TC18钛合金型材挤压数值模拟

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钛合金型材具有密度低、比强度高、耐蚀性好等特点,受到越来越广泛的关注。采用挤压加工技术生产钛合金型材,不仅可以提高型材质量,而且还可以提高生产效率。但由于钛合金自身特点导致挤压变形困难,极大地限制了钛合金型材的生产和应用,因此选择合适的挤压模具和工艺参数至关重要。本文通过采用稳态和瞬态两种有限元分析软件分别对TC18钛合金T形和U形型材的挤压过程进行模拟分析,通过单因素法和正交实验法研究了不同模具结构参数和工艺参数对钛合金型材挤压过程的影响规律,提出两种型材的模具结构优化设计方案,同时通过温度、应力应变场的分布情况进一步总结挤压过程中金属流动规律。并通过实际挤压实验证明了模拟结果的准确性,说明有限元模拟可以有效指导生产。本文具体成果如下:(1)通过使用稳态分析软件对T形型材挤压过程进行模拟分析,得到了不同结构参数对挤压后型材出口金属流速的影响规律。结果表明,当入口圆角为7mm、型材型心与模具圆心相距20mm以及增加导流槽可以获得出口速度均匀的型材。(2)采用正交实验方法研究了不同挤压工艺参数(如坯料直径、坯料预热温度、挤压速度、模具预热温度、挤压筒预热温度)对挤压后T形型材出口金属流速均匀程度和挤压力的影响规律。结果表明,对于型材截面速度分布均匀性而言,坯料预热温度影响最大,坯料直径影响次之。对于挤压力,坯料预热温度影响最大,挤压速度次之,其余因素影响较小。(3)通过使用瞬态分析软件对U形型材单模孔挤压过程进行模拟分析,通过调整模具结构参数得到质量较好的型材。为提高生产效率,设计出两种双模孔模具。并通过对两种模具挤压过程温度场、应力应变场分析选择了第二种模具设计作为合适的模具结构。(4)研究了挤压温度、挤压速度、摩擦系数和挤压比对U形型材挤压过程坯料温度和挤压力的影响规律。坯料的温升和挤压比随着挤压速度、摩擦因子以及挤压比的增大而增大,随着坯料预热温度的增大而减小。并得到合适的工艺参数,即挤压温度为1100℃,挤压速度为80mm/s,摩擦系数为0.05,挤压比为40。(5)通过实际挤压实验,证明了模拟结果的准确性。结果表明,不同热处理工艺对挤压后型材影响不明显。随着挤压比增大,晶粒尺寸得到细化,力学性能也得到提高。
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