DEFORM-3D模拟6061铝合金抜长变形应变场分布的研究(4)
一般在拔长工艺的一次压下过程中，坯料的变形主要发生于上下砧之间及其附近的区域，我们称该区域为变形区；坯料远离上下砧的非变形区，只产生刚体位移，我们称为刚性端；将某个刚性端内沿同一坐标轴方向的一组自由度就定义为一组刚性端自由度。
拔长工艺的变形特点：当毛坯沿轴向逐次送进拔长事，变形相当于一系列镦粗工序的组合，还受两端不变形金属的影响。
根据图1中，反映出当矩形截面拔长时，当相对送进量比较小时，金属多沿轴向流动，轴向的变形程度较大，横向的变形程度较小，随着相对送进量的不断增大，轴向变形程度逐渐变小，在送进量=1处，轴向的变形程度大于横向的变形程度，即拔长时沿横向流动的金属量少于沿轴向流动的量；而在自由镦粗时，轴向雨横向的量是相等的，这是由于拔长时两端不变形金属的影响造成的，它阻止了变形区金属的变形和流动。
1.2.2 拔长变形过程中的应变测量方法——套环螺纹法的原理&嵌人螺柱法的原理
1.2.2.1 套环螺纹法
套环螺纹法就是利用带螺纹的环套组合起来制成成形所需的坯料, 变形后根据螺纹间距的变化进行测量分析。如图2 所示根据测量要求的不同, 也可适当加人不同数量及直径带螺纹套环, 以利于螺纹线所处位置与测量部位重合，实验前坯料的制备非常重要，因其与测量的精度直接相关。坯料包括基体螺纹环和螺柱三部分, 每部分都可用原始材料制备，其中, 螺纹环的内外侧面及螺柱的内侧面、基体的内侧面都必须是尺寸相同的螺纹, 才能使得螺纹间能相互重合，形成完整的一块坯料。图3所示为变形后坯料上一段螺纹线成形试件经切割及打磨后, 利用显微镜即可观察并记录螺纹线的变化趋势, 然后通过不同螺纹线上螺距变化进而计算出应变分布。
为了便于计算实验中螺纹线上的应变分布, 令四边形A BCD 区域为应变微元体, AB、BC、CD三段连线中点分别为 , 则四边形的中心点Pn 的轴向应变可按式(l) 进行计算:
式中, △y为原始螺距, 其数值由加工的要求确定。
*在利用此方法进行测量的同时, 还应特别注意以下事项:
(1) 避免复杂大变形过程中环套间螺纹交界面处的焊合, 这是该法成败与否的关键。以铝合金模锻成形过程为例, 在高温且复杂的型腔内成形时因变粘而极易使螺纹环间界。面发生焊合, 则无法观察和测量螺纹线上的螺距变化, 更不能计算相应部位的应变数值。为了避免此种情况的发生, 需对螺纹表面进行阳极氧化处理, 经处理后的螺纹表面明显强
化, 因此可避免在此种情况下发生焊合, 且通过相应的实验证明此种方法比较有效可行仁”〕。
(2) 铝合金阳极氧化模的硬度是影响膜层性能的决定因素, 其次是氧化膜厚度。其硬度不仅与铝合金材料及氧化处理工艺有关, 还和氧化膜厚度直接相关。通过研究发现, 氧化膜太薄, 则起不到防止焊合作用; 但氧化膜也并非越厚越好, 当氧化膜厚到一定程度后,硬度反而下降。同时在实际应用中也不希望氧化膜太厚, 否则会影响套环与基体组合后的整体性能。
(3) 确定合适的套环数量。理论上套环的数量越多越好, 但也应适度。因为这样不仅使坯料的制备及加工工序变得复杂, 且由于部分国标在实际中应用的较少, 所以给螺纹攻丝过程带来一定难度。
(4) 当坯料原始外形为非回转体时, 可保留最外层基体的几何形状, 根据测量的需要, 在其相应的部位加工出所需数量的套环即可。
1.2.2.2 嵌人螺柱法的原理
变形体内的应变分布是分析工件内部组织与性能变化的基础,也是分析工件内部缺陷(如穿流、折叠)的依据,所以一直受到关注.在实验室条件下用塑性泥叠层法研究变形流动,实际上是一种物理模拟方法,对真实工件成形只能起参考作用。物理模拟通常选取与金属变形性质类似的软材料作为替代材料,进行变形流动的研究,最常用的是塑性泥。这种方法成本低且可重复进行,能对一些复杂零件的成形特点和应变分布进行较好的预测。光塑性材料也是较好的物理模拟材料,它利用聚碳酸醋或有机玻璃在受力作用时的光效应来测量变形体内部的应力和应变分布。物理模拟不可避免的误差来自于替代材料与金属的性质差异以及由此产生的工具与工件接触面摩擦条件的差异。
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