1、等通道转角挤压工艺的 数值模拟小组成员：小组成员：第文琦第文琦 马广昊马广昊 王陶王陶 任光鹏任光鹏目录第一章 绪 论 第二章 ECAP有限元建模分析（DEFORM）第三章 ECAP模具参数数值模拟的研究第四章 ECAP工艺参数数值模拟的研究第五章 ECAP挤压实验研究第六章 总 结第一章 绪 论 1.1 超细晶材料制备方法超细晶材料制备方法超细晶金属材料晶粒的特征尺寸在纳米数量级范围内的金属单相或多相材料物理性能和力学性能远优于传统材料，具有高电阻率、高强度以及良好的塑性变形能力。主要制备方法粉碎法剧烈塑性变形法造粉法性能剧烈变形法高压扭转法高压扭转法等通道转角挤压法等通道转角挤压法（ECA
2、P）多向锻造法（多向锻造法（MF）剧烈变形法累积叠轧焊法（累积叠轧焊法（ARB）反复折皱压直法（反复折皱压直法（RCS）1.2 ECAP1.2 ECAP工艺原理及应用前景工艺原理及应用前景2 cotcsc22223NN工艺原理细化晶粒 累积等效应变量 N 挤压道次 转角N应用背景1.2 ECAP1.2 ECAP工艺原理及应用前景工艺原理及应用前景高强度轻质合金超塑性结构材料超细晶钢医用生物材料Cu、Al、Ti、Fe、Ni等多种金属及其合金研究证实等多种金属及其合金研究证实1.3 1.3 工艺参数工艺参数影响因素模具角度挤压挤压路线路线其他因素挤压道次摩擦润滑，材料流动性等摩擦润滑，材料流动性等
3、1.41.4有限元模拟分析有限元模拟分析ECAP 实验存在一些问题 工艺优化高强度或者塑性差的材料，高强度或者塑性差的材料，很难进行挤压或者无法完成多道次挤压，如钛及钛合金，钢等效率不高效率不高，经过多道次挤压后材料的晶粒才得到细化。制备出来的材料尺寸不大，制备出来的材料尺寸不大，具有一定的限制，只能做出小型结构件，如螺栓、活塞等，模 具 参 数问题第二章 ECAP有限元建模分析（DEFORM）2.1 有限元法基本思想连续的求解区域按照一定相互连接方式离散有限个单元组合体有限元法的基本思想有限元法的基本思想建立近似函数分片表示全区域求解全区域的函数数值模拟方法形成2.2 塑性成形的有限元模拟塑
4、性成形模拟刚塑性有限元法粘塑性有限元法弹塑性有限元法2.2.1 刚塑性有限元法2.2.1 弹塑性有限元法2.2.3 粘塑性有限元法 第三章ECAP模具参数数值模拟的研究3.1 研究方法ECAP工艺上试样晶粒细化过程主要是靠试样的累积等效应变，因此，模具的主要几何参数包括模具内转角、模具外转角及模具内转角半径r等对于试样晶粒细化具有重要影响意义。以下主要分析这些参数变化对变形均匀性的影响。3.2 模具内转角对等效应变的影响如图所示意的两个等截面通道的交叉角为模具内转角，一般从90到180之间变化。下图分别表示模具内转角为90，112.5，135，157.5。图(a)，模具内转角为90时，最大等效
5、应变量达到了1.5。图(b)，模具内转角为120时，最大等效应变量为1。图(c)，模具内转角为135时，最大等效应变量为0.8。3.3 模具外转角对等效应变的影响模具试样冲头AAP1P2P3P11P10P1P2 P3P10P11A-A上表面下表面上表面下表面左表面右表面图示为试样取点截面模具内转角为120图(a)，模具外转角为0时，试样截面上的最大等效应变量为0.775。图(b)，模具外转角为20时，试样截面上的最大等效应变量为0.75。图(c)，模具外转角为60时，试样截面上的最大等效应变量为0.7。3.4 模具内转角半径对等效应变的影响选用模具内转角为120，模具外转角为60时采用等值线方
6、式查看其截面上的变形规律。图(a)，模具内转角半径r为0mm时，试样截面上的最大等效应变量为0.800。图(b)，模具内转角半径为1mm时，试样截面上的最大等效应变量为0.720。图(c)，模具内转角半径为3mm时，试样截面上的最大等效应变量为0.750。图(d)，模具内转角半径为5mm时，试样截面上的最大等效应变量为0.800。图(e)，模具内转角半径为10mm时，试样截面上的最大等效应变量为0.900。第四章 ECAP工艺参数数值模拟的研究通道截面、试样尺寸等变形工艺ECAP变形产生的影响。并在模具及工艺参数选定的基础上完成纯铜不同挤压路线下多道次的ECAP变形模拟。来得到相应的等效应变分
7、布、等效应力分布的规律。4.1研究背景4.2不同试样尺寸对变形的影响图示为式样的尺寸(a)，试样直径为10mm时的最大等效应变量存在在试样的头部位置。(b)中，试样直径为15mm时等效应变分布均匀性较好。取试样长度为50mm取试样中间部分的截面A-A（a）直径为15mm试样的A-A截面上最大等效应变量为0.85。直径为15mm时试样的等效应变量更大些。（b）直径为10mm试样的A-A截面上最大等效应变量为0.72。4.3 不同通道截面对变形的影响圆形和方形通道截面下纯铜等通道转角挤压工艺的等效应变分布图。(a)中，圆形通道截面下的应变分布较为均匀。(b)可以看出，方形通道截面下试样的等效应变量最大。（a），方形截面最大等效应变量为3.0，分布较为均匀。（b），圆形截面最大等效应变量为2.7。试样在主要变形区上沿A-A截面的等效应变分布4.4 四道次下不同挤压路线对变形的影响（a），四道次下挤压路线A，试样截面上最大等效 应变量为2.4（b），四道次下挤压路线Ba，试样截面上最大 等效应变量为2.6（c），四道次下挤压路线Bc，试样截面上最大 等效应变量为2.7，分布更为均匀（d），四道次下挤压路线C，试样截面上最大 等效应变量为2.5
