有色合金半固态触变挤压成形数值模拟技术与挤压组合凹模优化设计

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1、摘要有色合金半固态触变挤压成形数值模拟技术与挤压组合凹模优化设计r。-．自从美国麻省理：C学院D．B．spencer等学者发现锡一铅合金!r同态触变性能后．、㈨q态技术的研究和应用得到了迅速发展。半固态加工是材料在液相线和同相线温度之间通过施压加工成摄终零件。半固态技术的特点是：半固态应用范围广‘泛：充型平稳，无湍流和喷溅，加。r产晶缺陷大火减少；与铸造相比，减轻了对模具的热冲击，大幅度提高_『模具寿命：成形件表面平整光滑，制件内部组织致密，内部气孔、偏析等缺陷少，微观组织品粒细小，力学性能高等

2、。到目前为止，与iI‘固态加工技术的相关基础理论及其在：l二业应J=I{方面的研究还不够完善，有待进一步探索和创新。本文主要研究了有色合金半固态触变挤压成形数值模拟技术和挤压组合凹模优化设计方法，旨在丰寓和完善半吲态触变成形理论，推动jII吲态技术在jI：业上的庸刚。本文所做的工作主要有以下儿方面：建立了一种新的半固态固相体积分数公式。这种半同态嘲相体积公式不仅包含温度变量rr，而且包含了台金元素含量变量c，因此，大大扩火了半固态同相体积分数公式的应用范围。例如．仅用一个计算公式就能计算出所有合

3、金元素Pb含量小于67．4％的Mg—Pb合金的嘲相体槲分数。建立了zLlOl铝合金半固态固相体积分数与加热温度的关系式。实验研究r加热温度、保温时间和加热速度对半固态同相体积分数的影响。在实验数据的基础上，得到了zLl01合金半固态固相体积分数与加热温度的关系式。提出了半固态表观粘度的两段半抛物线拟合插值新方法。对于某一剪切速率九，先州两段半抛物线拟合半固态金属表观粘度与固相体积分数的关系曲线玩(正)=妒(f，九)：再通过插值得到半固态金属表观粘度与固相体积分数和剪切速率的关系曲面％(^，户)=

4、妒(工，户)的计算值。设计了用于半固态表观粘度仿真的两层BP神经网络。根据半同态表观粘度利BP神经网络的特点，设计了用于半固态表观粘度仿真的两层BP神经网络。并对sn．15％Pb和A1_4．5％cu-1．5％Mg合金半固态表观粘皮进行了仿真计算，取得了较高的计算精度。进行了铝合金半固态坯料加热有限元数值模拟和实验研究。分别采用一段平¨两段加热：I：艺规范，恒温保温和降温保温工艺。对ZLl叭铝合金半固态坯料加热进行了有限元数值模拟和实L海交通大学博：L学位论文验研究。在模拟和实验的基础上，作者提山

5、了降温保温新的加热工艺方法。实验和模拟结聚都证明了降温保温1：艺既有利丁缩短加热时间，又有利于半同态坯料加热温度更均匀的结论。建立了zLlOl铝合金半固态流动虚力公式。对zLl叭铝合金半固态流动特性进行了实验研究，在试验数据的基础上，利Hj最优化方法得到了zLlol铝合金半同态流动应力与应变速率年¨变形温度的关系式。进行了铝合金半固态触变成形热一力耦合有限元数值模拟和试验研究。州铝台金合金半矧态坯料二次加热有限元数值模拟的温度场作为初始温度条件，用刚(粘)塑性有限元法对z1J10l铝台金ip同态

6、触变镦粗和触变挤压进行热一力耦台有限元数值模拟，同时进行了实验研究。有限元模拟结果与实验结_累有较好的吻台。热一力耦台有限元模拟^12024台金半潮态触变正挤压成形n勺结果晁示：变形区主要集中在挤压凹模的锥形部分：在凸模处和挤压凹模小端的?IiIjliI态坯料的变形燮非常小，主要呈刚体能移。提出了一种脉冲循环内压厚壁圆筒疲劳强度设计准则。利川sines方法将脉冲循环内刚宁雌圆筒的多向庸力问题转化为等效的单轴循环应力，ilj'利川soclerberg疲劳理论键山了--种包禽了应力集中系数、尺寸系数

7、和零件表面加『：系数、一l—n?介质系数在内的脉冲循环I』!

8、压厚壁剐筒疲劳强度i』；}计准则。建立了一至三层组合挤压凹模的优化设计数学模型。推导出了三层组台挤压凹模再层山表面应力计算公式：从理沦上证明了组台凹模备层的疲劳强度校核点在组合凹模再层

9、1{：

10、内表砸I上；分别建立了以提高组合凹模承载能力年

11、l减少绷合凹摸尺寸为目标的疲劳强度优化15；}计数学樾刑。得到了如p结论：①没有必要使HJ三层以上的组合凹模：②组台凹模f1≈外ir径没有必要人卜期J、j、『‘径的叫倍等。剥A】2(}24合金!m

12、日态触变挤压成形}_}；

13、的凹模进行了疲劳强度优化设计。探讨了半固态触变加工工艺参数优化设讣，建立r半固态触变加工工艺参数优化设计数学模型。关键词：、～Ⅵ态触变成形川相体积分数表观粘度有限元优化设计NumerjcaIsimuIa“ontechnologyofnon-ferrousalloysemi-soIidthixo-extrudingandoptimizationofextrusioncompoundconcaVedieABSTRACTSinceD．B，Spenccreta1．atMITdj