本科畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 文獻、資料題目： of on 獻、資料來源： 獻、資料發(fā)表（出版）日期： （部）： 材料科學與工程學院 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 翻譯日期： 山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 1 - 中文譯文： 基于三維有限元方法的 合金等通道彎角擠壓的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘要 由于等通道彎角擠壓（ 以使鎂合金產(chǎn)生超細晶粒微觀結(jié)構(gòu)，所以被廣泛研究。關(guān)鍵是理解變形狀態(tài)，應變分布和載荷要求對模具設(shè)計的影響。在論文中，下模中設(shè)計了帶有不同圓心角和帶或不帶內(nèi)部倒角的新三維幾何模型，其中圓心角取值范圍為90 度到 120 度。在使用 件時，將一些重要的工藝參數(shù)定義為初始條件和邊界條件，比如模具和坯料的溫度，摩擦系數(shù)等。為了確保模擬的收斂性，要考慮幾何條件、位移條件和 合理的收斂錯誤限制 等。 從模擬和實驗結(jié)果中分析了 變形不均勻性。比起沒有倒角的模具，在外拐角處存在倒角的模具使變形的均勻性得到了改進。累積的最大應變使 中外拐角的倒角減小、內(nèi)圓心角增長。所需的擠壓力使 中外圓心角處產(chǎn)生的倒角減小。研究表明，適當大小的外圓倒角和 90 度的內(nèi)圓心角可以使 果表明，預測結(jié)果很好的吻合了實驗 、理論計算和來自其他文獻的研究結(jié)論。 ©2009 關(guān)鍵詞： 合金；等通道彎角擠壓；有限元；模具圓心角；變形不均勻性 1. 緒 論 由于超細晶材料擁有諸如高強度，高延展性的優(yōu)良機械性能，從而被廣泛研究。通過各種技術(shù)獲得超細晶材料得到了迅速的發(fā)展。劇烈塑性變形（ 術(shù)，像等通道彎角擠壓（ 高壓扭轉(zhuǎn)（ 循環(huán)通道模壓縮（ 累積軋制（ 用相對低的代價在金屬材料中產(chǎn)生亞微觀晶粒結(jié)構(gòu)的最常見方法。在這些方法中，等通道彎角擠壓（ 獲得高強度，高韌性材料的最有效方法之一，它是由 出從而發(fā)展過來的。在 ，擠壓件在壓力作用下通過兩個成一定角度的等橫截面管道的模具。因為擠壓件在擠壓過程中橫截面保持不變。所以這個過程可以反復進行，從而使累積變形達到理想水平。高應變是可以達到的。有限元方法是了解 程中變形情況的重要方法之一。許多以有限元方法為基礎(chǔ)的分析用來確定材料的變形過程和估計在 程中的增應變。這些研究工作包括 對通道角度和外拐角對摩擦條件的影響的研究 1，人對通道角度和外拐 角的影響的研究和 人對外拐角對不均勻性的影響的研究 2， 轉(zhuǎn)角差距變形及其影響的研究 3， 通道角度和山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 2 - 圓心角對材料流動的影響的研究 4,C 等人對不同材料模型，圓心角和摩擦系數(shù)的廣泛研究 5,人對金屬不均勻變形的原因的研究 6,人對反壓力的影響的研究，C 等人對均勻塑性變形的最佳模具設(shè)計的研究 7。然而，這些研究是在假設(shè)了平面應變條件的二維近似下進行的，沒有討論應力，應變的不均勻性。通過二維分析獲得的結(jié)果只提供了 有限的信息，另外產(chǎn)生了不可避免的二維近似的誤差。 一些研究人員 8探索 程中使用了三維可塑性理論與模擬軟件。 é 1用上限法對三維 的方形橫截面進行了分析，其中將內(nèi)外半徑都考慮了進去并且做了交叉角。 人完成了 三維模擬分析。 12使用商用的有限體積法（ 件對變形過程的每一道次進行等效應力應變分析。在參考論文 13中三維有限元法用于分析處于在四百度下的 藝路線 四個道次下的工業(yè)純鈦（ 坯。但很少有研究 人員通過三維仿真技術(shù)，探討 合金的變形過程，特別是模具結(jié)構(gòu)對應變分布和擠壓質(zhì)量的影響。 許多 關(guān)于 期的研究 僅僅局限于對軟純金屬和固溶體合金的變形過程的研究。而在最近，復雜的合金和一些有限數(shù)量的滑移系統(tǒng)的金屬的擠壓過程被更多的重視，特別是對鎂合金。對于這些難變形的材料， 三個方法可以使其成功變形。 當前的研究趨勢是從 處理以獲取細晶粒鎂合金樣本14 圖 1. 具拐角（ ）和圓心角（ ）示意圖 圖 1 是一個 示意圖。底模中包含兩個具有相同截面積的交叉通道，這兩個通道以拐角 交叉（如圖一）。在圖中，兩個通道交叉的外曲面被定義為角 。在這樣的背景下，利用極端原則，例如，廣泛使用上限法去估計所需沖頭的壓力和 法所導致的累積等效應變?；谟邢拊ǎ?數(shù)值模擬廣泛運用優(yōu)化了 法 21山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 3 - 程中的塑性變形過程主要受模具的幾何形狀，材料本身和加工條件的影響。模 具幾何形狀對 程有影響已經(jīng)通過實驗數(shù)據(jù)和有限元分析得到了證實。有必要為了更好的控制成型過程而從理論上建立 程模型分析研究各種復雜的因素。 這項研究系統(tǒng)的分析了 合金在等通道彎角擠壓（ 程中的變形情況，并預測了不同模具結(jié)構(gòu)下 成納米結(jié)構(gòu)過程的應變與擠壓力。 在最近的研究中，提出了一種通過有限元方法模擬 程的準靜態(tài)處理方法。這種方法所用的模具含內(nèi)角 90 度和 120 度，并且只有一道次擠壓。用 件建立了四種型并且也用 件對這四種模型劃分 了網(wǎng)格、進行了模擬。數(shù)字模擬程序、模具的建模、坯料、邊界條件、限制變形模擬的收斂誤差和基礎(chǔ)公式都相繼被提出。已經(jīng)研究了在 程中不同的模具幾何形狀對變形不均勻性的影響。在實驗室通過用兩個有或沒有倒角的 具做試驗證實了模擬的結(jié)果。因為顯微組織的變化和變形金屬的力學性能直接與塑性變形量有關(guān)，而對與應變變化有關(guān)的現(xiàn)象的理解在 程中很重要。等效應力應變的分布、模具拐角對不同地方的變形和均勻變形的影響、最大應變都已經(jīng)詳細的研究過。 2. 材料模型及模擬細節(jié) 商業(yè)化的有限元程序（ ） ，被用來對 一道次進行模擬。 些假設(shè)和數(shù)值模擬程序 在電腦模擬和實驗驗證中，由 3%鎂和 1%鋅構(gòu)成的 鍛鎂合金被用來做坯料。運用商業(yè)化的有限元軟件（ 靜態(tài)地進行數(shù)值模擬。 由 是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)（ 專門設(shè)計用于分析各種金屬成形過程中的三維流動。它提供了有關(guān)于成形過程中材料和溫度流動的重要信息。坯料被假定為彈塑性材料。在本文中遵守以下幾個假設(shè)：（ 1）容器和模具都是剛體；（ 2）被擠壓的坯料 是一個剛塑性材料；（ 3）被擠壓坯料和沖頭、容器、模具之間的摩擦因子是常數(shù)的。 模擬程序如下：（ 1）在 件中通過建立三維 型定義三維幾何特征（鋼坯，沖頭和模具）。幾何數(shù)據(jù)可以被定義為 3D 件。（ 2）設(shè)置停止路徑，設(shè)定步數(shù)，選擇模擬模式和英制或國際單位。（ 3）對研究對象（坯料和模具）劃分網(wǎng)格。確定研究對象的位置，以擠壓件作為參考對象，模具與沖頭與擠壓件接觸。定義材料性能。（ 4）設(shè)定熱邊界條件。（ 5）研究物體溫度的初始化。（ 6）生成接觸性邊界條件，設(shè)定模具與坯料、沖頭與坯料間的摩擦系數(shù) 。（ 7）設(shè)定沖頭的運動參數(shù)（速度與方向）。（ 8）核對數(shù)據(jù)，山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 4 - 運行并計算，對模擬的熱擠壓過程進行有限元分析。（ 9）從后處理中分析模擬結(jié)果。 圖 2. 三維 a）模具拐角等于 90度；（ b）模具拐角等于 120度；（ c）存在內(nèi)部倒角的模具拐角等于 90度（ d）存在內(nèi)部倒角的模具拐角等于 120度，這里 是內(nèi)部倒角的半徑 頭和模具的建模 如圖 2 為模擬中所用的模具的幾何特征。本研究中，坯料所用坐標軸如圖 2 所示。 X，Y,Z 方向分別平行于擠壓方向，垂直方向和橫向方向。圖 2 中 a 和 b 分別為模具拐角 等于 90 和 120 度，假定模具圓心角（ ）等于零。圖 2 中 c 和 d 為修改后的在外拐角處存在內(nèi)部倒角的幾何特征。圖 2 中的四個 具的幾何參數(shù)如表 2 所列。兩個通道的內(nèi)交叉拐角半徑為 2 毫米，外交叉拐角為 18 毫米。進物通道的長度為 50 毫米，出物通道的長度為 25 毫米。進物通道和出物通道有相同的橫截面積（直徑為 16 毫米）。 表 3 列出了在計算機模擬中使用的尺寸，擠壓速度和溫度等，這些數(shù)據(jù)和擠壓試驗中所用一樣。在 模擬和試驗中，沖頭的速度為每秒 10 毫米，方向為沿著進物通道向下運動。沖頭的路徑為 50 毫米。 為了簡便起見，假定沖頭和模具為剛性材料，這些材料不產(chǎn)生永久變形，如圖 3a 和 13 工具鋼的機械性能， a 圖為楊氏模量隨溫度的關(guān)系， b 圖為熱傳導隨山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 5 - 溫度變化的關(guān)系，泊松比為 過有限元分析方法分析四種不同幾何結(jié)構(gòu)的模型，揭示了變形過程和設(shè)計結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系。 表 1 表 2 表 3 模擬和實驗參數(shù) 圖 3. 料的建 模 用于模擬的坯料是一個橫截面為圓形（直徑為 16 毫米），高為 50 毫米的圓柱。視 文文獻及譯文 - 6 - 為各向同性的彈塑性材料。如圖 4 所示，為 料在 300 攝氏度下的拉伸應力應變曲線，其中坯料經(jīng)過 12 小時， 400 度的退火處理。從單軸壓縮試驗中所得的流動應變應力數(shù)據(jù)被用于進行有限元分析，進行分析所用的商用軟件為 性性能為 E=45料的力學性能參數(shù)列于表一。 分網(wǎng)格的方法 在整個模擬中，自動劃分網(wǎng)格系統(tǒng)是用來調(diào)整大的應變并計算局部流動的發(fā)生。減少模擬過程 中產(chǎn)生的誤差。在 擬過程中，如果元素變得混亂就會自動生成網(wǎng)格。 在模擬過程中所有的擠壓工具都可以劃分網(wǎng)格生成四面體單元，并且它與坯料進行的熱交換也可以進行模擬。所使用的模擬參數(shù)列于表 3。為了提高模擬的效率，獲得對于特殊影響區(qū)域的詳細解釋，一些被細化的網(wǎng)格被用于表示一些細小的部分，特別是圍繞模具的模具拐角處。為了保證模擬的穩(wěn)定性與準確性，用絕對的網(wǎng)格密度來保證在模擬過程中任何位置的元素尺寸幾乎不變，因為一定的密度將限定了在坯料表面單位長度上的元素個數(shù)。每個元素的最小尺寸為 米，坯料被 劃分為 20000 個四面體單元，沖頭和模具的網(wǎng)格個數(shù)分別為 8000 和 20000。通過計算各種不同的網(wǎng)格數(shù)，很好的描述了應變率不明顯坯料的局部變形。為了限制模擬文件的大小和提高模擬速度，當擠出的長度超過 50毫米時在長為 50 毫米處截斷。當坯料邊緣的任何一個網(wǎng)格已經(jīng)滲透，并且滲透的深度超過了表面邊緣的原始長度的百分之三十，這個表面邊緣在每個尾端有了接觸點，那么 相對小的干擾深度被定義喚起劃分網(wǎng)格系統(tǒng)。 圖 4. 在測試過程中修正了變形熱的 00下不同應變速率擠壓過程的真實應力應變關(guān)系圖 界條件 觸和摩擦邊界條件 山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 7 - 接觸邊界條件是指坯料的節(jié)點和這些節(jié)點與沖頭的特定接觸。為了保證軟件中使用的牛頓 坯料頂端的垂直方向的壓縮位移被確定以 米的增量增加到總體為 50 毫米的位移。牛頓 為比起其他現(xiàn)有的方法，這種迭代方法的重復性更小。然而比起其他方法，解決問題更有可能不與這種方法銜接。 為了用摩擦性能描述剪切應變和接觸應力的結(jié)果，一般使用庫倫定律。工件與模具之間的摩擦力被認為是剪切力。眾所周知，這一定律闡述了由于摩擦存在剪切屈服應力和 接觸壓力之間的平衡關(guān)系。特別是在 件中，這個通過米塞斯屈服準則驗證過的關(guān)系修訂成為簡單剪切條件，并且可以用等式（ 1）來表示： 3 (1) 在這里 是摩擦切應力， 是工件的等效流動應力。 ）（ 10 是摩擦因素。在本模擬中，模具和工件間的摩擦系數(shù)為 定工件與沖頭間有相同摩擦系 數(shù)。 度邊界條件 無論是模具和周圍環(huán)境間的熱交換，還是坯料和模具間的熱交換都應該被考慮在內(nèi)。所使用的牛頓冷卻原理表示為等式（ 2）： (2) h 為坯料和模具的熱傳遞系數(shù)， 模具的溫度， i 方向上的法線。 在本課題中，環(huán)境溫度設(shè)為 25 攝氏度， 具的溫度為 275 攝氏度。在實驗中，壓下力受到?jīng)_頭最高速度的限制。模具與坯料之間的熱傳遞系數(shù)為 11，工件與環(huán)境間的熱傳導系數(shù)為 具鋼的輻射系數(shù)分別為 擬中的收斂性 通過改變不同參數(shù)使被研究的變量變成不變量估計的收斂性是有限元模擬中必不可少的一個程序 26。必須控制的參數(shù)是網(wǎng)格尺寸和拓撲結(jié)構(gòu)（ 米），接觸參數(shù)，網(wǎng)格劃分參數(shù)，增量尺寸（一步所需時間為 ），收斂限制，求解參數(shù)（位移增量是 米），模具摩擦參數(shù)（在庫倫定律中使用）和模具與工件的幾何實體模型。在這些參數(shù)中，顯然，最重要的參數(shù)為網(wǎng)格尺寸，拓撲結(jié)構(gòu)，收斂極限和每步所用時間。 山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 8 - 模擬的收斂性依賴于應力 里有三種初始預測方法：（ 1）塑性解決方案：使用純塑性變形數(shù)據(jù)進行初始預測；（ 2）彈性解決方案：使用純彈性變形數(shù)據(jù)進行初始預測；（ 3）前一步解決方案：使用前一工步的彈塑性解決方案進行初始預測。前一步解決方案在大多數(shù)情況上能提供最好的收斂性。如果遇到特殊情況，收斂性很差，可以用彈性或塑性解決方案。 對于每一工步收斂的基 礎(chǔ)是速度和等式 2 的壓力收斂錯誤限制。當： 和 （ 3） 收斂性被假設(shè)。這里 u 是指在當前迭代關(guān)系中節(jié)點速度的歐式標量， u 是指當前迭代關(guān)系和迭代一開始時節(jié)點速度的差值，f 是指當前迭代關(guān) 系中節(jié)點壓力的歐式標量， f 是指當前迭代關(guān)系和迭代一開始時節(jié)點壓力的差值，果點力將不會檢查收斂。默認值適用大多數(shù)情況。 為了假設(shè)在使用有限元模擬軟件時牛頓 模位移被設(shè)定為以 米的增量增加到 50 毫米的總位移處。在 件的模擬系統(tǒng) 中，速度收斂錯誤限制為 力收斂錯誤限制為 3. 細節(jié) 縮試驗 在本研究中最初的材料是直徑為 50 毫米桿狀鑄態(tài) 預擠壓中，直徑 10 毫米，高度為 12 毫米圓柱試樣在其縱向方向上進行機械加工。為熱加工性分析的單軸壓縮試驗利用 500D 機在國家重點實驗室中國鎂合金工程研究中心進行演示。在恒應變率范圍為 10 和初步溫度為 300 至 500 攝氏度。試樣的電阻熱通過熱電偶發(fā)送反饋信號控制的交流電流。用一個非常不錯，快速反應的直徑 毫米熱電偶來進行捕獲試驗第 二小部分到應變速率達到十的短時間跨度的溫度變化。為避免在試驗期間焊接和熱電偶從試樣表面分離時出現(xiàn)的困難，熱電偶插入在試樣中間高度的一個非常小的鉆孔內(nèi)。石墨化的金屬薄片被放置在試樣和被潤滑的壓盤之間。試樣以每秒鐘十攝氏度加熱到預先設(shè)定的溫度，浸泡 60 s 以保證溫度平衡，然后壓縮到高度為 米，達到真正的應變 10。所有的試驗在真空中進行。在試驗中所測量的流動應力曲線被糾正，這系列被糾正的應力應變曲山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 9 - 線如圖四所示。 測試驗 方坯材料同壓縮試驗和有限元分析中所使用的材料相同。為了驗證有限元分析的結(jié)果，制造 生產(chǎn)無內(nèi)圓角的和頂角含圓角的 90 度的等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具來進行演示實際的擠壓工藝。在試驗中的鋼坯，模具和那些在模擬中的材料有著相同的幾何參數(shù)。模具材料，模具尺寸，鋼坯尺寸和擠壓條件都同如上所述的數(shù)值模擬是相同的。在擠壓前，鋼坯被擠壓成直徑為 10 毫米的桿狀結(jié)構(gòu)。鋼坯和模具的通道都涂上一層石墨潤滑劑。在直接擠壓模式中真正的擠壓試驗以 2行擠壓操作。擠壓試驗通過熱阻容器和加熱器得以進行。鋼坯的外表面被加熱到 300 攝氏度和移入到模具中預熱溫度達到 275 攝氏度以避免過多散熱然后擠壓立即開始。在試驗驗證期間壓力機滑塊 速度為 5mm/s，擠壓壓力通過壓力傳感器和沖擊時間來進行計算。在擠壓循環(huán)后，擠壓期間擠壓力的演進通過擠壓桿來進行策劃。 4. 結(jié)果和討論 在有限元模擬 重要的一點必須指出那便是有限元分析自主的控制模具的幾何形狀以改善模擬效率。最常見的任意的和最少核實的參量是通道角（ ）。根據(jù)通過模擬所獲得的結(jié)果，在 藝中有效應力和應變的分布已經(jīng)被描述。在同性質(zhì)變形當中的通道角的影響，最大應變（，所需的 負載等等都將在本部分進行討論。 藝中有效應力應變的分布 在 程中預應變的分析證實了鋼坯變形在數(shù)量上的一些見解。圖五顯示了在一次進程中鋼坯的有效應力應變，它證實了有關(guān)應變分布的一些重要信息。 圖五 a和 0度的 效應力的材料在圖 5a 和 c 中看不到，最大有效應力在一百步模具底部直壁部分附近的轉(zhuǎn)角處約為 帕。在第一次擠壓后晶粒的尺寸與教授 其他一些人 27， 28所分析的實驗結(jié)果不同。初始的擠壓變形 是非均勻的，從圖五 b 中最高應變發(fā)生在第五十步的外部轉(zhuǎn)角處。應變的分布在轉(zhuǎn)角處具有變形梯度的網(wǎng)格狀分布的，在這個位置的變形接近于簡單的剪切變形，但變形的不均勻性在圖五 d 的 100 步比圖五 b 的 50 步變得更好一些。 不同區(qū)域的形中通道角度的影響 在頂部呈三角形部分的應變接近于 0 如圖 6a 和 c 所示。在整個工件中最大應變在塑性變形區(qū)。在頂部區(qū)域通道缺口處， 120 度模具被觀察。 90 度模具通道缺口處是比較小的，山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 10 - 在這個區(qū)域的尾部應變?yōu)?0。 圖 5. 不帶倒角的拐角為 90 度的等效應力應變分布圖：（ a）第 50步時的等效應 力等高線圖：（ 1）頭部，（ 2）穩(wěn)定狀態(tài)區(qū)域，（ 3）塑性變形區(qū)域，（ 4）尾部；（ b）第 50步的等效應變等高線圖；（ c）第 100步時的等效應力等高線圖；（ d）第 100步時的等效應變等高線圖。變形工件的不同區(qū)域 在兩個通道的交叉點上，工件不能完全填滿轉(zhuǎn)角導致缺口的變形。彎道處如果全被塑性材料填滿，通過圖 6a 和 c 觀察得彎道缺口隨著彎道角的增加而增加。彎道缺口的變形可以歸結(jié)為材料行能和模具通道角的原因。從圖 6b 可以看出， 90 度的 具比 120 度的模具更容易累積應變。 山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 11 - 圖 6. 帶內(nèi)通道倒角且內(nèi)角為 90度和 120度時等效應變的分布圖：（ a）內(nèi)角為 90度的第 50步的等效應力等高線；（ b）內(nèi)角為 90度的第 100步的等效應變等高線；（ c）內(nèi)角為 120度的第 50步的等效應變等高線；（ d）內(nèi)角為 120度的第 100步的等效應變等高線 品變形均勻性分析 隨著遠離 工件塑性變形區(qū) ， 應變分布開始趨于穩(wěn)定，應變 不再 進一步 發(fā)生 變化 ，且 行程長度 的 增加將 使 這部分穩(wěn)態(tài)區(qū) 擴大 。曲率角度 是指 模具 兩部分外弧通道相交 匯處角度 。作用在 樣品 上的應變一定時， 這個角度只發(fā)揮 了 次要作用。盡管如此， 研究這個角度對 生產(chǎn)超細晶材料 中的影響是十分重要的 。 圖 6 顯示 了 通過 外部空間交叉角為 90、 120 和圓角的 具作用下，在第 50 和山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 12 - 100 擠壓步驟 中所發(fā)生的定量應變分布。伴隨著 有效應變下降 ，與圖 5b、 d 輪廓圖 相比 ，可 清楚地發(fā)現(xiàn) 圖 6a、 b 中的 變形均勻性 增加。與圖 5d 相比較在 圖 6b 中 坯料形狀 存在 較少的 損壞 。 變形不均勻性 的 量化程度， 可采用 變形不均勻性指數(shù) C 被 定義為等式 （ 4）： m ， （ 4） 在 這里 和 別 指最高等效塑性應變 、 最低等效塑性應變和平均等效塑性應變。表 4 列示出了在 不同條件下 擠壓第 100 步的 有效應變 與 變形不均勻性指標 。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 隨渠道角（ ）和 外部 隅角 的增加， 有效應變（包括 及 下降。 變形不均勻性指標 的變化 與否同 內(nèi) 部 隅角（ ）和 圓角變化相關(guān) 。 由 表 4 可見， 內(nèi)隅角 為 90 和 外隅角為圓角的 具所造成的同質(zhì)性是最好的 。 可以得出結(jié)論， 增加 渠道角度和外 部 空間圓 角加工將改善變形均勻性， 而且 同時 也 降低 了 累積應變。 表 4 第 100步擠壓中的不均勻變形指數(shù) 圖 7a 和 b 分別顯示了有外 隅 圓角和沒有外 隅 圓角的 90°角 具擠壓的 。這也能被發(fā)現(xiàn)， 通過 如圖 5d 與 6d 的 模擬 后， 鋼坯 會發(fā)出 聲音 。 在圖 7a 中 棒 坯表面 明顯 出現(xiàn)了 持續(xù) 性 裂縫 和 純脆 性開裂缺陷，而如圖 6b 所示，我們發(fā)現(xiàn)了 表面光潔度 更好且 沒有任何缺陷的產(chǎn)品 ， 這 說明了圖 7b 中 變形均勻性的棒 坯要優(yōu)于圖 7a 中的。具有外 隅圓角的 90°內(nèi)角 具 造成 的 均勻變形 要優(yōu)于沒有外 隅 圓角的 90°內(nèi)角 具。 一般較大 圓角 通道角度 將引起 較低的壓力，但應變分布更 加 均勻 。 個 程中 最大應變值 模具拐角對工件的變形有重要影響。擠壓工件中有效應變的分配與擠壓方向和工件長度是獨立的?？梢哉J為，主要變形區(qū)（ 橫截面變形分布表征了整個工件。 均勻的區(qū)域，而且其中晶粒已經(jīng)得到 改善。因此，本文主要側(cè)重于根據(jù)有限元分析的結(jié)果討論橫截面的變形分布。分析了沿工件寬度的有效應變的變化，并策劃了沿工件寬度的有效應變。 山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 13 - 圖 7. 實驗所用擠壓棒：（ a） 120度模具擠壓（ b） 90度模具擠壓 圖 8 顯示主要變形區(qū)（ 不同模具拐角的有效應變變化曲線。數(shù)據(jù)給出了模擬結(jié)果（圖 2 所示）。在 程中，工件 有效應變會隨著模具拐角的增大而相應減小。 應變累積最大值可由公式（ 5）計算，模擬結(jié)果列于表 5。從模擬和理論計算具造成的 積最大值可知，模具角 90 度時的最大值高 于模具角 120 度的，降低模具拐角。當拐角相同時，最大有效應變與模型（圖 2a 和 b）相比，急劇下降： 322c s o ， （ 5） 從表 5 可以看出，如果我們想取得 = 10 的應變量，模具角 =90°時， 它需要少于 2道次的擠壓變形積累。而模具角 = 120°時，擠壓 道次就要超過 2 。因此，為了提高累計變形的效率，如果模具的材 料強度足夠，應取模具角 = 90° 。如果抵抗力量非常大，必須考慮模具的強度和有效應變，應取模具角 = 120°。 對于這一點，模具擠壓轉(zhuǎn)角應認真考慮和選定。 動態(tài)再結(jié)晶是應變，應變速率，溫度，初始晶粒尺寸的函數(shù)，并隨時間改變。 和有效應變之間的關(guān)系： r e ， （ 6） 從公式（ 6）可知，動態(tài)重結(jié)晶分數(shù) X 隨有效應變的 增加而增加?？梢缘贸鲞@樣的結(jié)論，模角 90° 的 具造成的動態(tài)再結(jié)晶分數(shù)遠遠大于模角 120°的 具所造成的，這是因為前者產(chǎn)生的應變大于后者。在文獻 29中， 合金通過兩個不同的 具制得，其中圓心角分別為 90° 和 120° 。合金在圓心角為 120°的模具中擠壓 12 道后的山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 14 - 力學性能非常接近于圓心角為 90°的模具 經(jīng)過 8 道擠壓。這就是說由 90°角模具 所造成的每道應變遠遠高于 120°角模具 。在金相圖 ，每經(jīng)過一道擠壓時，合金晶粒就會由于動態(tài)再結(jié)晶而得到有效細化?？梢园l(fā)現(xiàn)，通過壓力加工在原始 晶粒周圍產(chǎn)生一些微小的亞晶粒，模具角為 90° 的模具加工比 120°的模具加工產(chǎn)生更加細小的 顆粒。 圖 8. 模具結(jié)構(gòu)的四個條件下的最大應變曲線 表 5 預先計模擬的在整個 載和敲擊曲線 圖 10 中的數(shù)據(jù)表明，在壓制過程中，模擬和實驗的擠壓載荷是復雜多變的，包括模具轉(zhuǎn)角為 90° 或 120°，有無內(nèi)圓角等各種因素 。圖 a 和 b 分別顯示了轉(zhuǎn)角 90°模具有無內(nèi)圓角所 造成的預測和實驗載荷。通過數(shù)據(jù)看出，轉(zhuǎn)角為 90°有無內(nèi)圓角的模具產(chǎn)生的 應力曲線，見圖 b，是通過 壓力傳感器和上述試驗的敲擊而測得的。正如所見，模擬水平與實驗值有良好的匹配。最大擠壓應力值是高分辨率探針通過有限元模擬得到的。從圖10 擠壓載荷曲線可分為兩個階段：最初擠壓階段和穩(wěn)定階段。在初始擠壓階段，當接觸模具轉(zhuǎn)角，坯料受到嚴重塑性變形。負荷快速增加到最大負載，這個階段并不穩(wěn)定。在擠壓穩(wěn)定階段，鋼坯不斷的通過模具轉(zhuǎn)角。負載在平均值附件波動并逐漸下降。鋼坯的變形加工主要是在這個階段實現(xiàn)。 山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 15 - 圖 9. 經(jīng)過 a）在 120度模具中（ b）在 90度模具中 在圖 10 c 中，轉(zhuǎn)角為 120° 確定了最高水平的變形負荷為 3000 N；壓下量約 45 毫米時達到最大值。此時對應的情況為模具通道填充滿材料。此外，變形負荷隨著整個鋼坯經(jīng)歷了變形而降低，標志是相同章節(jié)的兩個通道的等分。通道之間內(nèi)在過渡半徑（ r = 18 存在減少了負載。 拐角為 90°（圖 a），無內(nèi)圓角的上模 最高載荷為 2259 N。如果有內(nèi)圓角的模具在役（如圖 .2 c 和 d），上模的負載與無內(nèi)圓角的相比會降低。所表 6 列出了在不同條件下 所需的擠壓力。很明顯，模具拐角是影響擠壓載荷的一個重要因素，擠壓載荷隨著模 具拐角的增大而迅速減少。結(jié)論是 具中的內(nèi)圓角可以減少擠壓載荷。 了解有效應變的分布和規(guī)模是有必要的，應在壓制過程作出分析。然而，擠壓壓力也影響模具壽命。因此，計算和預測通道轉(zhuǎn)角對有效載荷和工件中有效應變的分布的影響是很重要的。一方面，增加通道角可減少擠壓負荷，以改善 具的壽命。另一方面，增加通道角可以降低工件的有效應變。 5結(jié) 論 鑄態(tài) 合金鋼坯在 300 經(jīng)過 道擠壓，可以成功的獲得完整的三維有限元模擬。在 程中，數(shù)值和物理模擬很大程度上幫助了解 合金的變形 行為。 在這次研究中通道拐角和內(nèi)圓角的重要性得到了證明。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過比較三維有限元模擬理論計算結(jié)果，相當于在整個 程中增加了應變。 山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 16 - 圖 10. 不同條件下的載荷曲線圖：（ a）沒有倒角的 90度模具的模擬實驗結(jié)果，（ b）有倒角的 90度模具的模擬實驗結(jié)果，（ c）有或沒有倒角的 120度模具的模擬實驗結(jié)果 表 6 不同條件下的擠壓力 山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 17 - 對變形異質(zhì)性鋼坯的 程進行了分析，這表明了前二維有限元模型的不足。在轉(zhuǎn)角處內(nèi)圓角的存在可以改善變形的不均勻性。用通道角為 90° 和 120°，有無內(nèi)圓角的模具進行 道擠壓，在鋼坯表面上顯示了不均勻變形。從模擬和試驗結(jié)果得知，在轉(zhuǎn)角處有內(nèi)圓角的同質(zhì)變形優(yōu)于沒有內(nèi)圓角的，是因為內(nèi)通道表面在兩個直通道交界處的內(nèi)圓角有助于軟化的加工材料的高效率流動。 從模擬、理論和文獻知，內(nèi)拐角越小可以得到較高的累積應變，并產(chǎn)生更多的細小晶粒。 上模的荷載主要因內(nèi)圓角而減小。通道角主要影響了應變分布。 如果擠壓力是足夠的話，通道角 90°有內(nèi)圓角的 具有利于改進由 鋼坯的塑性和變形的均勻性。 鳴 謝 這項研究非常感謝國家 973 計劃（ 2007于鎂 合金的高性能加工與制備在關(guān)鍵問題上的基礎(chǔ)支持，第十一屆全國五年計劃（ 2006技項目的支持，以及連續(xù)鑄造與模擬技術(shù)（第科委， 2007關(guān)于凝固偏析的數(shù)學模型的研究工作。 參考文獻 1 . of J 001;44(1):91 6. 2 of in 001;44:677 81. 3 K, J. of D J 006;176:260 7. 4 , . of J 003;140:583 7. 5 C, Y, T, M, M, S. of an iC 2004;371:306 12. 6 , , , X. 006;54:1865 9. 7 C, , I, S. J 007;188:46 50. 8 , , . 3of 007;10:215 32. 9 by 2007;466:166 71. 山東建筑大學畢業(yè)論文 外文文獻及譯文 - 18 - 10 , , et of by a 2008;493:148 59. 11 éJ, . of by 008;40:617 28. 12 W, , , , . D 004;50:1079 83. 13 3D of 2007;485:409 14. 14 Z, by ci 996;21:369. 15 S, V, I, Z. of i 001;44:1771 4. 16 H, Z, I, et 992;5:96. 17 , , , G. of in 998;46:3317 31. 18 , , , G. 997;45:33 47. 19 , B, et of on of in 000;48:115. 20 , Z, et 994;30:22 94. 21 B, K, Z, et 998;29A:22 37. 22 J, K, Y, I, D. 1; 994;42:246 23 Z, V, , A, . 994;42:24 67. 24 , , H, S, et of on of i. 003;342:302 10. 25 , S, , T, H. 001;45:575 81. 26 . On of 004;50:387 93. 27 H, C, Y. in by 000;48:3245 52. 28 , et of in 2004;382:217 36. 29 et of on by 004;01:53 8.