有限元的纯铜正挤结合侧挤工艺研究与模具设计(附件)【字数：9887】
等径角挤压被认为是最具应用前景的大塑性变形技术之一，但其不足限制了其工业化应用。文中选择基于常规等径角挤压技术的一种正挤压结合侧向挤压新工艺，并以纯铜（Cu）为研究对象，采用DEFORM-3D软件对该新工艺进行了数值模拟，探讨了通道转角内、外侧圆角半径、正挤压锥角、通道夹角等对挤压等效应变大小和分布、挤压载荷的影响。结果表明，这种新型工艺具有单道次变形量大且均匀的特点，为高效制备大尺度块体超细晶材料提供了新途径，但挤压时所需载荷较大。因此，通过选用恰当的工艺参数，可以为模具设计和选材提供保障，有利于工业化的应用。关键词大塑性变形；正挤结合侧挤；数值模拟；等效应变
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 超细晶材料 1
1.3 块体超细化方法 2
1.4 大塑性变形工艺简介 2
1.5 ECAP 4
1.6 本文研究的内容、目的和意义 5
第二章 有限元模拟 7
2.1 DEFORM3D介绍 7
2.2 正挤结合侧挤模拟方案和步骤 7
第三章 模拟结果与分析 9
3.1 金属在正挤结合侧挤挤压过程中变形行为 9
3.1.1 试样在挤压过程中的等效应变 10
3.1.2 载荷 11
3.2 通道转角内侧圆角半径r的影响 13
3.2.1 内侧圆角半径r对等效应变的影响 13
3.2.2 内侧圆角半径r对载荷的影响 14
3.3 通道转角外侧圆角半径R的影响 14
3.3.1外侧圆角半径R对等效应变的影响 15
3.3.2外侧圆角半径R对载荷的影响 16
3.4 通道夹角Φ对挤压的影响 18
3.4.1 通道夹角Φ对挤压等效应变的影响 18
3.4.2 通道夹角Φ对挤压载荷的影响 19
3.5 正挤压锥角α对挤压的影响 20
3.5.1 正挤压锥角α对挤压等效应变的影响 20
3.5.2 正挤压锥角α对挤压载荷的影响 21
3.6 凸模工作带长度h对挤压的影响 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
3.6.1 凸模工作带长度h对挤压等效应变的影响 22
3.6.2 凸模工作带长度h对挤压载荷的影响 23
3.7 模具应力分析 23
3.8 正挤与正挤结合侧挤的比较 24
3.8.1 不同挤压方式对等效应变的影响 24
3.8.2 不同挤压方式对载荷的影响 25
3.9 挤压比λ对挤压的影响 26
3.9.1 不同挤压比λ对等效应变的影响 26
3.9.2 不同挤压比λ对载荷的影响 26
第四章 模具设计 29
4.1 模具简介 29
4.2 凸模设计 29
4.3 凹模设计 30
4.4 其余各部件 31
4.5 装配图 34
4.6 润滑剂的选用 35
结论 36
致谢 37
参考文献 38
第一章 绪论
1.1 引言
铜具有良好的导热率和导电率，化学稳定性好，易熔接，可塑性和延展性，此，被广泛应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防建筑等领域，铜及其合金一直是发展现代工业的重要基础材料和功能材料。但其强度低，表面易刮伤，退火态纯铜的平均抗拉强度只有240Mpa屈服强度只有60Mpa，通过普通冷加工后有所提高，但塑性降低。采用传统的锻造、挤压、轧制及再结晶退火处理工艺，尽管可以使晶粒尺寸最小可达10μm并形成变形织构或再结晶织构，但仍难以满足对高性能材料的要求[1]。合金化强化、形变强化、细晶强化和固溶沉淀强化是常用的提升材料组织性能的主要途径。为了获得超细晶组织，大塑性变形工艺（Severe Plastic Deformation，SPD）得到广泛的关注和研究。
目前，采用等径角挤压工艺、连续剪切工艺、循环挤压压缩工艺等大塑性变形技术可以使铜及铜合金具有超细晶组织，让铜及其合金材料具有优异的力学性能和塑性。
1.2 超细晶材料
根据晶粒尺寸的不同，人们可以将金属材料基本分为：纳米材料（d<100nm）、亚微米级材料（100nm
材料的制备工艺及过程对材料的微观组织和性能有很大的影响，由此超细化方法显得尤为重要，目前有两种途径获得超细晶：一是粉碎法，通过机械作用将粗大的颗粒逐步的击碎以此来达到细化晶粒的目的；另一种是造粉法，利用原子、分子或离子通过形核和长大两个阶段获得，其中，按物料状态可分为气相法（惰性气体冷凝法、溅射法等）、液相法（化学热解、快速凝固、电沉积法等）和固相法。固相法主要包括高能机械球磨、非晶晶化法、高压下高温固相淬火法以及强烈塑性变形法等。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 超细晶材料 1
1.3 块体超细化方法 2
1.4 大塑性变形工艺简介 2
1.5 ECAP 4
1.6 本文研究的内容、目的和意义 5
第二章 有限元模拟 7
2.1 DEFORM3D介绍 7
2.2 正挤结合侧挤模拟方案和步骤 7
第三章 模拟结果与分析 9
3.1 金属在正挤结合侧挤挤压过程中变形行为 9
3.1.1 试样在挤压过程中的等效应变 10
3.1.2 载荷 11
3.2 通道转角内侧圆角半径r的影响 13
3.2.1 内侧圆角半径r对等效应变的影响 13
3.2.2 内侧圆角半径r对载荷的影响 14
3.3 通道转角外侧圆角半径R的影响 14
3.3.1外侧圆角半径R对等效应变的影响 15
3.3.2外侧圆角半径R对载荷的影响 16
3.4 通道夹角Φ对挤压的影响 18
3.4.1 通道夹角Φ对挤压等效应变的影响 18
3.4.2 通道夹角Φ对挤压载荷的影响 19
3.5 正挤压锥角α对挤压的影响 20
3.5.1 正挤压锥角α对挤压等效应变的影响 20
3.5.2 正挤压锥角α对挤压载荷的影响 21
3.6 凸模工作带长度h对挤压的影响 22
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3.6.1 凸模工作带长度h对挤压等效应变的影响 22
3.6.2 凸模工作带长度h对挤压载荷的影响 23
3.7 模具应力分析 23
3.8 正挤与正挤结合侧挤的比较 24
3.8.1 不同挤压方式对等效应变的影响 24
3.8.2 不同挤压方式对载荷的影响 25
3.9 挤压比λ对挤压的影响 26
3.9.1 不同挤压比λ对等效应变的影响 26
3.9.2 不同挤压比λ对载荷的影响 26
第四章 模具设计 29
4.1 模具简介 29
4.2 凸模设计 29
4.3 凹模设计 30
4.4 其余各部件 31
4.5 装配图 34
4.6 润滑剂的选用 35
结论 36
致谢 37
参考文献 38
第一章 绪论
1.1 引言
铜具有良好的导热率和导电率，化学稳定性好，易熔接，可塑性和延展性，此，被广泛应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防建筑等领域，铜及其合金一直是发展现代工业的重要基础材料和功能材料。但其强度低，表面易刮伤，退火态纯铜的平均抗拉强度只有240Mpa屈服强度只有60Mpa，通过普通冷加工后有所提高，但塑性降低。采用传统的锻造、挤压、轧制及再结晶退火处理工艺，尽管可以使晶粒尺寸最小可达10μm并形成变形织构或再结晶织构，但仍难以满足对高性能材料的要求[1]。合金化强化、形变强化、细晶强化和固溶沉淀强化是常用的提升材料组织性能的主要途径。为了获得超细晶组织，大塑性变形工艺（Severe Plastic Deformation，SPD）得到广泛的关注和研究。
目前，采用等径角挤压工艺、连续剪切工艺、循环挤压压缩工艺等大塑性变形技术可以使铜及铜合金具有超细晶组织，让铜及其合金材料具有优异的力学性能和塑性。
1.2 超细晶材料
根据晶粒尺寸的不同，人们可以将金属材料基本分为：纳米材料（d<100nm）、亚微米级材料（100nm
材料的制备工艺及过程对材料的微观组织和性能有很大的影响，由此超细化方法显得尤为重要，目前有两种途径获得超细晶：一是粉碎法，通过机械作用将粗大的颗粒逐步的击碎以此来达到细化晶粒的目的；另一种是造粉法，利用原子、分子或离子通过形核和长大两个阶段获得，其中，按物料状态可分为气相法（惰性气体冷凝法、溅射法等）、液相法（化学热解、快速凝固、电沉积法等）和固相法。固相法主要包括高能机械球磨、非晶晶化法、高压下高温固相淬火法以及强烈塑性变形法等。
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