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6063铝管挤压成形过程的热力耦合数值模拟

金属塑性成形过程模拟是实现在短周期内,以低成本设计出参数合理的模具,生产出高质量产品的关键技术,它可以实时描述整个金属塑性成形过程,而要成功实现挤压成形工艺的过程模拟,依赖于许多因素:包括本构关系、初始坯料高径比、型材和模具尺寸、摩擦、温度、冲头速度等。其中,本构关系是影响模拟结果准确性的重要因素之一。 压缩试验是用来确定材料流动应力—应变曲线(流动曲线)常用的方法,但即使在润滑条件下,模具和试件界面间的摩擦也会不可避免地导致试件出现鼓肚,从而影响了流动曲线的准确性。由于试件变形终了的尺寸是容易被测量的,根据试件变形终了最大和最小直径定义鼓度θ,本文采用数值模拟和压缩实验相结合的方法,由鼓度θ估算摩擦因子(鼓度法),然后去除摩擦因素的影响,最终得到AA6063铝管的真实流动曲线和本构方程。 首先,用DEFORM-3D对铝合金AA2017初始高径比H/D为1太原理工大学硕士学位论文和1.5的两圆柱体试件进行墩粗模拟试验,得到相应两组鼓度与摩擦因子、应变、高径比间的关系曲线,并给出回归方程,又对多组材料做模拟试验,发现鼓度与摩擦因子间关系受材料软硬冷热的影响不大,所得关系曲线具有广泛适用性,可作为估算摩擦因子的标定曲线,进而依据鼓度数据来修正流动应力。其次,在Gleeble一1500热模拟机上,对17组AA6063铝合金试件(H/D=l .5)进行了热塑性试验,利用上述H/D=1 .5时的标定曲线估计出该材料圆柱体墩粗试验时接触面上的各组摩擦因子大小,再利用主应力求解公式剔除试验中摩擦的影响,获得应变速率为2.5、4、6.4、10,变形温度为400oC,440’C,4800C,520℃条件下的真实流动应力曲线,分析表明未经修正的应力值比真实应力值最大高出百分之十八,因此对其修正是十分必要的,否则会给后续的模拟研究结果及数据分析带来较大误差。进一步分析表明:不论试验时试件端面是否有润滑,用鼓度推算摩擦因子,二者最终修正后的真实应力一应变曲线非常接近,表明试验中的润滑条件对该方法的影响可以忽略不计;然后给出AA6O63铝合金高温时的粘塑性本构方程模型并回归出方程中的系数,回归曲线与试验数据的相关系数高达0.99。 将上述试验所得本构方程作为有限元模拟时的材料模型,太原理工大学硕士学位论文在DEFORM一3D平台上对AA6O63铝管平面分流组合模热挤压成形工艺进行热力藕合模拟,通过对成形过程应力、应变场和温度场分析,揭示了挤压成形的金属流动规律,对工艺和模具设计具有一定的理论指导意义和实际应用价值

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