宽铜带连续挤压轮槽变形区的理论研究

摘要

连续挤压技术是70年代发展起来的一种绿色、高效、节能的有色金属塑性加工技术，现已发展成为比较成熟的技术。 由于铜及铜合金变形温度高、变形抗力大、高温氧化性强，宽铜带连续挤压技术在塑性变形机理、工艺参数及模具结构等方面存在诸多技术难点，在工模具寿命和主机能量损耗上与国外设计还存在一定的差距。因此，随着连续挤压技术在生产上的广泛应用，对连续挤压技术的理论分析变得尤为重要。为了进一步优化工模具，延长其使用寿命，需要采用先进的理论分析、计算方法来设计合理的工模具。 本文基于刚塑性/刚粘塑性有限元理论采用DEFORM-3D软件对宽铜带的连续挤压技术进行数值模拟分析，对连续挤压的力能参数作分析计算并对压实轮压下力进行实验研究。 对宽铜带连续挤压变形的数值模拟分析金属流动表明：摩擦力作为驱动力，变形区内大部分金属处于三向压应力状态，其应力从中心向边部基本上呈减小的趋势，金属在挡料块处达到675℃，在连续挤压稳定后挤压轮的扭矩基本上保持在7.1×10E7N-mm左右。 对不同挤压轮转速的数值模拟研究表明，从金属流动速度、温度、等效应力和挤压轮扭矩分析，挤压轮转速选择6rpm较适于连续挤压。 对不同压实轮压下量的数值模拟研究表明，据点的等效应力、等效应变和挤压轮扭矩分析，压实轮压下量为6mm较适于连续挤压。 此外，通过对连续挤压力能参数的分析，建立了宽铜带连续挤压在轧制区的压下力的数学模型，获得该模型计算的压实轮压下力在压下6mm时的结果与数值模拟结果、实验结果基本一致。对压连续挤压坯料的失稳问题，初步建立了简化的连续挤压失稳计算模型。 对不同挤压轮轮槽形状的数值模拟研究表明，带凸台的方形轮槽的挤压轮扭矩比较不稳定，对挤压轮的磨损较严重；带凹槽的圆形轮槽对挡料块的冲击力较大，对挡料块的磨损较严重；综合分析带凸台的梯形轮槽和带凸台的圆形轮槽比较适于连续挤压。 总之，根据模拟结果分析，可合理选择工艺参数和模具结构尺寸，实现宽铜带连续挤压成形，力求把连续挤压的生产率和能量节省提高到更先进的水平。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1课题的来源与背景

1.2连续挤压技术在国内外发展现状

1.2.1连续挤压的原理及应用

1.2.2连续挤压技术国内外研究现状

1.3本课题的意义及主要研究内容

第二章　三维刚塑性有限元基础

2.1金属流动理论基本假设

2.2金属流动塑性力学基本方程

2.3刚(粘)塑性有限元计算中的应力问题

2.4刚塑性有限元法的求解过程

2.4.1离散化及线性化

2.4.2节点坐标及速度的矩阵形式

2.4.3单元应变速率矩阵

2.4.4单元的刚度矩阵

2.4.5刚度方程的求解

2.5刚塑性有限元法实施的关键技术

2.5.1细化网格法

2.5.2局部网格划分法

2.5.3网格重新划分

本章小结

第三章连续挤压变形有限元数值模拟问题与分析

3.1 DEFORM软件综述

3.1.1有限元模拟软件DEFORM简介

3.1.2有限元模拟软件DEFORM系统结构

3.1.3有限元模拟软件DEFORM功能

3.2三维有限元模拟的建模技术

3.2.1几何模型的建立

3.2.2材料模型的建立

3.2.3摩擦模型的建立

3.2.4步长的设定

3.2.5其它前处理参数的设定

本章小结

第四章连续挤压轮槽塑性区的力能综合分析

4.1压实轮压下力的分析

4.1.1对轧制区进行了理论计算

4.1.2计算结果

4.1.3压实轮压下力的实验研究

4.1.4实验结果与模拟结果对比分析

4.2挤压轮轮槽内坯料的失稳分析

4.2.1连续挤压坯料失稳问题的提出

4.2.2压杆稳定性

4.2.3稳定问题的计算方法

4.2.4连续挤压坯料失稳力学分析

本章小结

第五章宽铜带连续挤压的数值模拟

5.1宽铜带连续挤压数值模拟分析

5.1.1连续挤压金属的变形过程

5.1.2连续挤压金属的流动过程

5.1.3连续挤压过程中金属等效应力的分析

5.1.4连续挤压过程中最大主应力分布

5.1.5连续挤压过程中金属温度的分布

5.1.6连续挤压过程扭距-时间曲线分析

5.2挤压轮转速对连续挤压的影响

5.2.1金属的流动速度

5.2.2金属在三个区域的不同参量对比

5.3压实轮压下量对连续挤压的影响

5.3.1等效应力、等效应变的分析

5.3.2坯料平均温度

5.3.3挤压轮扭矩

5.4挤压轮轮槽形状对连续挤压的影响

5.4.1挤压轮扭矩分析

5.4.2挡料块承受压力分析

5.4.3腔体扩展槽金属流动分析

本章小结

结论和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢