铜母线连续挤压扩展变形过程的理论研究

论文摘要

铜母线连续挤压技术与传统加工工艺相比,具有生产效率高、节能效果显著、无污染、产品长度不受限制和质量优良等优点,因此在实际生产中得到了广泛的应用。铜母线连续挤压变形过程极其复杂,坯料发生了极度的3D塑性大变形和剪切变形。变形过程的摩擦条件和材料温升速度、变形温度和变形抗力、金属受力状态和变形方式等因素决定了整个变形过程。若工艺参数和模具结构尺寸选择不当,易造成产品的弯曲、缺料等缺陷,模具也极易损坏。本课题通过理论计算对铜母线连续挤压变形过程力能等参数进行了分析,由此找到挤压力、能耗和温度与模腔结构参数之间的关系;采用有限体积数值模拟软件MSC.Superforge预测挤压过程可能出现的缺陷,及时调整工艺参数,提出改进方案。本文分为四部分:1.结合连续挤压技术与成形工艺特点,阐述了采用解析法和有限体积法对铜母线连续挤压扩展成形过程进行分析的必要性、可行性及优越性。2.通过对连续挤压几何模型合理简化和分区,对铜母线连续挤压变形过程力能进行了分析。根据功-热转化原理和实验测试,研究了各区变形力、能耗与变形温度的关系;分析了摩擦条件、产品宽厚和坯料直径对挤压力的影响;计算了铜母线连续挤压过程各分区的温度、能耗;考察了压实轮对坯料的压下力和挡料块承受的载荷。3.根据铜母线连续挤压成形的塑性变形特点,对大变形复杂成形过程的数值模拟选用有限体积法,介绍了塑性材料有限体积法的基本原理和求解方法。4.对扩展挤压成形过程的数值模拟结果进行了详细的分析。根据对坯料表面接触压力和金属流动速度场的分析,从改变金属在扩展模腔内的受力状态的角度出发,在不改变金属流动通道长度的前提下改变模腔结构,达到了均匀模口中心和两侧金属流动速度差的目的,改善了成形过程。本课题得到的结论可以为大尺寸铜母线的成形、模具的优化和大型挤压机的设计提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 铜母线连续挤压技术发展与简介
• 1.2 连续挤压技术的研究现状
• 1.3 本课题研究方法
• 1.4 课题意义及主要研究内容
• 第二章 铜母线连续挤压扩展变形过程力能的分析计算
• 2.1 连续挤压模型的简化及变形区的划分
• 2.2 变形区力能的分析计算
• 2.2.1 扩展挤压区
• 2.2.2 孔型轧制区
• 2.2.3 直角弯曲挤压区
• 2.2.4 镦粗区
• 2.2.5 粘着区
• 2.2.6 摩擦剪切变形区
• 2.3 功-热的转化
• 2.4 散热系数的实验确定
• 2.5 编程求解
• 2.6 结果分析与实验验证
• 本章小结
• 第三章 有限体积法
• 3.1 有限体积法简介
• 3.2 有限体积法的基本原理
• 3.3 塑性材料有限体积法基本理论
• 3.3.1 有限体积法控制方程
• 3.4 有限体积数值模拟的关键技术
• 3.4.1 有限体积网格的建立
• 3.4.2 模具及坯料边界的几何描述
• 3.4.3 初始速度边界约束条件的获取
• 3.4.4 摩擦边界条件的处理
• 3.4.5 金属变形行为的追踪描述
• 3.5 动态边界条件的处理
• 3.5.1 时间增量步长的确定
• 3.5.2 动态速度边界条件的处理
• 本章小结
• 第四章 基于有限体积法的铜母线连续挤压扩展成形的数值模拟
• 4.1 数值模拟软件MSC.SuperForge简介
• 4.2 MSC.SuperForge功能与算法
• 4.3 数值模拟模型的建立
• 4.3.1 几何模型的建立
• 4.3.2 材料模型的选择
• 4.3.3 前处理初始条件的设定
• 4.3.4 数值模拟模型的确定
• 4.4 数值模拟结果与分析
• 4.4.1 金属流动过程分析
• 4.4.2 金属温度分布
• 4.4.3 金属密度分布
• 4.4.4 金属表面接触压力分布
• 4.4.5 金属流动速度分布
• 4.4.6 扭矩的计算
• 4.5 腔体结构的优化
• 4.6 数值模拟结果对比分析
• 4.6.1 接触压力分布对比
• 4.6.2 金属流动速度对比
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢