AZ31鎂合金管材擠壓成形工藝研究_圖文

1、 滿滂裁:石墨承翔;加熱速度:3/S;變形速率:0.01s,0.1s,1s,10s:保溫時(shí)聞:5分鐘;最大變形量:不超過8096,真實(shí)應(yīng)變小于1.6;冷卻方式:壓縮變形盾直接水冷;實(shí)駿設(shè)備:實(shí)驗(yàn)在Oleeble一1500娶熱船工摸瓤試驗(yàn)祝上進(jìn)行等瀣壓縮變形,浚祝是一種新型材料熱加工模擬試驗(yàn)機(jī),具有實(shí)驗(yàn)過程可自動(dòng)控制、傳動(dòng)系統(tǒng)平穩(wěn)準(zhǔn)確、溫度控制范圍較爨及實(shí)驗(yàn)機(jī)附毆真空室等主凄特點(diǎn),且在實(shí)驗(yàn)過程中,配裔徽祝處理系統(tǒng)來昏螽襄集有關(guān)數(shù)據(jù),慕避l亍修正和計(jì)簿。2.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 圖2.2壓縮實(shí)驗(yàn)示意圖圖2.1試樣示意圖褥Gleeble一1500熱?？?l實(shí)驗(yàn)帆褥至4的試樣的變形抗力與壓頭位移隨時(shí)閥的變化

2、關(guān)系曲線變換得至真實(shí)鷹力一應(yīng)變赫線。這就必須對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。1.幾何修-j】三潤爆稽的深度盡管不是很大,但是,它對(duì)變形開始時(shí)使躺影響還是比較顯著的。Ho=-2t+掣凄以,試群原始厚度應(yīng)按體積折舞黲度來計(jì)算: 圖2.4不同變形速率下的應(yīng)力應(yīng)變曲線由實(shí)驗(yàn)曲線可看出AZ31鎂合金溫?cái)D壓變形時(shí)有如下特點(diǎn):(1變形抗力對(duì)應(yīng)變速率敏感,在變形速率較小時(shí)變形速率的提高引起流動(dòng)應(yīng)力的t 升,而當(dāng)變形速率達(dá)到一定值時(shí)這種變化不再顯著。(2變形溫度對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的影響很大,溫度僻低睜致流動(dòng)應(yīng)力的較大提高。(3流變應(yīng)力首先隨應(yīng)變?cè)黾佣彼偕仙?在e-0.1O.2之間時(shí)出現(xiàn)應(yīng)力峰值,然后隨應(yīng)變?cè)黾佣陆?最后逐步趨于

3、平穩(wěn)。(4在400。C沒有出現(xiàn)峰值應(yīng)力,材料處于穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)。綜合以上幾點(diǎn)可知,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是應(yīng)變軟化的主要機(jī)制。23實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1.應(yīng)變速率影響由實(shí)驗(yàn)曲線可以看出,AZ31鎂合金對(duì)應(yīng)變速率很敏感,流動(dòng)應(yīng)力隨應(yīng)變速率的增加而明顯提高。如在350下變形,當(dāng)i=O.Olsl時(shí),峰值應(yīng)力為50MPa,當(dāng)j=0.1s。時(shí),其峰值應(yīng)力為75MPa,當(dāng)占=1s。1時(shí),其峰值應(yīng)力為105lpa,而當(dāng)占=lOs。1時(shí),其峰值應(yīng)力達(dá)到125Mpa,如圖2.3c所示。這是由于應(yīng)變速率增加,變形過程縮短,使得進(jìn)行動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶越來越難以充分地完成,直接導(dǎo)致流動(dòng)應(yīng)力增加。因此,為減少變形中的變形抗力,鎂合金在較低

4、的應(yīng)變速率下變形是有利的,然而,在非等溫條件下,采用這樣的方法所遇到的溫度急降抵消了在較低應(yīng)變速率下變21 中北大學(xué)學(xué)位論文 (a實(shí)心坯穿孔擠壓(b正擠空心坯圖3。2實(shí)心坯穿孔擠壓與空心坯正擠壓力行程超線(i5號(hào)锏 強(qiáng)3.3實(shí)心垤穿孔按壓籬蘺端的實(shí)心堵頭在本章中主要介紹由空心坯擠壓出管材的模擬過程,采用兩種尺寸的坯料生產(chǎn)不同壁淳的管材。梳加后空心速尺寸,.如圖3.4所示。坯料b 圖3.4空心坯料尺寸圖坯料a扇|r 和一|,2、模型簡化預(yù)成形的管材,因其為軸對(duì)稱圖形,故取其一半進(jìn)行分析。模擬簡圈如圖3.5所示,圖為模擬時(shí)的初始位置。采用目前功能強(qiáng)大,實(shí)用性強(qiáng)的MSC/Superform軟件模擬。

5、 1.凸模2,坯料3一對(duì)稱軸4.凹模圖3.5管材擠壓模擬簡圖3.2.2模擬參數(shù)及條件(1材料定義材料為AZ31,其溫成形流變性能按式2.7施加于該軟件的材料庫中。在MSC/Superform需要定義楊氏模量、泊松比及密度,對(duì)于AZ31以上三種材料熱物理性能數(shù)據(jù)分別為:45000N/mm2,O.35,1.779/cm3。(2網(wǎng)格劃分及再劃分有限元分析的精度和效率與單元密度和單i幾何形態(tài)之間存在密切關(guān)系。因此,對(duì)于實(shí)際的擠壓過程進(jìn)行有限元模擬時(shí),必須合理的劃分網(wǎng)格。對(duì)于模擬較大壁厚的管材即采用坯料a時(shí),坯料初始單元數(shù)目5lO,節(jié)點(diǎn)數(shù)目570,網(wǎng)格是邊民為2mm的四邊形單元,對(duì)于模擬薄壁管即采用坯料

6、b時(shí),坯料初始單元數(shù)目183,節(jié)點(diǎn)數(shù)日216,網(wǎng)格是邊長為2mm的四邊形單元。與此同時(shí),由于工件往往變形較大,導(dǎo)致局部網(wǎng)格畸變過大,計(jì)算無法進(jìn)行,這就必須對(duì)初始網(wǎng)格進(jìn)行重新劃分。網(wǎng)格自動(dòng)劃分技術(shù)是模擬大變形問題的關(guān)鍵技術(shù)之一,它能夠糾正由于過度變形產(chǎn)生的網(wǎng)格畸變,自動(dòng)重新生成形態(tài)良好的網(wǎng)格,提高計(jì)算精度,保證后繼計(jì)算的正常進(jìn)行,使得對(duì)于大型、復(fù)雜的線性和非線性問題都能夠進(jìn)行高效和精確的分析。對(duì)于本文管材擠壓的網(wǎng)格再劃分條件根據(jù)成形出管材的不同壁厚而定,本文主要模擬了采用坯料a擠出壁厚為3.75ram、2.75mm的管材,其再劃分邊長為:1.Smm、 (a30步(C70步(b50步 (d終擠圖3

7、.6擠壓過程中的網(wǎng)格畸變(T=350。C,V 0.01s,m-0.2 (C30步 (e240步(f終擠幽3。?不同按壓工步下坯料醵節(jié)點(diǎn)速度欠量圖從圖3.7中可以看出,(1在擠壓開始階段(如圖3,7a,3.7b,國于坯割.與錛壓針之間存在0.5mm的間隙,坯料的流動(dòng)方向是斜向下方向。(2金屬填實(shí)整個(gè)擠壓筒著且與趟摸接觸時(shí)(如圖3.7e,3,7d,出于凹摸錐角的存在,外部金屬的正囪流動(dòng)受戮隈鏹,開始沿著凹模鑲鷂流動(dòng),肉魏金耩繼續(xù)沿正兩流動(dòng)。(3隨著接壓過程的進(jìn)行,當(dāng)金屬開始流過凹模圃角R寸,金屬流動(dòng)速度達(dá)到最大,而后流速趨于平穩(wěn)。在這種悸況下,豳橫鰻愛與坯料閹熬張對(duì)溺動(dòng)較大,產(chǎn)生救露擦熱使溫度升高

8、,凹模角部較英他部分更容易變形與纛鐨。(4在擠出管孑的過程中出于金屬沿?cái)D壓針的表囂向前流動(dòng),必然引趣金屬與蠡擎壓舒之閨的接黻摩擦力,這秘力對(duì)于針來說是癌翦拽的拉伸力,很明顯它存在于擠出管材的整個(gè)過程中,當(dāng)金屬流速最大時(shí)摩擦力最大,印翁接力最大(鯉圖3.7d;郄在管材剛馱模子中擠穗不長時(shí),蔚拽力最大。(5在擠壓過程中,對(duì)于同一橫截面上內(nèi)部金屬比外部金屬流速快,這導(dǎo)致管材頭部內(nèi)外變形不均勻,綴織性能蓑,產(chǎn)生“慈益”,如“喇呶曰”狀,荔產(chǎn)生開裂,這幫分需霹去。(6隨著流動(dòng)的繼續(xù),漸處于平穩(wěn)階段(如圖3.7e所示,金屬流動(dòng)棚當(dāng)于無數(shù)同心薄壁圓管的流動(dòng),坯料的內(nèi)外屢金屬基本上不發(fā)生交鋪或反向的紊亂流動(dòng),

9、金屬流出模孔最仍處于制品的內(nèi)瑟或歲卜層。(7避入終了擠壓階段(如圖3.7f所示,變形區(qū)內(nèi)的金屬由周圍向著擠壓軸線方向發(fā)生劇烈的橫向流動(dòng),同時(shí),死區(qū)中的金屬自?？琢鲃?dòng),形成“擠壓縮尾”缺陷。圖3.8為不同擠壓工步下的等效塑性應(yīng)變圖,從圖中可以看出擠壓初期主 (e終擠圖3.8不同擠壓工步下的等效塑性應(yīng)變圖要變形區(qū)集中在與凹模錐角相接觸區(qū)域,當(dāng)金屬流過凹模圓角時(shí)應(yīng)力分布不均勻,隨后應(yīng)力分布逐步均勻化,坯料的最大變形區(qū)位于與凹模圓角處接觸的管材外表面,在擠壓終了變形階段應(yīng)變值達(dá)到了3.877,而在擠壓筒內(nèi)的金屬變形量很小,可近似認(rèn)為金屬只是被凸模推移。這一點(diǎn)從以上的網(wǎng)格畸變以及節(jié)點(diǎn)速度圖中都可以得到驗(yàn)

10、證。X一”t,i強(qiáng),從圖3.9的凸模行程擠壓力曲線可以看出(圖中負(fù)號(hào)代表方向,在擠圖3-9凸模行程一擠壓力曲線壓開始階段,坯料在模具內(nèi)進(jìn)行鐓粗變形,坯料與凹模表面產(chǎn)生摩擦,變形力逐漸增大,在金屬流出凹模?？讜r(shí),隨著凸模行程的增加擠壓力緩慢下降。這是因?yàn)?在擠壓凹模錐體填充結(jié)束時(shí),金屬的流動(dòng)性質(zhì)改變,導(dǎo)致變形區(qū)體積減小,坯料與擠壓筒接觸面積變小,摩擦力減小,從而導(dǎo)致擠壓力的減小,另外,還由于變形區(qū)金屬產(chǎn)生溫度效應(yīng),發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,也導(dǎo)致擠壓力降低。3.2.3.3凹模形狀對(duì)管材擠壓成形的影響凹模形狀與尺寸對(duì)擠壓力的影響,主要包括模角、曲面形狀、定徑帶長度等,模面形狀非常小的變化也會(huì)對(duì)擠壓過程產(chǎn)生很大的影響,采用合適的模面形狀能大大改善金屬流動(dòng)的均勻性,降低擠壓力。 (a300(b350 (C400圖3.12終擠時(shí)不同溫度下的等效應(yīng)變圖從圖3.12中可以看出,隨著變形溫度的升高,軟化作用將變得明顯,材料的流動(dòng)性能增強(qiáng),工件內(nèi)的變形分布整體趨于均勻。在變形終了階段,工件內(nèi)的最大等效應(yīng)力的區(qū)域主要集中在凹模圓角以及管材外表面處,管材內(nèi)表面這部分金屬受擠壓針軸向力和凹模徑向力的共同作用,發(fā)生軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變,而越靠近