金属成型CAE分析报告.doc

《金属成型CAE分析报告.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、上海理工大学学生学号成绩《金属材料成型CAE技术》数值模拟报告报告名称挤压速度对纯钛等径角挤压中应力的影响开课学院材料学院指导教师姓名学生学号学生姓名学生专业班级2012--2013学年第一学期12上海理工大学目录一．问题描述31.研究背景32.研究任务43.零件图4二．制定数值模拟方案51.工艺分析52.拟定数据模拟路线52.解题思路6三．有限元模拟过程71.建立有限元模型72.分析速度对应力分布的影响73.分析速度对等效载荷的影响9四．结果与讨论11五．小结1112上海理工大学一．问题描述1.研究背景金属挤压成形过程中，计算机模拟已经广泛应用。在数值模拟过程中，都要求输入各种参

2、数，如几何形状、网格、非线性材料的流动应力曲线、载荷情况、摩擦准则等。参数识别这种由输入得到结果方法，已经得到成熟的应用。与正向分析相对应的是逆向研究分析，它是作为如伺确定试样的初始形状和各种模具参数的优化，目的是为了在塑性成形后得到所希望得到最终几何形状[4]，这种分析方法在目前为许多学者所关注。本试验研究在钛的EPCA成形过程中挤压速度对等效载荷和试样中应变分布的影响情况。等通道转角挤压（ECAP:EqualChannelAngularPressing）是一种通过大塑性变形获得金属基块体超细晶材料的重要加工技术，由前苏联科学家Segal及其同事最先提出并进行研究。等通道转角挤压

3、所采用的模具是由两个具有相同形状和截面积的通道以一定内转角和外转角相交组而成，如图1所示。挤压时，对金属试样施加荷载使其通过以一定转角相交的两条通道，试样被挤出，材料通过转角附近时材料内部产生剧烈的沿转角对角线方向纯剪切塑性变形，经过如此反复多道次的挤压，材料的晶粒被显著细化，获得相对均匀的具有大角度晶界的等轴晶组织，在不改变初始材料尺寸的情况下制备出块状超细晶材料，晶粒尺寸经可细化到亚微米级或纳米级。等通道转角挤压对材料的性能优化效果是很显著的，可以在不改变材料形状的情况下有效细化晶粒制备出超细晶材料，同时提高材料的强度和塑性，产生高温甚至常温超塑性，改善材料疲劳性能、耐腐蚀性能

4、等。12上海理工大学当前，有限单元法作为一种行之有效且应用广泛的工艺仿真技术已成为被应用于分析和研究金属塑性成形问题的数值分析方法，大大降低了生产成本、缩短产品开发周期，在优化工艺设计和参数上发挥重要作用。ECAP加工变形过程属于复杂非线性大变形过程，有限元法可根据实验和理论方法给出的本构关系、边界条件、摩擦关系式等，按变分原理推导出场方程，根据离散技术建立计算模型，实现对ECAP变形过程进行数值模拟，分析成形过程中的应力应变分布及其变化规律，由此提供较为可靠的主要成形工艺参数。2.研究任务与其它压力加工方法一样，挤压时的流动不均匀性总是存在的。首先是由于外摩擦的存在，沿断面上的摩

5、擦作用力场强在径向上的分布，以接触界面处最强，越远离界面越弱，对金属的阻力作用不会一样；其次，锭坯横断面上的温度分布，由于加热方式、变形过程中的生产热、以及热传导等因素的综合作用，不可绝对均匀，因此，沿径向上金属的变形抗力分布不同，变形抗力低的部分易于流动；最后，模孔几何形状和模孔分布，使实际的应力分布更为复杂，如上所述，对准模孔部分的金属流动阻力最小。不同的挤压速度对金属流动也有较大的影响：在一定的挤压速度内，随着挤压速度的增加，变形抗力逐渐增加，则不利于金属流动，金属流动性逐渐变差。在模角为120°时，随着挤压速度的增加，所挤出的成品端部的弯曲程度有增大趋势，可以看出，随着挤压

6、速度的增加（在一定挤压速度范围内），金属流动流动不均匀性逐渐增加。利用三维有限元模型研究工业纯钛等径弯曲通道挤压(ECAP)变形过程，通过数值模拟分析挤压速度对材料变形过程的应力影响规律，根据后处理导出数据，通过模拟观察，获得了在室温下对工业纯钛进行ECAP变形的最优工艺参数。3.零件图Φ10x70mm12上海理工大学一．制定数值模拟方案1.工艺分析采用有限元商品软件DERORM5.0对ECAP变形过程建模并进行三维模拟计算和分析。模具和挤压杆相对工件具有足够的强度，可视为刚体。试样的尺寸为Φ10mm×70mm，材料为工业纯钛，其泊松比为0.32,正弹性模量为112GPa，质量密度

7、为4.5×103kg·m－3。考虑到回弹的存在采用弹塑性模型，模型网格由系统自动划分，采用八节点六方等参单元。变形过程中，挤压杆的压下速度为0.5——2mm·s－1，选择固定位移步长方式，采用常摩擦模型。整个变形在300℃下进行，视为等温过程。(1)建模(2)导入将已建好的PRO-E模型导入DEFORM模拟软件中，对上模具和下模具进行温度设定和网格划分及边界条件设定。(3)仿真技术分析通过有限元法和有限体积法对模型进行仿真分析，进而揭示圆管等径模挤压过程中金属流动行为