模具挤压数值的测定与研究

 　　1进程1. 1模具结构ECAE模具，两通道交角、外侧夹角均为90，两通道及拐角处横截面面积处处相等，通道直径= 58 mm，内转角半径r = 5 mm，外转角半径R = 34 mm.

　　1. 2材料高温应力应变曲线的获得为了使模拟结果准确可靠，需要将AZ91D镁合金的应力应变曲线输入软件中，其曲线可以通过压缩试验获取。试验设备为英产INSTRON - 5500R电子万能材料试验机；压缩试样为8 mm 12 mm的小圆柱，两端面涂以石蜡，以减小摩擦对试验结果的影响；压缩温度选择为300；应变速率选择0. 005 s - 1和0. 1 s - 1.加热到预定温度，保温15 m in，以使材料温度均匀。

　　AZ91D镁合金300真实应力应变曲线1. 3有限元分析模拟选用商业刚塑性有限元软件DEFORM 3D，建立材料模型，即将流动应力定义为温度，应变，应变速率的函数，将通过压缩试验获取的AZ91D镁合金的应力应变数据以列表的方式输入。这种方式跟其他方式相比，没有经过数学简化，可以更加真实地反应材料的力学行为。

　　坯料温度设置为300，坯料规格为58 mm 120 mm，网格划分采用类型，小尺寸2（尺寸因子），定义为2.由于变形主要集中在两通道拐角处，为提高模拟精度，在此处添加细化网格窗口。冲头速度设置为5 mm /s，摩擦因子设置为0. 1，模拟过程中，网格划分由系统自动完成。

　　2结果与讨论

　　2. 1 ECAE变形过程列出了等径道角挤压工艺变形过程。a为刚刚划分好网格，还没有发生变形的坯料，外表面比较平整。b为在冲头作用下，沿径道下行了18 mm的图形，坯料下端在与凹模接触的地方，已经发生变形，在这个时候，整个坯料应变大的地方，就是坯料与弯道外转角接触的地方。随着冲头的继续下行，坯料沿凹模弯道开始发生弯曲变形，c是冲头行程33 mm时的图形，此时弯曲变形大约进行到一半，由图可以看出，由于在弯曲过程中，变形量很大，细化网格功能已经产生作用，等径道角挤压细化晶粒主要的变形过程就是这个阶段，通过坯料经过弯道时产生的大塑性变形剪切，来达到细化晶粒的目的。此时，坯料应变大的地方，已经转移到与凹模内转角相接触的地方。d是道次挤压的后阶段，可以看出，随着部分坯料远离变形主要区，网格划分重又恢复到原来的状态，而另一部分坯料由于进入到变形主要区，则由原来的稀疏网格重新划分比较细小的网格。值得注意的是，在阶段c和d中，坯料并没有完全充满退出通道，而是与通道的顶部形成一条狭长的缝隙。　　数值模拟ECAE工艺过程

　　2. 2应力状态ECAE的变形机理进行过探讨，认为等径道角挤压是一种在平面上的纯剪切变形。本研究表明，坯料在挤压过程中，其受力状况是跟模具的结构（内转角）有密切关系的。当内转角半径不为零时，坯料不仅仅是受剪切力的作用，在不同的挤压阶段，不同的挤压部位，会受到拉伸或者压缩作用。，P1和P2是分别位于外转角和内转角的两点，可以看出，刚开始挤压，坯料受压应力作用，P1和P2两点状况相同。

　　冲头向下运动，坯料在冲头的作用下开始进入弯道，发生塑性变形，此时两点所受压应力都开始变大，这是因为坯料外转角处受到模具的阻力作用导致。继续下行，两点的受力状况也不再一致。外转角的P1点，压应力逐渐转化为拉应力，并随着挤压进程逐步增大；而内转角的P2点，仍然受到压应力作用，其值也在不断增大。坯料继续变形，P1点先进入转角部位，其所受的拉应力也达到大值，并开始逐渐减小，当P1点到达弯道45斜面时，拉应力又开始转化为压应力，并一直维持到进入直通道，变形结束为止；P2点在P1点进入转角部位后也进入转角，所受压应力达到大值，和P1点一样，在到达弯道45斜面时，压应力转化为拉应力，一直维持到进入直通道，变形结束。可以看出，内外转角在弯角变形过程中，受力是完全相反的。也可以看出，以45斜面为分界线，外转角的P1是先受拉应力，再受压应力；内转角的P2是先受压应力，再受拉应力。内外转角受力随时间变化示意图对两点的平均应力分析，也得到了类似的结果。而两点的等效应力，c，其大小和变化趋势是基本相同的，说明两者的塑性变形效果是一致的显然，当这种拉应力或压应力大到一定程度时，坯料就会在它们的作用下发生塑性变形，网格会产生拉伸或压缩的形变，从而纯剪切模式在这些部位不再适用。

　　2. 3网格变化分析，可以看出，挤压过程中，网格发生了巨大的畸变，变形前形状规则的立方体，变形后每个平面都发生了变化。b和c是建立的微观颗粒数学模型，用于解释微观粒子在等径道角挤压过程中变形过程。从b可以看出，除了剪切作用以外，上下两个平面还受到压缩作用，在高度方向上减缩，相应的在宽度方向上增长；但他们减缩的幅度并不一致，越靠近内转角的部位，减缩幅度越大，宽度方向上的增加也大。受此变形的影响，变形前平行的上下平面，变形后上平面往下倾斜，下平面往上倾斜，两者有相交的趋势。而外转角部位，c，上下两平面除了剪切作用，还受到拉伸作用，在高度方向上伸长，相应的在宽度方向上减小；他们伸长的幅度也不一致，越靠近外转角的部位，伸长幅度越大，宽度方向上的减小也越大。虽然和内转角变形过程不同，但变形后同样上平面往下倾斜，下平面往上倾斜。这样，内外转角部位的变形才具有协调性，整个分布根据模具转角部位的结构，呈扇形分布。之所以有这种现象发生，根本原因就是坯料变形过程中受力不同引起的，它们在发生剪切应变的同时，也在发生着不同方向、不同程度的正应变。

　　当模具的内转角半径为零时，坯料承受纯剪切作用。而这里的研究表明，模具（）存在内转角半径时，坯料不仅仅有剪切作用，还受到拉伸或者压缩的作用。显然，当这种拉伸或者压缩作用力超越坯料的屈服强度极限时，就会发生相应的应变。等径道角挤压的这种变形机理，也是和材料的性能密切相关的。材料的屈服强度高，则有可能仅仅是剪切变形；若材料的屈服强度较低，则在相应的方向上，坯料还会发生正应变。

　　2. 4应变状态分析应变可以直接反映出坯料变形程度的大小，是晶粒细化的标志。为不同位置点的等效应变曲线，取点位置a.可以看出，坯料在经过弯道的时候，不同的部位应变是不一样的。在与内转角部位相接触的地方，应变大。外转角部位的应变，则远远小于内转角部位。但外转角的应变并不是小，小值出现在离外转角距离约1 /4处。

　　不同位置点的等效应变曲线是不同位置点的应变随时间变化的示意图。a中，P1、P2、P 3、P4和P5是坯料纵剖面同一水平线不同部位的5个点，b为5个点的不同时间应变的变化情况。可以看出，随着变形的进行，每个点的应变不断增加，后达到大值。在前半段，应变都为0，这是和坯料进入弯道前的一段时间相对应的。随后，坯料进入弯道，5个点也几乎同时产生了应变，且终P1点终的应变大，P4点终应变小，这和前面的结果是相一致的。

　　结论

　　（1）挤压过程中，内外转角部位大主应力、平均应力状况不同，内转角先受压应力，再受拉应力；外转角是先受拉应力，再受压应力。内外转角等效应力变化趋势类似。

　　（2）等径道角挤压应变分布不均匀，内转角处应变大，外转角处应变较小，小值出现在距离外转角约1 /4处。

　　（3）坯料的变形过程与模具内转角半径密切相关。

　　内转角半径为0，坯料承受纯剪切作用；不为0时，则坯料内外转角存在拉应力或压应力的作用。
来源：中国模具网

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