulation results, experimental studies were furthermore performed on commercially pure aluminum (AA 1050). Vickers hardness test was used to determine the distribution of hardness on both normal and longitudinal sections of the deformed samples with respect to the exit channel of the die. The hardness test results showed more uniform distribution of hardness in both sections of the T-ECAP processed samples regarding the ones produced by ECAP process. The load requirement comparison for performing both processes showed lower value for the T-ECAP with respect to the ECAP process. The simulation results for the strain values showed higher magnitude and more uniform distribution for the T-ECAP with respect to the ECAP process.     

Peculiar features of mechanical behavior of aluminum alloy 01570S with bimodal structure under conditions of dynamic loading

We have studied high strain rate deformation of aluminum alloy 01570S with bimodal structure obtained by equal channel angular pressing. It has been demonstrated that, at certain parameters of structure and temperature-strain rate modes of dynamic loading, the alloy can exhibit a high coefficient of strain rate sensitivity m ?? 0.4 characteristic for structural superplasticity upon quasi-static loading. An explanation of this effect in terms of the theory of nonequilibrium grain boundaries is proposed.     

Analyses of route Bc equal channel angular pressing and post-equal channel angular pressing behavior by the finite element method

Equal channel angular pressing (ECAP) process provides an efficient procedure for achieving ultrafine grained microstructures with excellent mechanical properties in metallic materials. In this article, a simulation scheme for predicting the mechanical behavior during and after ECAP was proposed. The proposed scheme was applied for interstitial-free (IF) steels, which are widely used for the automobile body applications. Plastic deformation behavior during several passes of ECAP in route Bc, including such aspect as deformed geometry, corner gap, forming load and strain uniformity, was predicted. Tensile testing responses of the ECAP-processed IF steel, including strain hardening, onset of necking, and post-necking behavior, were analyzed using the finite element method and compared with the experimental results. The predicted tensile curves, ultimate tensile strength, and elongation varying with the number of ECAP passes were in good agreement with experimental results. The computational scheme developed was demonstrated to successfully predict not only the plastic deformation behavior during ECAP but also the mechanical properties of the ECAP-processed material.     

AA5052铝合金筒体对轮强力旋压力学性能演化规律

目的 研究AA5052铝合金筒体在对轮强力旋压工艺下的材料变形规律和性能演化机理。方法 以AA5052铝合金对轮强力旋压件为研究对象,通过单轴拉伸、硬度测试和金相观察等方法,获得材料强度、硬度和微观组织在对轮旋压过程中的变化规律。结果 对轮旋压后,AA5052铝合金材料的微观组织发生显著改变,材料各向异性明显,晶粒被拉长形成流线,筒壁内外侧的晶粒比心部晶粒变形大,筒体硬度随着对轮旋压减薄率的增加而增大,筒体内外侧硬度高、心部硬度低,差值达2.9HV,经对轮旋压后材料断裂强度提高了11.51%,而断裂伸长率减小了46.43%。结论 对轮强力旋压技术适于AA5052铝合金筒体加工,可显著改善材料力学性能,获得两侧强度高的薄壁筒体。     

热变形参数对微型齿轮成形影响的实验研究

为了研究凸模速度、成形温度和成形载荷等热变形参数对5A02铝合金微型齿轮成形的影响规律,设计制造了微型齿轮模具,在自行研制的微塑性成形设备上,将压入高度比作为填充程度的评价参数进行了成形实验,成功获得了质量良好的节圆直径为Ф1 mm的5A02铝合金微型齿轮.研究结果表明,压入高度比可以很好地定量表示微型齿轮闭式模锻的填充程度,成形载荷是影响微型齿轮填充程度的主要因素,降低凸模速度、提高成形温度有利于提高微型齿轮的填充程度.     

镁合金板材等通道弯曲变形模拟与实验

目的通过设计一种等通道弯曲变形工艺,实现镁合金板材沿厚度方向较均匀的剪切应变。方法利用ABAQUS数值模拟并结合应变非均匀性评估方法,系统研究不同厚度镁合金板材在相同变形参数下剪切应变分布特征,比较实验结果说明模型准确性。结果等通道弯曲变形可以在不同厚度板材中实现较为均匀的剪切应变,且随着板材厚度的增加而提高。关于成形力的模拟和实验结果吻合良好,表明数值模拟方法能够较好实现ECAB变形过程的预测。结论由于该工艺能够引入均匀剪切应变,有望在镁合金板材组织和织构优化方面取得研究与应用价值。