圆柱体镦挤复合变形规律研究

针对镦挤复合成形过程中坯料在挤出时普遍存在的挤出高度不足的问题,利用Deform有限元软件模拟圆柱体自由端无约束时的镦挤复合成形过程,对镦挤成形过程的力学参数和变形规律进行分析;分别从理论和模拟两方面入手,研究正挤压和反挤压两种模式下的镦挤复合成形规律,模拟不同材料、不同挤出通道时的变形规律,绘制凸模行程与挤出高度曲线.研究结果表明:镦挤复合成形过程中的正挤压和反挤压具有一致的变形规律,当挤出通道直径为20~25mm、摩擦因数为0.2~0.4时,适当地增大挤出通道直径和摩擦因数,均有利于提高坯料的挤出高度,当摩擦因数为0.35、挤出通道直径为25mm时,坯料挤出高度最大.     

镁合金板材挤压工艺的有限元模拟

采用有限元模拟方法对AZ31B镁合金板材挤压过程中的应力场、应变场和挤压力随工艺参数的变化规律进行研究.所研究的挤压工艺参数包括:挤压温度、挤压比和挤压速度等。结果表明:随着坯料挤压温度的升高,最大等效应变值从17. 6逐渐增大至26. 4;最大等效应力值由133. 2 MPa减小至43. 4 MPa;挤压温度高于350℃后,挤压力变化不大.随着挤压比的增加,挤压力由7. 328 MN增大至8. 808 MN;最大等效应变值先减小后增大;最大等效应力值由87 MPa增加至119 MPa.随着挤压速度的增加,挤压力从2. 14 MN增加至3. 42 MN;最大等效应变值先增大后减小;最大等效应力值由72. 3 MPa逐渐增大至104. 2MPa.     

挤压工艺参数对挤压过程影响规律的仿真模拟研究

研究对象是某6063工业铝型材,将建立好的三维模型导入到有限元Altair Hyperxtrude分析软件进行仿真模拟,通过改变型材挤压工艺参数（挤压比、棒料预热温度、模具预热温度、挤压筒预热温度、挤压速度）,研究其对金属流动的规律,基于直交表Taguchi方法分析各挤压工艺参数对型材截面速度分布和挤压力的影响规律.结果表明:对于型材截面流动均匀程度指标参数,最佳挤压参数为挤压棒料外径205 mm、挤压垫速度3.2 mm/s、棒料预先加热温度480 ℃、挤压模具预先加热温度470 ℃、挤压筒预先加热温度440 ℃;对于挤压力指标参数,棒料外径200 mm、挤压垫速度1.4 mm/s、棒料预先加热温度490 ℃,挤压模具预先加热温度480 ℃、挤压筒预先加热温度460 ℃.      

工艺参数对铝合金微齿轮热挤压成形的影响

针对7075铝合金微齿轮挤压过程中出现的微尺度效应问题,将退火后的7075铝合金进行等温微压缩试验,获得材料的真实应力应变曲线,导入DEFORM软件,并模拟微挤压成形过程。定义挤出端凸度来评定微挤压件的成形性能,挤出端凸度越小,则成形性越好。设计正交试验,研究入模角、坯料直径、挤压温度、挤压速度和摩擦因数等对微齿轮热挤压成形过程中最大成形载荷和成形性能的影响规律。分析结果表明:坯料直径对最大成形载荷和挤出端凸度的影响均最大;挤压速度对成形载荷的影响较大,挤压温度的影响次之;挤压温度对挤出端凸度的影响较大,挤压速度的影响次之;入模角和摩擦因数对成形载荷和挤出端凸度影响均较小。通过优化工艺参数模拟挤压得到质量良好的微齿轮。     

模具参数对纯钛等通道转角挤压工艺变形规律影响的有限元分析

等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)工艺能够通过材料的剧烈塑性变形,获得块状超细晶材料.等通道转角挤压(ECAP)工艺通过改变应变量大小及其均匀性对晶粒细化有着显著的效果.通过DEFORM-3D软件模拟纯钛等通道转角挤压过程,研究了不同模具参数对试样变形的影响规律,给出了不同模具转角、模具外转角和模具内转角半径对ECAP试样变形区等效应变的影响,为获得纯钛试样变形分布提供了有效的规律.     

W-40Cu粉末包套热挤压过程数值模拟

采用DEFORM-2D软件对W-40Cu粉末包套热挤压过程进行了数值模拟,研究了挤压过程中内部多孔体粉末坯料和外部塑性钢套的温度场、应力应变场和速度场的分布情况,并深入分析了坯料的等效应力应变和坯料、包套的最大流动速度随挤压温度、挤压速度、挤压比等的变化情况,以及包套厚度对粉末包套热挤压过程的影响。结果表明:粉末包套挤压过程中在模口附近出现最高温度值,等效应力的最大值出现在锥形区转角处,等效应变最大值出现在模口附近的包套表面,坯料最大流动速度值出现在模口附近的坯料芯部位置,包套最大流速值出现在挤压头部位置;坯料等效应变和流动速度随包套壁厚的增加先升高后降低,在包套壁厚为7.5mm时应变值最高;包套底厚影响挤压坯的形状和材料利用率。模拟得到的不同温度和挤压比下的变形载荷与实验值误差小于10%,吻合较好。     

ECAE挤压件组织不均匀性研究

等通道转角挤压(ECAE)是一种制备超细晶粒材料的新技术。本文首先采用非线性有限元软件MSC.Marc模拟了AZ31镁合金20mm×20mm×80mm方形件的ECAE挤压过程,获得了各个阶段试样内应力场、应变场以及应变能分布,揭示了挤压初始、稳定阶段和终了等不同阶段试样不同的受力和变形特征,分析了试样经过通道转角剪切区所受力的不均匀性。然后用网格试样的物理模拟实验证实了挤压三个不同阶段的变形流动特征。最后对实际一道次和四个道次ECAE挤压试样的纵截面和横截面的微观组织进行分析,揭示了不同部位不均匀微观组织形成原因。     

有限元分析锥台转角对镁合金板材成形性的影响

采用锥台剪切变形新工艺制备镁合金板材,通过DEFORM-3D软件进行有限元模拟仿真,分析了锥台转角对锥台剪切变形镁合金板材成形性的影响,数值模拟了105°,120°,135°和150°4种不同锥台转角的模具对挤压镁合金板材的平均应力、等效应变、金属流速的影响规律。研究结果表明:不同锥台转角对挤压板材成形性能有着显著影响。当锥台转角逐渐增加时,锥台转角为120°的挤压模具,挤压后板材上拉应力出现的比例最小。随着锥台转角的增大,挤压后板材的等效应变随之减小,由2.63减小至1.88,但在锥台转角为120°时等效应变分布相对其他锥台转角较均匀。增加锥台转角,金属流速在120°时相对均匀,其不均匀程度参数值为0.007。此外,实验验证了锥台转角为120°时,锥台剪切变形镁合金板材表现出优越的成形性。     

基于刚塑性模型的钨基合金喂料螺杆挤压成形有限元仿真及工艺优化

钨基合金喂料的螺杆挤压具有可生产直径较大,挤压比较大,且生产效率高等优点。利用Deform-3D软件,通过采用刚塑性模型对钨基合金喂料在挤压温度为60℃、70℃、80℃和挤压速度为3 mm/s、5 mm/s、7 mm/s的挤压条件下进行有限元模拟,分析了每种条件下速度场、温度场、损伤及应力场变化,并将最优结果与螺杆挤压实验相验证。结果表明:在挤压温度为70℃,挤压速度为5 mm/s下,得到直径为30 mm的棒坯表面光亮无缺陷;模拟结果与实验结果吻合。     

200mm×200mm连铸坯连轧Φ100mm 42CrMo钢三维有限元模拟

采用MSC.Marc有限元模拟软件,针对200 mm×200 mm连铸方坯连轧Φ100 mm 42CrMo圆钢工艺过程进行三维热力耦合模拟仿真。因圆角在孔型中塑性应变较大且变形由表及里逐渐深入,因此对断面采用网格偏差划分方法以细分表层及圆角区域单元。根据连轧过程应力场、应变场和温度分布及轧制力和轧制力矩变化特点,得出合金钢轧制时圆角易出现裂纹的重要原因是该区域总等效塑性应变、等效应力和温降较大。机架间及轧后断面尺寸实测值与模拟值相符合。     

模具结构对FGH4096合金挤压变形影响的数值模拟研究

采用有限元数值模拟软件与正交试验相结合的方法研究了FGH4096合金包覆热挤压过程,系统分析了模具模角、入口圆角半径和工作带长度对挤压制品有效应变分布、温度分布和挤压载荷的影响。结果表明:模角越大,有效应变分布均匀区域减少,挤压载荷升高,挤压过程中产生的温升效应严重;模角越小,有利于挤压载荷的降低,挤压制品心部温升效应减轻,但心部出现有效应变小于1.500的区域增大。入口圆角半径和工作带长度对挤压制品的有效应变分布、温度分布和挤压载荷影响不大。当模角为45°时,有效应变分布均匀的区域增大,有效应变分布更为均匀。制作挤压模具进行模拟实验验证,结果表明实际挤压过程和数值模拟的数据相吻合,证明模拟参数设置合理,对实际生产具有指导意义。     

板带热轧变形过程中的非均匀应变问题分析

 采用有限元分析软件ANSYS/LS DYNA模拟板带轧制过程，分析了轧辊直径、轧件温度、轧件入口厚度和接触摩擦对变形区等效塑性应变的影响。结果表明：轧辊直径、轧件入口厚度和接触摩擦显著影响应变分布的不均匀性，应变的不均匀会导致再结晶晶粒的不均匀分布，而轧件温度对应变分布的影响规律不十分明显。该研究结果将为组织性能预报提供基础数据。     

铜材接触线扩展挤压成形的三维有限元数值模拟

根据有限变形刚粘塑性有限元理论,基于DEFORM-3D软件平台,对接触线在模腔中扩展挤压成形过程进行了三维有限元数值模拟,获得了扩展挤压成形过程的应力场、应变场、温度场和速度场分布,并揭示了金属流动规律,从而为模具设计提供理论依据。     

剧烈塑性变形对块状镁合金微观组织和力学性能的影响

等通道转角挤压（Equal channel angular pressing, 简称ECAP）可以使镁合金产生较大的塑性变形.通过有限元方法模拟了等通道转角挤压工艺及其相关工艺参数,研究了工件的应变和载荷分布情况,并建立了累积变形结果、微观组织细化和力学性能的数学模型.通过分析得到了晶粒细化和力学性能的关系,对累积变形的特点分析,预测了晶粒细化后的尺寸和力学性能.      

高Nb--TiAl合金叶片锻造模拟

采用Deform-3D有限元软件模拟β-γ高Nb-Ti Al合金叶片等温锻造,分析等效应变场、等效应力场与温度场的分布.叶片等温锻造中叶身与榫头的等效应变分布均匀,随着上模具压下速度的增大和预热温度的升高,变形过程中等效应力降低,有利于动态再结晶的发生;上模具压下速度在1.0~1.5 mm·s-1、预热温度在1250~1300℃有利于提高β-γ高Nb-Ti Al合金叶片锻件的质量.      

新型镍基粉末高温合金热挤压工艺有限元模拟与实验验证

采用有限元模拟的方法对一种新型镍基粉末高温合金热挤压工艺进行了优化设计,分析讨论了几种主要参数对热挤压结果的影响,并通过热挤压实验验证了有限元模拟的可靠性。结果显示,在热挤压过程中,坯料初始温度对应力和温度影响显著,对应变速率和应变无明显影响;挤压杆速度是调整应力和应变速率的重要参数;采用较小的模角（小于45.0°）可以使应力、应变速率、应变和温度分布的均匀性大幅度提高,有效避免挤压棒材开裂和保证显微组织均匀性。由模拟结果推出的主要热挤压参数为:坯料初始温度1100℃,挤压杆速度40 mm·s-1,模角40.0°。将推荐的参数用于热挤压实验,结果证明了有限元分析结果准确,热挤压参数合理。     

空心铝合金型材挤压成型模拟分析和实验验证

对6063铝合金挤压过程进行数值模拟,获得金属流动的温度场、速度场及型材的形变场,研究了其金属流动规律,预测实际挤压过程中可能出现的挤压型材缺陷。模拟结果显示,型材A、B、C区域挤出速度明显快于其他区域,将模拟结果与试模结果进行比较,二者相吻合。     

特厚板厚度方向形变传递规律的仿真分析

 基于Gleeble热压缩试验、有限元方法对一种HSLA钢特厚板轧制过程中厚度方向变形向心部传递的规律进行了仿真研究。首次从有限元角度定量揭示出特厚板生产中高温、低速、大压下量的轧制规范机理。仿真所用材料本构模型由Gleeble试验数据结合Arrhenius方程所构建,研究了轧制速度、压下量、轧制温度以及板坯厚度对特厚板厚度方向应变分布的影响规律。结果表明,轧制速度小于1 m/s时（平均应变速率小于 0.33 s－1）,有利于变形向钢板心部传递,削弱截面效应;压下量越大,钢板等效应变越大,且厚度方向最大等效应变出现的位置向心部偏移;轧制温度对等效应变的分布影响不显著,但是高温轧制有利于减小轧机负荷;板坯越厚,变形分布不均匀性越显著。当板坯厚度为500 mm时,截面的最大、最小等效应变差达到0.2。生产中,在设备允许的情况下,建议特厚板的轧制采用高温、低速、大压下量规范。     

钨基合金粉末挤压成形

在93W-4.9Ni-2.1Fe混合料中添加0.3%(质量分数)的长2~3 mm、直径15μm的钨纤维,在单柱液压机上反复挤出,获得直径12 mm的棒坯。采用扫描电镜和光学电镜观察棒坯断口和表面形貌,研究挤压次数、挤压料温度和挤压速度对挤压棒坯表面形貌和微结构的影响,并对挤压料的均匀性、流变性、钨纤维的定向排布进行研究。结果表明:通过多次挤压可以提高挤压料中增塑剂分布的均匀性。当挤压料温度为50℃时由于挤压料黏度小,增塑剂与粉末结合强度低,挤压料挤出不能成形;挤压料温度为35℃时,挤压料可挤出棒坯,但棒坯表面光洁度很差;挤压料温度为20℃时,挤压料挤出棒坯表面光洁度高,没有开裂和鼓泡现象。挤压速度为15 mm/s时,挤出棒坯表面光滑。粉末挤压可使挤压料中原来错综杂乱的钨纤维沿挤压方向实现一维定向排布。     

基于数值模拟的粉末冶金TiAl合金叶片模锻工艺研究

采用Deform-3D有限元软件对粉末冶金Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W(摩尔分数,%)合金叶片的模锻工艺进行数值模拟研究,分析预热温度和上模速度对TiAl合金叶片锻件的等效应变场和等效应力场分布以及上模载荷的影响。结果表明,随预热温度升高和上模速度减小,叶片锻件的等效应变场和等效应力场分布更均匀,有利于提高叶片组织的均匀性。随着模锻过程的进行,由于TiAl合金加工硬化以及锻坯与模具间的摩擦增大,导致上模载荷不断增大,而预热温度升高和上模速度减小均使上模载荷显著降低。粉末冶金TiAl合金叶片模锻变形的最佳工艺参数为预热温度1200℃、上模速度0.5 mm/s。