基于DEFORM+3D的铜锌合金支架热挤压成形数值模拟.pdfVIP

第 40卷 第 2期 有 色金属加工 Vo1．40 NO．2 2011年 4月 NoNFERROUS METALS PROCESSING April20ll 基于 DEFORM3D的铜锌合金支架热挤压成形数值模拟 马国欣 ，曹高旺 ，邱胜宝 (1华南理工大学 电子与信息学 院，广东广州 510640) (2广州 中国科学 院工业技术研究院，广东广州511458) 摘 要 ：利用有限元分析软件 Deform3D对铜锌合金的热挤压过程进行数值模拟 ，可 以获得试件成形过程 中 的材料流动、应力和应变情况 。通过对后处理数据 的分析 ，找 出在热挤压过程 中挤压试件可能出现 的缺陷及 其主要原 因，可以有效地避免 由于工艺设计不 当等 因素带来 的生产损失 ，为热挤压工艺 的设计和改进提供可 靠的依据 。 关键词 ：热挤压 ；应变场 ；应力场 ；数值模拟 中图分类号 ：TG379 文献标识码 ：A 文章编号 ：1671—6795(2011)02—0029～03 现代工业生产 中，铜及铜合金管材或棒材主要采 于钎焊和焊接 ，在热态下其塑性变形能力 良好 ，在工 用热挤压工艺进行成形制造 。然而 ，在挤压成形过程 业上有着广泛 的应用。由 cu—zn二元相 图 可知 ， 中，一方面，挤压模 的设计和工艺要求 由经验丰富 的 含锌量在 36．0～46．5％之间的铜锌合金存在双相 ( 工程师来保证质量 ，在模具设计工作完成后需要经过 +p)。与具有面心立方结构 的 相不 同，p相为体心 多次试模和反复修改来确定最终 的方案 ；另一方面 ， 立方结构，其特点是在高温下塑性极好 ，易于热加工，而 因材料 的塑性变形规律 、模具与工件之间的摩擦现象 室温下则由无序状态转变为硬而脆的有序固溶体 ，材料 以及材料的温度和微观组织的变化等 因素对制件尺 的整体表现为强度高、塑性低 ，因此，需要将该材料加热 寸的影响 ，使挤压工艺难 以得到精确解析。这一矛盾 到 B相的温度区域范 围内，即在 600～800％之间进行 与现代高新科技 的发展要求不相符合。随着计算机 热加工。若加热温度过高，由于 ( +B)／31分界线太 技术 的快 速 发 展 和 广 泛 应 用 ，以 Deform、Forge、 远，B相晶粒变得粗大，容易导致材料产生热裂现象。 HyperXtrude等软件为代表的有限元法，正逐渐成为针 表 1 Cu63Zn37合金的化学成分 对塑性变形过程进行数值模拟的有效手段 ，并在冷挤 压 、热轧制 和连续挤压 等加工工艺 中得到推 广。通过有限元数值模拟 ，可 以分析塑性变形过程 中 试件可能出现的缺陷和产生原因，帮助优化工艺参数 和模具设计 ，减少试模和修 模 的次数 ，并避免 由于 (b) 工艺或模具设计不当等因素带来的生产损失。 1 研 究 目标 支架挤压件 的结构尺 寸图和 1／4三维造型 图分 别如 图l(a)和 (b)所示。在结构上，该零件的芯轴 内 孔直径为 3111111，热挤压 时不予成形 ，由后 期机加工 完成。该零件采用 Cu63Zn37合金 (国内牌号为 H63) 图 1 黄铜支 架的结构 尺寸图(a)和 1／4三维造型图 (b) 作为原材料，其化学成分见表 1，它是一种普通黄铜 ， 假设在理想状态下 ，材料能够发生完全的塑性转 具有 良好的综合机械性能 ，强度较 高，可切屑性好 ，易 移 ，且毛坯的总体积不改变，根据支架 的结构尺寸 图，