數(shù)值模擬演講

等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝的

數(shù)值模擬小組成員：第文琦馬廣昊王陶任光鵬目錄第一章

緒

論

第二章ECAP有限元建模分析（DEFORM）第三章ECAP模具參數(shù)數(shù)值模擬的研究第四章ECAP工藝參數(shù)數(shù)值模擬的研究第五章ECAP擠壓實(shí)驗(yàn)研究

第六章

總結(jié)第一章

緒

論

1.1

超細(xì)晶材料制備方法超細(xì)晶金屬材料晶粒的特征尺寸在納米數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)的金屬單相或多相材料物理性能和力學(xué)性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)材料，

具有高電阻率、高強(qiáng)度以及良好的塑性變形能力。主要制備方法粉碎法劇烈塑性變形法造粉法性能劇烈變形法高壓扭轉(zhuǎn)法等通道轉(zhuǎn)角擠壓法（ECAP）多向鍛造法（MF）劇烈變形法累積疊軋焊法（ARB）反復(fù)折皺壓直法（RCS）1.2ECAP工藝原理及應(yīng)用前景工藝原理細(xì)化晶粒

累積等效應(yīng)變量N擠壓道次Φ轉(zhuǎn)角應(yīng)用背景1.2ECAP工藝原理及應(yīng)用前景高強(qiáng)度輕質(zhì)合金超塑性結(jié)構(gòu)材料超細(xì)晶鋼醫(yī)用生物材料Cu、Al、Ti、Fe、Ni等多種金屬及其合金研究證實(shí)1.3工藝參數(shù)影響因素模具角度擠壓路線其他因素?cái)D壓道次摩擦潤(rùn)滑，材料流動(dòng)性等1.4有限元模擬分析ECAP實(shí)驗(yàn)存在一些問題

工藝優(yōu)化高強(qiáng)度或者塑性差的材料，很難進(jìn)行擠壓或者無法完成多道次擠壓，如鈦及鈦合金，鋼等效率不高，經(jīng)過多道次擠壓后材料的晶粒才得到細(xì)化。制備出來的材料尺寸不大，具有一定的限制，只能做出小型結(jié)構(gòu)件，如螺栓、活塞等，模具參數(shù)問題第二章ECAP有限元建模分析（DEFORM）2.1有限元法基本思想連續(xù)的求解區(qū)域按照一定相互連接方式離散有限個(gè)單元組合體有限元法的基本思想建立近似函數(shù)分片表示全區(qū)域求解全區(qū)域的函數(shù)數(shù)值模擬方法形成2.2塑性成形的有限元模擬塑性成形模擬剛塑性有限元法粘塑性有限元法彈塑性有限元法2.2.1剛塑性有限元法2.2.1彈塑性有限元法2.2.3粘塑性有限元法第三章ECAP模具參數(shù)數(shù)值模擬的研究3.1研究方法ECAP工藝上試樣晶粒細(xì)化過程主要是靠試樣的累積等效應(yīng)變，因此，模具的主要幾何參數(shù)包括模具內(nèi)轉(zhuǎn)角Φ、模具外轉(zhuǎn)角Ψ及模具內(nèi)轉(zhuǎn)角半徑r等對(duì)于試樣晶粒細(xì)化具有重要影響意義。以下主要分析這些參數(shù)變化對(duì)變形均勻性的影響。3.2模具內(nèi)轉(zhuǎn)角對(duì)等效應(yīng)變的影響如圖所示意的兩個(gè)等截面通道的交叉角Φ為模具內(nèi)轉(zhuǎn)角，Φ一般從90°到180°之間變化。下圖分別表示模具內(nèi)轉(zhuǎn)角為90°，112.5°，135°，157.5°。圖(a)，模具內(nèi)轉(zhuǎn)角Φ為90°時(shí)，最大等效應(yīng)變量達(dá)到了1.5。圖(b)，模具內(nèi)轉(zhuǎn)角Φ為120°時(shí)，最大等效應(yīng)變量為1。圖(c)，模具內(nèi)轉(zhuǎn)角Φ為135°時(shí)，最大等效應(yīng)變量為0.8。3.3模具外轉(zhuǎn)角對(duì)等效應(yīng)變的影響圖示為試樣取點(diǎn)截面模具內(nèi)轉(zhuǎn)角Φ為120°圖(a)，模具外轉(zhuǎn)角Ψ為0°時(shí)，試樣截面上的最大等效應(yīng)變量為0.775。圖(b)，模具外轉(zhuǎn)角Ψ為20°時(shí)，試樣截面上的最大等效應(yīng)變量為0.75。圖(c)，模具外轉(zhuǎn)角Ψ為60°時(shí)，試樣截面上的最大等效應(yīng)變量為0.7。3.4模具內(nèi)轉(zhuǎn)角半徑對(duì)等效應(yīng)變的影響選用模具內(nèi)轉(zhuǎn)角Φ為120°，模具外轉(zhuǎn)角Ψ為60°時(shí)采用等值線方式查看其截面上的變形規(guī)律。圖(a)，模具內(nèi)轉(zhuǎn)角半徑r為0mm時(shí)，試樣截面上的最大等效應(yīng)變量為0.800。圖(b)，模具內(nèi)轉(zhuǎn)角半徑為1mm時(shí)，試樣截面上的最大等效應(yīng)變量為0.720。圖(c)，模具內(nèi)轉(zhuǎn)角半徑為3mm時(shí)，試樣截面上的最大等效應(yīng)變量為0.750。圖(d)，模具內(nèi)轉(zhuǎn)角半徑為5mm時(shí)，試樣截面上的最大等效應(yīng)變量為0.800。圖(e)，模具內(nèi)轉(zhuǎn)角半徑為10mm時(shí)，試樣截面上的最大等效應(yīng)變量為0.900。

第四章

ECAP工藝參數(shù)數(shù)值模擬的研究通道截面、試樣尺寸等變形工藝ECAP變形產(chǎn)生的影響。并在模具及工藝參數(shù)選定的基礎(chǔ)上完成純銅不同擠壓路線下多道次的ECAP變形模擬。來得到相應(yīng)的等效應(yīng)變分布、等效應(yīng)力分布的規(guī)律。4.1研究背景4.2不同試樣尺寸對(duì)變形的影響圖示為式樣的尺寸長(zhǎng)度（mm）直徑（mm）5010501550107010(a)，試樣直徑為10mm時(shí)的最大等效應(yīng)變量存在在試樣的頭部位置。(b)中，試樣直徑為15mm時(shí)等效應(yīng)變分布均勻性較好。取試樣長(zhǎng)度為50mm取試樣中間部分的截面A-A’（a）直徑為15mm試樣的A-A’截面上最大等效應(yīng)變量為0.85。直徑為15mm時(shí)試樣的等效應(yīng)變量更大些。（b）直徑為10mm試樣的A-A’截面上最大等效應(yīng)變量為0.72。4.3不同通道截面對(duì)變形的影響圓形和方形通道截面下純銅等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝的等效應(yīng)變分布圖。(a)中，圓形通道截面下的應(yīng)變分布較為均勻。(b)可以看出，方形通道截面下試樣的等效應(yīng)變量最大。（a），方形截面最大等效應(yīng)變量為3.0，分布較為均勻。（b），圓形截面最大等效應(yīng)變量為2.7。試樣在主要變形區(qū)上沿A-A’截面的等效應(yīng)變分布4.4四道次下不同擠壓路線對(duì)變形的影響（a），四道次下擠壓路線A，試樣截面上最大等效

應(yīng)變量為2.4（b），四道次下擠壓路線Ba，試樣截面上最大

等效應(yīng)變量為