周 祥,孟宪举

(河北理工大学机械工程学院,河北唐山 063009)

0 引言

数值模拟是研究金属塑性成形变形过程的一种重要方法,常见的金属成形数值模拟方法有如下几种:弹塑性、刚塑性、弹粘塑性及刚粘塑性有限元法。有限元通过模拟可以了解成形过程中各参数对成形的影响,并结合模拟结果进行分析预测。相对伸长量和壁厚相对增量是开式冷挤压尺寸预测的两个重要参数,本文中利用有限元软件Deform具体的分析了各个参数对相对伸长量及壁厚相对增量的影响规律,为开式冷挤压的尺寸分析提供了一定的理论依据。

图1 不开式冷挤压示意图

1 尺寸参数介绍

如图 1所示为开式冷挤压的示意图,其中 D0和 D1为挤压件原始外径和挤出外径,d0和 d1分别为坯料原始内径和挤出内径,t0和 t1分别为挤出前后管材的壁厚,L0和 L1分别为变形前后坯料的长度,2a是模具锥角。在挤压过程中有三个参数是未知的,即挤出内径,相对厚壁增量和相对伸长量δ。

相对伸长量定义为:

相对伸长量为:

2 设定模拟参数

有限元的几何模型在建模软件Pro/E中建立,根据坯料结构的对称性,取凹模与毛坯的 1/2为研究对象,以提高运算速度,其它模拟参数如下:

1)试件材料为45号钢,在模拟中选用与45号钢物理性能相似的AISI-1045,COLD[70F(20C)],不考虑凹模与凸模的变形,所以视它们为刚体。

2)挤压温度,收敛方法为牛顿迭代法,设凸模的挤压速度为4 mm/s

3)模拟中采用剪切摩擦模型,摩擦因数分别取值为 0.05,0.08,0.12,0.25

4)几何参数:根据理论分析,相对伸长量和壁厚增量的影响因素主要有:原始厚径比、模具锥角2a。……