文档介绍：原文:Effects of Guiding Angle on Plastic Metal Flow and Defects in Extrusion of Aluminum Alloy
模角对铝合金挤压过程中的金属流动和缺陷的影响
摘要:为了减少因为金属不合理的塑性流动而引起的缺陷,如缩孔和表面缺陷,我们可以采用带有模角的挤压模来解决。在挤压过程中,我们采用有限元模拟以及实验来分析其金属的塑性流动情况。实验表面再模具的底部其应力状态是变化的。在模具的入口处采用模角可以使死区产生的趋势减少。因为挤压最后阶段的塑性流动的改善使得缩尾也减小了。因为轴向应力的大大降低避免了因附加应力而产生的表面缺陷。
关键词:模角;挤压;金属的塑性流动;缺陷
引言
在挤压过程中改善金属的塑性流动是一种提高挤压的成形性和避免缺陷的重要方法。影响挤压过程中金属塑性流动的因素很多,与金属塑性流动息息相关的模具结构中,分析模角的设计参数表明,不同的模角和模口偏移对金属的塑性流动影响很大,其中后者会引起挤压件的弯曲。研究表明采用小锥度的模具结构可以减少应变的不合理的分布以及减少双剪切挤压过程中死区的形成。若模具结构的不正确或不能很好的协调,此时挤压件可能会产生扭曲或歪曲。内锥冲头使得挤压过程很容易进行。有限元的方法可以用于优化模具结构设计,和对金属合理的塑性流动进行有效的预测。这样金属的挤压很容易进行并且挤压力也大大降低。
挤压是一种连续的复杂的工艺过程,工艺参数的优化设计和挤压模具的优化设计不能从根本上避免缺陷的产生。在过去仅仅采用优化工艺参数来改变金属流动不可避免会产生缺陷。采用有限元的模拟和实验来研究挤压过程中有模角和无模角对金属流动的影响。这种比较性研究是在研究挤压件的缺陷的基础上进行的,并且两种类型的模具也生产出来了。
有限元模拟

以热挤压为例,如图1所示,带有模角α的凹模结构。当α为0时即不带有模角的凹模结构。
模角不同于传统模具结构中的入口锥角,尽管模具入口锥角可以改善挤压件的质量,但是它不能从根本上提高金属的流动和避免挤压件的缺陷。当模具采用模角结构,和在较小的挤压率下,成形区的金属挤压两次,这样可以大大改变模孔口处的金属流动和改善挤压件的质量。
图1 带有模角的凹模结构示意图

采用DEFORM-2D软件来模拟带有模角及不带模角的两种凹模结构的挤压过程。以圆筒形挤压为例,采用对称的有限元模型,如图2所示。
采用刚塑性有限元模型来模拟挤压过程。芯模为粘塑性体,冲头,凹模,模筒为刚塑性体。模拟过程中,坯料初始网格有2000个四节点四面体组成。挤压速度2㎜/s,(通过热挤压实验获得)。
实验材料为7705铝合金,坯料尺寸为φ50×50㎜,挤压温度为435℃,。分别对模角α为5°,10°,15,°20°,30°的凹模结构进行模拟。
图2 有限元模型
实验
实验模具设备如图3所示,实验在315kN的水压机上进行。凹模由两部分组成。这样可以很方便的取出坯料,采用水基石墨为润滑剂,其它实验参数与有限元模拟的参数相同。
图3 实验模具设备示意图
图4两种模具结构在挤压过程中某一中间状态(a)有模角(b)不带模角
图4分别为带有模角及不带模角的模具结构在挤压过程中某一中间状