ECAP模具应力分析及结构优化设计.doc

摘要:超细晶材料因为具有高强度、高塑性、高扩散系数等诸多优良的物理、化学和力学性能的优点，所以近年来受到越来越多国内外学者重视和研究。随着ECAP工程应用潜力的全面评估以及更多的研究,未来ECAP技术将会广泛地应用在超细晶材料的工业生产当中。

本文以铝合金为研究对象，借助三维金属塑性成形模拟软件DEFORM-3D,对等径角挤压(ECAP)变形过程中摩擦力的作用进行了有限元数值模拟。分析了ECAP过程中材料及模具的载荷，应力，应变和损伤程度的变化规律，研究了摩擦因子对ECAP变形的影响。

挤压过程中根据载荷-位移的曲线可得出载荷的变化规律一般可以分为线性增加、出现峰值后载荷稳定、载荷继续增加并出现最大值、载荷稳定及载荷下降5个阶段。

摩擦系数越大,变形载荷越大;摩擦系数越大，变形所耗的功越多。在摩擦因数的增加下,ECAP过程中的载荷也增加，用的功也增加，但是增加的功大部分用于克服摩擦阻力,而且材料的应力应变反而减小，这就说明摩擦因数增加增大了能耗,但只有小部分用于材料变形，于此同时也加剧了模具的损坏，降低了模具使用寿命。

此外摩擦系数大,材料等效应变增大,而且芯部应变不均匀程度增大。摩擦系数增大，等效应力最大值变化不大。因此在等径角挤压的过程中,应保证挤压凹模内壁表面光洁、使用合适的润滑剂,尽量使模具的摩擦系数减小，以减小摩擦,减小载荷,从而改善晶粒细化及组织的均匀性效果。

关键词 等径角挤压；挤压载荷；摩擦系数；等效应变；等效应力

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 引言-1

1.2 ECAP工艺原理-1

1.3 ECAP成形的影响因素-2

1.3.1挤压速度-2

1.3.2挤压温度-2

1.3.3模具角度-2

1.3.4工艺参数对ECAP成形的影响-2

1.3.5 ECAP的数值模拟研究-3

1.4 ECAP工业应用现状及前景-4

1.5 模具的设计要求-4

1.6 本文的主要研究内容及解决的主要问题-5

2 等径角挤压有限元模拟-6

2.1 DEFORM-3D有限元软件介绍-6

2.2  有限元模型的建立和模拟参数的选取-7

2.2.1有限元模型的建立-7

2.2.2模拟参数的选取-7

2.2.3单道次ECAP变形的有限元模拟-8

3.1 ECAP变形中挤压载荷与位移关系曲线-13

3.2 ECAP过程中试样等效应变分布-14

3.3 ECAP过程中等效应力的分布-15

3.4  ECAP过程中试样及模具温度的分布-15

3.3 对等效应变的影响-17

3.4 摩擦对等效应力的影响-19

3.5 摩擦对试样及模具温度分布的影响-22

3.6摩擦因数对最大挤压载荷影响-24

3.7摩擦因数对模具温度影响-24

致谢-29

参考文献-30