等通道弯角挤压变形机理模拟与工艺参数优化

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-27 原文发表:2007-06-27 人气:1

5 模具圆心角半径对挤压过程的影响

ECAP模具的另一个重要工艺为模具圆心角半径r。图8为模具拐角为90°时，不同圆心角半径r对应的挤压件的等效应变分布图，挤压件主要变形区的等效应变的分布随模具圆心角半径增大渐趋均匀，且最大等效应变相应减少，图9为模具拐角为°和120°情况下，不同圆心角半径对挤压件主要变形区截面等效应变影响规律。模具圆心角半径r的取值范围在0～10mm之间，挤压件主要变形区的等效应变随圆心角半径增大而减小。随着圆心角半径的减小，一方面，挤压件整体逐渐趋于均匀即最大与最小等效应变差减少；另一方面，主要变形区获得等效应变量逐渐增大，因此ECAP工艺设计应综合考虑或平衡模具圆心角半径对挤压件变形分布均匀程度与应变大小的影响。

图10与图11表示模具拐角分别为90°和120°时不同圆心角半径对应的挤压横截面等效应变分布规律曲线。曲线可分3个阶段，第一阶段表示靠近挤压件横截面的上表面部分，此部分占截面高度较少；第二阶段表示挤压件中央占截面约3/4的部分；第三阶段表示挤压件横截面下表面占截面约1/5的部分。图10所示的第一阶段各曲线分布较平滑，r为4mm和6mm时第一、二阶段较r的2mm和8mm时过度平缓，且主要变形区获得的应变徝较大，第三阶段各曲线的等效应变下降梯度较大，变形分布不均匀。因此综合考虑获得较高应变和变形均匀性的影响，模具拐角90°时，选择r为4mm～6mm之间较好。图11所示的第一阶段各曲线缓慢上升，当r为2mm和4mm时，曲线在一、二阶段过渡平缓，尤其在第二阶段r为2mm和4mm时的曲线较r为6mm和8mm曲线平缓，且获得的应变值较高，第三阶段挤压件变形都不均匀。因此当模具拐角为120°时，r在2mm～4mm之间较好。

6 结论

通过有限元软件CASFORM分析ECAP工艺，通过大面积的逐一有限元分析获得等通道弯角挤压过程的机理和优化的工艺参数，为优化模具形状和获得所要求的挤压件变形分布提供了有效理论指导：

1）给出了挤压过程等效应力与等效应变的分布规律，模具拐角对主要变形区累积等效应变和挤压力的影响规律，验证了理论推导公式（1）与实际模拟结果相当吻合。
2）在模具强度能够满足要求的情况下，应尽量采用拐角为90°的模具，以提高累积变形的效果；对于变形抗力较大的挤压材料，比较理想的选择为拐角为120°的模具。
3）有限元分析得出模具圆心角半径对挤压件主要变形区等效应变的影响规律，获得了模具拐角90°和120°的相应的最佳圆心角半径取值范围。
4）挤压件横截面等效应变分布，在主要变形区应变几乎一致的区域约占整个的1/2以上，大约占截面高度3/4的材料变形较均匀，靠近上下表面约点截面高度1/4的材料其变形不均匀。
5）从挤压件整体变形分布情况看，ECAP多道次挤压细化晶粒工艺必须寻求优化的工艺路线避免挤压件变形的不均匀性。 (

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