CONFORM连续挤压初始阶段的三维数值模拟

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CONFORM连续挤压是一种生产超长线材、管材、型材的新型挤压技术,经过国内外专家学者不断的研究探索,在工程实践和理论研究方面取得了很大的进展,并在铝、铝合金及颗粒材料成形方面得到了广泛的应用,但由于连续挤压过程变形的特殊性,其金属的变形行为以及塑性变形力学方面的研究还处于初级阶段。 CONFORM连续挤压和一般挤压工艺相比,最突出的特点是将摩擦力由阻力变为驱动力。国内学者已在二维层次上进行了数值模拟研究,并得出了一些重要的结论。但CONFORM连续挤压过程中变形体和挤压轮槽内壁存在三向摩擦作用,二维数值模拟忽略了轮槽两个侧壁的摩擦作用,故这种模拟不能反映真实的金属变形行为。为此,本文应用MSC.SuperForm有限元分析软件对CONFORM连续挤压的初始阶段进行了三维数值模拟。 本文应用SuperForm软件根据实践中的挤压装置尺寸建立了几何模型,首次应用计算精度较高的六面体单元对变形体进行了网格划分,并针对影响金属变形的挤压模口宽度、挤压轮转速、摩擦系数及泄漏间隙等工艺参数进行了模拟研究。得到了连续挤压成形过程中任意步骤时的三维应力场分布、应变场分布、速度场分布情况。 模拟结果证实了连续挤压过程由泄漏口处的常规挤压和挤压模口处的侧向挤压组合而成;论证了剧烈剪切变形带及泄漏间隙的存在有利于金属的变形,并且在一定范围内,明显扩大塑性变形区;适当减小挤压模口宽度具有扩大变形区的作用,有利于金属均匀变形;并得到了对CONFORM连续挤压工艺缺陷进行预测具有指导作用的结论。 本文通过数值模拟揭示了CONFORM连续挤压初始阶段金属的变形行为,这对于CONFORM连续挤压工程实践具有一定的指导作用。并对进一步研究在此基础上发展起来的连续挤压包覆(CONCLAD)中金属的变形行为具有重要的意义。随着有限元仿真技术的日趋成熟,其在塑性加工中的应用前景将更加可观。
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