铜扁线连续挤压成形过程的数值模拟

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第58卷第2朗有色金属V01．58．No．22006年5月NonferrousMetalsMay2006铜扁线连续挤压成形过程的数值模拟牛玉英，陈莉，宋宝韫(大连交通大学材料科学与工程分院，大连116028)摘要：采用DEFORM软件，模拟铜扁线的连续挤压成形过程，建立铜扁线连续挤压的刚粘塑性有限元模型，揭示金属的变形规律和优化工模具结构。获得有关变形网格、速度场、温度场、等效应力及扭矩．行程曲线等完整信息。比较不同结构模具的铜扁线成形表明，Ⅱ型臆体和模具所需的扭矩比I型的大。与

2、生产实践基本一致。模拟结果对模具结构改进和优化具有指导作用。关键词：材料合成与加工工艺；铜扁线；有限元；连续挤压；DEFORM中图分类号：TG379；TG146．11；TP391．9文献标识码：A文章编号：1001—0211(2006)02—0029—05随着现代制造业的高速发展，对塑性成形工艺铜扁线广泛用于变压器、大型电动机和发电机分析和模具设计方面提出了更高的要求。若模具设的绕组，长期以来我国一直以上引铜为坯料采用“拉计不合理或材料选择不当，则会造成产品达不到质拔一退火”的工艺生产，用该方法生产的铜扁线会产量要求，造成大量

3、的次品和废品。为了防止缺陷的生一些自身难以克服的产品质量缺陷。研究证明，产生，以提高产品质量，降低产品成本，国内外许多用连续挤压方法生产的铜扁线与传统的“轧制拉拔大企业和研究机构及大专院校对塑性成形件的性。退火”工艺相比具有极大的优越性l31。能、成形过程中的应力应变分布及变化规律进行了由于铜及铜合金变形温度高、变形抗力大、高温大量的理论分析、实验研究与数值计算，力图发现各氧化性强，铜扁线连续挤压技术在塑性变形机理、工种制件、产品成形工艺所遵循的共同规律⋯。艺参数及模具结构等方面存在许多技术难点。为了一般来说，产品研究与开发的

4、目标之一就是确进一步提高挤压产品性能，延长模具的使用寿命，采定生产高质量产品的优化准则，而不同的产品要求用DEFORM软件对铜扁线连续挤压成形过程进行不同的优化准则，建适当的优化准则需要对产品数值模拟，分析变形区金属的流动规律和应力场、应制造过程的全面了解。如果不掌握诸如摩擦条件、变场、温度场等的分布情况，从而为改进成形工具的材料性能、工件几何形状、成形力等工艺参数对成形结构和优化奠定基础。过程的影响，就不可能正确地设计模具和选择加工1有限元模型的建立设备，更无法预测和防止缺陷的生成。在传统工艺分析和模具设计中，主要还是依靠工

5、程类比和设计连续挤压生产铜扁线的原理如图l所示l_4】。以经验，经过反复试模修模，调整工艺参数以期望消除规格为=2mm，b=10mm，，-=0．65ram的铜扁线成形过程中的产品缺陷如失稳起皱、充填不满、局部的成形过程为例，截面形状如图2所示，对金属流动破裂等。仅仅依靠传统的经验工艺分析和模具设计整个过程进行模拟，从而得到金属的流动规律。方法已无法满足高速发展的现代金属加工工业的要模拟以刚塑性／冈0粘塑性有限元理论为基础，采求。因此，现代金属成形工艺分析过程中，建立适当用专门用于分析金属成形及相关各种成形工艺的的“过程模拟”非

6、常重要。随着计算机技术的发展，DEFORM软件进行求解和后处理的图形显示平台。数值模拟在金属成形过程中的重要价值越来越大受1．1有限元模型到重视，这一领域已成为现代国内外学者的研究热假设刚塑性／刚粘塑性体的体积为V，表面积点[2l。为S，在力面SF上给定面力，在速度面Sy上给定速度“，在满足几何方程、体积不变条件、速度已收稿日期：2004一U—l5知表面Sv上的速度边界条件的一切运动许可速度基金项目：国家自然科学基金资助项目(50175012)作者简介：牛玉英(1974一)，女。吉林洮南市人，博士生．主要从事塑性成型及模拟技术

7、等方面的研究。维普资讯http://www.cqvip.com30有色金属第58卷料的变形服从Levy．Mises流动理论。另外，在模拟中有一些细节也进行了假设和简化，其中主要有：(1)忽略了挤压轮上的循环水冷却；(2)整体模型中省略了挤压轮、腔体等部件的一些结构部分，如倒角、圆角、螺纹孔等，只保留对金属流动有影响的结构部分；(3)假设坯料从模具中挤出一定长度后进入稳定生产状态，各参数值也趋于稳定。1．3有限元模型的建立首先，应用三维造型软件产生与金属成形相关图1连续挤压工作原理的零部件的三维实体，将其以VDA格式导入Fig．

8、1PrincipleofcontinuousextrusionIDEAS中划分网格。由于所研究的铜扁线连续挤场Vi中，使泛函=JJJ(e巧)dV—JJJFFf’压是对称的，坯料在对称平面上没有该平面法线方“dS取极值的必为本问题的正确解。对于塑性加向的流动和流动趋势，所以取整