有限元铝合金镦粗变形过程应变场分布的研究模拟(4)
九系:9000系列铝合金是备用合金。
1.2圆柱形坯料冷镦粗工艺
圆柱形坯料在镦粗过程中，由于工件和模具之间存在的摩擦，使得坯料随着高度的下降， 金属向周围流动，坯料在镦粗后侧表面形成鼓形且内部变形也很不均匀，从而将坯料的内部变形区域划分为近似锥形的难变形区、大变形区和小变形区。为了提高坯料的冷镦质量， 应尽量减小镦粗时形成的侧面鼓形，并且提高坯料内部变形的均匀性。
圆柱形坯料镦粗过程中流线随高度减缩率的变化见图1.1。
图1.1 镦粗过程中流线的分布情况
从图1.1中可以看出,在整个变形过程中,坯料中心的金属流动速度较大,经测量镦粗前圆柱直径为20mm,镦粗后鼓肚处直径为3518mm,坯料两端的直径为3115mm,鼓肚值=(镦粗后鼓肚直径-圆柱原始直径) / (镦粗后两端直径-圆柱原始直径)=(3518-20) /(3115-20)=1137。圆柱形坯料镦粗过程中等效应变随高度减缩率的变化见图1.2。
图1.2 镦粗过程中等效应变的分布情况
从图1.2中可以看出,等效应变首先出现在坯料的中心,并与两端的变形区域逐渐连接起来,随着镦粗的进行,在坯料的中部形成一剧烈的变形区域,可见坯料的内部变形的不均匀性。
1.3 数值模拟技术在金属塑性变形过程中的优越性
纵观目前已有的这些数值分析方法，有限单元法（Finite Element Method）是应用最广泛的数值分析法。它能比较好地反映成形体的变形特点，计算时无需对变形体内部进行条件假设，只要给出真实的边界条件，就可以求得较为准确的应力和应变分布。有限元数值模拟技术分析试件中心内部变形、应力场等非直观不易观察的信息时，能产生实体造型和动态可视化的效果，具较强直观性，研究更深入分析更透彻，因此，在研究材料内部在镦粗变形过程中应变场分布起着举足轻重的作用。
相对于传统实验方法，有限元数值模拟方法有着以下几个明显的优势：第一：节省了大量人力、物力以及财力；第二：整个模拟实验更具直观性，有利于分析，且能更好更快的进行细致准确的分析研究,得出最佳实验方案。
在材料内部应变场分布模拟方面，采用数值模拟的方法不仅能再现坯料的变形过程，还能定量给坯料变形对应的临界变形量及其他变形参数，有助于研究坯料的应变场分布规律及其影响因素。 由于一般生产中锻件尺寸较大，很难进行l：l的物理研究，且大量的物理试验研究，不仅造成大量的人力、物力和财力浪费，物理试验也存在一定的局限性，难以全面了解工艺过程。因此，随着计算机硬件水平的不断提高、有限元模拟技术的不断完善，在计算机上对变形过程中试样内部应变场的数值模拟的准确度及效率也将越来越高，而且能够模拟更加复杂的制造过程。这些都将有利于运用数值模拟技术制定合理的变形工艺，优化生产工艺过程。不仅可以避免大锻件试制过程中的材料浪费。节约成本．而且可以缩短大锻件的制造周期．提高生产效率。
综上所述，为了能更快更好的进行准确的细致分析研究，有限元数值模拟的技术则将当仁不让作为首选项。因此，本课题就是要采用数值模拟的方法分析不同工艺条件对坯料内部应变场分布度影响，给出应变场分布的规律，从而制定合理的镦粗工艺。
1.4网格法测量应变中的应用
坐标网格法是研究金属塑性成形时广泛应用的一种实验研究方法。变形前后数据的处理方法及精度直接影响得出的应变分布特点及规律。随着对金属板材镦粗过程智能化控制研究的不断深入。要求对其应变、应力的描述更加精确，对其成形规律的认识更加深入。因此，采用准确的测量手段和精确的数据处理方法，对更深入地认识锥形件及其它形状的零件在成形过程中的变形规律及镦粗机理，确定其临界条件和边界条件，进而实现成形过程的智能化控制具有重要意义。