纯铜等通道转角挤压模具设计及数值模拟研究

摘要

金属材料的许多性能，如机械性能，物理、化学性能等都受到材料晶粒尺寸的影响。细化晶粒，可以从很大程度上提高材料的性能，但由于技术水平及加工工艺的限制，在很长时间内人们只能将晶粒细化至微米级，强化效果不尽如人意。 等通道转角挤压（Equal Channel Angular Pressing，简称ECAP）技术是一种通过近似纯剪切的剧烈塑性变形使金属材料的晶粒尺寸细化至纳米级的一种制备超细晶材料的一种重要手段。目前，人们已经应用ECAP 技术对多种纯金属和合金进行了试验，有着重要的研究价值。 本文探索的是对T2 的ECAP 变形，但由于在进行ECAP 挤压变形时，需要较大的变形力，且铜的变形抗力也相对较大，因此对设备的要求往往较高。为降低对试验设备需求，确保试验能够连续进行，本文首先通过计算设计了一套新的挤压模具，为分析这套模具的优劣，利用Deform-3D 软件进行了不同角度、不同形状的模具在挤压过程中的应力、应变状态及其挤压力进行了比较，其模拟结果表明，圆形截面试样，在其模具内角为120°时，其所需的变形力最小，其应变的均匀程度也相对较好。 为了验证数值模拟结果得有效性，本文选择圆形截面，模具内角为120°的设计加工生产了模具实物，并对圆形试样进行了ECAP 挤压试验，并对挤压完成后的试样进行了性能试验，试验结果表明，所生产模具能够在630kN 压力机上完成直径为12mm 圆形截面试样得ECAP 挤压，经ECAP 挤压后的试样的硬度、强度都有了明显的提高，且其提高的程度与模拟结果的应变量呈正相关关系。

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