连续挤压制备铜铝复合接触线的数值模拟

摘要

为适应我国电气化铁路的发展,本课题组设计出一种采用连续挤压包覆法生产的新型接触线——铜铝复合接触线,具有高强、高导、高耐磨等性能。铜铝复合接触线是一种多层金属复合线材,综合了多种金属的优越性能,形成高性能材料,并且还可以节约金属。
　　与以往连续包覆不同的是,本接触线的结构为层状包覆,且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,所以本文通过对双金属连续挤压包覆技术的有限元分析和理论分析的研究,用有限元软件对双金属连续挤压包覆的不同参数下的温度场,等效应力场,等效应变场,等效应变率场,静水压力场,速度场进行了模拟,获得了在双金属连续挤压包覆过程中,各工艺参数主要影响规律,实现了模具的快捷化设计。
　　通过数值模拟的结果的研究表明:铜铝复合包覆过程是一个非常复杂的过程,关键在于双金属的同步流出,模芯端部导流角度和复合变形区长度是设计时的重要参数。模芯端部导流角度太大造成挤出方向分力小铜线不动;角度太小造成结合面正压力减小结合强度不够。复合变形区长度需调整到一个适当的值,否则过短则结合面缝隙过大,无法实现包覆;过长则出现铝坯无法带动铜线挤出,发生堵模现象。挤压速度的提高,挤压温度升高,都有利于包覆。从三维有限元模拟的结果来看,坯料先充满挤压腔,之后进入包覆阶段。变形主要集中在堵头,靴座通道,模具型腔及复合变形区一带,在挤压包覆腔的底部形成死区。
　　本文通过数值模拟揭示了模具结构对铜铝连续挤压复合成形过程的影响规律,所得的结果较真实的反映了生产实际,从而为今后工模具的设计提供了参考,对实践具有一定的指导作用。

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第一章 绪论

1.1 接触线及其发展趋势

1.2 连续挤压技术及其在双金属线生产中的应用研究现状

1.3 有限元技术及其在连续挤压双金属复合线中的应用现状

1.4 课题的主要研究内容及意义

第二章 有限元法求解方法选择

2.1 刚-(粘)塑性材料基本假设

2.2 刚-(粘)塑性力学基本方程

2.3 刚-(粘)塑性有限元变分原理

2.4 有限元法的求解方法的选择

2.5 有限元法求解的基本步骤

第三章 数值模拟建模及关键问题处理

3.1 几何模型的建立

3.2 网格划分

3.3 摩擦边界条件的处理

3.4 材料特性的设定

3.5 载荷和位移边界条件的设定

3.7 网格畸变与重划分

3.8 收敛问题

第四章 层状复合材料连续挤压成型及模具优化二维数值模拟

4.1 模芯端部导流角度对金属流动与挤压力的影响

4.2 复合变形区长度对金属流动与挤压力的影响

4.3 铜铝厚度配比对对金属流动与挤压力的影响

4.4 坯料及模具表面状态对金属流动与挤压力的影响

4.5 定径带长度对金属流动和挤压力的影响

4.6 小结

第五章 铜铝复合接触线连续挤压的三维数值模拟

5.1 连续挤压过程金属变形规律

5.2 模具结构及参数对铜铝包覆的影响

5.3 小结

第六章 连续挤压包覆试验

6.1 试验设备

6.2 试验材料

6.3 试验结果

6.4 小结

第七章 结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果