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压扭成形 中优化摩擦条件 的研究 北京科技大学材料科学与工程学院 (100083) 杨益航 大塑性变形工艺即在外力作用下通过特制模具，使 ~ 0 ．75 常规粗晶材料内部发生大的塑性变形，从而达到细化晶 。 粒、改善材料性能的目的。用此方法制备块体纳米材料 的研究热点主要集中在等通道角挤压法和高压扭转法。 图2 齿形截面尺寸 ． 本文主要就改进 HPr工艺的摩擦接触条件进行讨论。 二、有限元模拟与比较分析 压扭复合成形工艺是在工件高度方向施加压力的同 1．建模 时，使模具相对工件产生扭转运动，是将被动摩擦转化 模拟中模具和变形体通过 Inventor建立实体模型， 成促进金属流动主动摩擦的一种新型工艺。高压扭转为 使用STL格式导入Deform一3D (见图3)。前处理模块中 追求传递大扭矩主要有两种途径：一是增大轴向的单位 设定模具为刚性，自动划分变形体单元网格。变形体材 载荷，具体地说就是通过闭式模具或采用极小高径比试 料为+lOmm×lOmm的纯铝 1100。成形后变形体高度压 样，此方法已取得很好的细化晶粒效果 ，但只能制得很 缩为50％。下模为主动模 ，设定下模垂直压缩运动 小高径比试样 ，制约 了其适用性；二是增大摩擦因子， 2ram，压缩速度 1mm／s，先对试样进行一次预压，之后 通过增大模具与工件间接触的摩擦系数来传递扭矩。 下模以垂直压缩速度 0．15mm／s，同时绕轴向扭转角速 本文运用 Deform．3D有限元软件，模拟 了室温下纯 度为 1rad／s运动，使变形体在镦粗的同时进行扭转变 铝1100的压扭成形过程，发现改善接触摩擦条件在增 形 ，当垂直压缩3mm时停止。摩擦条件设定为剪切摩 进变形均匀的同时可改善材料性能。 擦，摩擦系数值取0．2。 一 、 模具设计 传统镦粗成形中，锤头与工件接触面都设计为光滑 平面，这是为了减小摩擦 ，有利于金属流动。压扭成形 则正是利用了压头与工件间的摩擦 ，因此对锤头表面进 行改进，使两者间具有更大接触摩擦以利于扭矩 的传 递。本文设计在模具上刻齿 (见图1)等方式，使模具 与工件接触处充分咬合，便于后续整形。以 (hlOmm× 10mm纯铝1100为对象，模拟优选如下尺寸 (见图2) 锤头。 图3 模具及工件 2．模拟与分析 (1)对应力的影响 分别对平面模具和刻齿模具以 相同参数压扭成形后，取两变形体轴截面观察等效应力 (见图4)。由图可见，由