基于Hyper Xtrude的5A30鋁合金型材等溫?cái)D壓研究.pdf

1、HyperXtrude是當(dāng)今最先進(jìn)的金屬擠壓分析軟件，該軟件基于任意拉格朗日-歐拉(ALE)有限元法能準(zhǔn)確分析復(fù)雜截面型材及其模具的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)及應(yīng)變場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)及擠壓工藝的優(yōu)化。本文基于HyperXtrude軟件對(duì)船舶用5A30鋁合金壁板型材的等溫?cái)D壓過(guò)程進(jìn)行了研究。通過(guò)HyperXtrude的穩(wěn)態(tài)分析模塊，研究了工作帶的長(zhǎng)度及導(dǎo)流孔的形狀對(duì)該型材的金屬流動(dòng)影響規(guī)律，進(jìn)而優(yōu)化了模具結(jié)構(gòu)；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用Hype

2、rXtrude瞬態(tài)分析模塊研究了梯溫鑄棒條件下的等溫?cái)D壓工藝，并采用模擬后的優(yōu)化工藝在4000UST的臥式擠壓機(jī)上進(jìn)行等溫?cái)D壓試驗(yàn)研究；借助光學(xué)顯微鏡(OM)、透射電子顯微鏡(TEM)及顯微硬度儀等設(shè)備，研究了等溫?cái)D壓后型材的組織與性能。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　 ⑴研究了初始模具結(jié)構(gòu)擠壓該型材的金屬流動(dòng)均勻性，探明了工作帶長(zhǎng)度及導(dǎo)流孔形狀對(duì)金屬流動(dòng)及模具強(qiáng)度的影響規(guī)律。初始模具結(jié)構(gòu)條件下模擬得出的型材截面金屬流動(dòng)均方差Fs

3、dv為0.3189，金屬流動(dòng)不均勻；調(diào)整工作帶后的Fsdv為0.2761，金屬流動(dòng)均勻性略有提高，但邊部工作帶過(guò)短，工作帶最大應(yīng)力為721MPa；經(jīng)導(dǎo)流孔優(yōu)化后的Fsdv為0.1518，金屬流動(dòng)均勻性得到很大提高，工作帶最大應(yīng)力僅為595.5MPa。通過(guò)調(diào)整導(dǎo)流孔形狀來(lái)優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，更能改善該型材的金屬流動(dòng)均勻性，進(jìn)而為后續(xù)等溫?cái)D壓研究提供了良好的成形條件。
　　 ⑵基于HyperXtrude研究了不同溫度梯度的鑄棒對(duì)型材出口溫

4、度的影響規(guī)律，獲得了可實(shí)現(xiàn)等溫?cái)D壓的鑄棒梯度溫度。采用均溫鑄棒工藝時(shí)，擠壓過(guò)程中型材出口溫度差為27.8℃；采用鑄棒首尾溫差為25℃的工藝時(shí)，擠壓過(guò)程中型材出口溫度差為17.8℃；采用鑄棒首尾溫差為100℃的工藝時(shí)，型材出口溫度差為18.2℃；采用鑄棒首尾溫差為50℃的工藝時(shí)，擠壓過(guò)程溫度分布平穩(wěn)，型材出口溫差僅為6.4℃，能近似實(shí)現(xiàn)模擬等溫?cái)D壓，為實(shí)際等溫?cái)D壓提供了依據(jù)。
　　 ⑶對(duì)比研究了均溫鑄棒及首尾溫差為50V的梯溫鑄棒

5、工藝下實(shí)際擠壓過(guò)程的型材出口溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律。采用均溫鑄棒工藝時(shí)，型材出口溫度差為25.3℃；采用鑄棒首尾溫差為50℃的工藝時(shí)，型材的出口溫度差約為7.3℃；實(shí)際型材出口溫度差略高于模擬的型材出口溫度差，但仍符合等溫?cái)D壓的要求，因此模擬擠壓可替代傳統(tǒng)方法來(lái)確定鑄棒的梯度溫度，實(shí)現(xiàn)基于CAE的等溫?cái)D壓鑄棒梯度溫度的選擇。
　　 ⑷對(duì)比分析了等溫?cái)D壓型材縱向上前后端的顯微組織及硬度分布，同時(shí)分析了型材截面上不同部位的顯微組織特征

6、。等溫?cái)D壓的前后端型材不僅表面組織形貌相似，而且橫截面與縱截面上組織形貌特征也近似；等溫?cái)D壓型材前端的平均硬度為98.99HV0.1，型材后端的平均硬度為97.26HV0.1；前后端硬度值相近且分布均勻；等溫?cái)D壓型材橫截面上由于不同部位變形程度不一，橫截面內(nèi)外層組織難以均勻，尤其是近表層區(qū)域因強(qiáng)烈的摩擦剪切作用，易形成局部粗晶組織。
　　 ⑸分析了等溫?cái)D壓型材熱變形組織形貌特征，探討了等溫?cái)D壓5A30鋁合金型材實(shí)際亞晶尺寸與基于