<address id="1zzb3"></address>
    <noframes id="1zzb3"><form id="1zzb3"></form>

    <form id="1zzb3"></form>

    <noframes id="1zzb3"><em id="1zzb3"></em>

      全國服務熱線
      0512-6883-0001
      18016327626
      鋁合金尖端試驗的有限元模擬

      有限元模擬在提高大塊金屬成形過程設計的效率和有效性方面得到了廣泛的應用。在模擬中, 合理考慮摩擦條件是獲得可靠結果的重要條件,為此,剪切摩擦系數被廣泛應用于體變形模擬中。在早期估計剪 切摩擦系數的工作中,在工件的后擠壓端形成了一個名為“尖端試驗”的徑向尖端。結果表明,通過簡單地測量變形AL6061-0工件的徑向端部距離,可以有效地確定剪切摩擦系數,因為兩者是線性關系。在本研究中, 基于有限元模擬確定了凹模與底模界面的摩擦條件。底模的剪切摩擦 系數約為沖頭剪切摩擦系數的60%。預測的剪 切摩擦系數與環壓試驗得到的值比較良好。

       

      關鍵詞:提示測試;徑向距離提示;反向擠壓;剪切摩擦系數;有限元模擬


      1. 介紹

      隨著最近對凈形狀成形的需求的增加,需要更有效的設計已成為一個重要的問題。因此, 為了減少開發時間和成本,在金屬成形操作的設計中使用計算機已變得廣泛,而不是使用基于實驗、經驗和反復試驗的傳統設計方法?;谟?nbsp;限元法的金屬成形過程數值分析已成為產品開發過程和模具設計階段的常用工具。為了 使這種有限元模擬可靠,準確地描述摩擦條件是至關重要的。材料流動與摩擦條件直接相關,摩擦條件影響著成型所需的載荷和最終產品的力學性能。產品質 量的其他方面,如表面光潔度和尺寸精度也是受摩擦條件的影響。此外, 刀具設計、刀具壽命和生產率取決于確定和控制摩擦的能力。

      迄今為止,常剪切摩擦模型是最廣泛地用于定量描述大塊金屬成形過程中的摩擦條件。為使恒剪切摩擦模型得到有效應用,必須根據潤滑條件確定適當的剪切摩擦系數。

      為了評價大塊金屬成形過程中的摩擦狀態,人們提出了多種測試方法。例如, 環壓試驗[1-3]因試驗簡單而得到廣泛應用。然而, 由于其簡單性,從環壓試驗中得到的剪切摩擦系數可能并不總是適用于實際的金屬成形過程。

      因此,提出了基于其它成形過程的摩擦試驗方法。然而, 這些方法如釘鍛試驗[4,5]、桶形試驗[6]、 注入式上置[7]、 前后擠壓組合[8-12],大多需要非線性校準曲線,試驗裝備在設計和操作上都比較復雜。Naka- mura等人[13]提出了一種基于后向擠壓的葉尖試驗,但這種方法對成形載荷的依賴性太大。


      最近,Im等人[14]提出了基于后向擠壓的葉尖試驗,通過測量葉尖到變形工件側壁的徑向距離來確定摩擦條件。在本工作中, 實驗測試表明,將初始工件直徑設置為沖頭外徑與下模腔內徑之間的值,徑向尖端形成于工件擠壓端。通過對 各種潤滑劑的試驗發現,摩擦量越大,摩擦尖端到試樣外表面的徑向距離越大,最大成形載荷越大。通 過繪制各潤滑劑的葉尖徑向距離和最大成形載荷,發現兩者之間呈線性關系。這表明, 徑向葉尖距離的簡單幾何測量可以有效地作為摩擦條件的指示器。

      本研究是將測量的葉尖徑向距離與剪切摩擦系數直接聯系起來的后續研究。在各種剪切摩擦因子下,對提出的后擠壓過程進行了大量的有限元分析。如所料, 由于葉尖徑向距離與最大成形載荷呈線性關系,可以認為葉尖徑向距離與剪切摩擦系數也呈線性關系。然而,在反擠壓過程中,沖頭和下模界面的摩擦條件可能并不總是相同的。事實 上,在[12]反擠壓過程的數值模擬中,通常會給沖頭指定較高的剪切摩擦系數,而不是模具。.

      因此,在模具處的剪切摩擦系數數值上由凹模所賦值的一定百分比來確定,以便使由模擬和實驗得到的最大成形載荷與葉尖徑向距離曲線的斜率平行。用數值方法確定 了不同潤滑油的剪切摩擦系數、徑向葉尖距離和形態載荷之間的線性關系。并將線性關系預測的剪切摩擦系數與環壓試驗結果進行了比較。

       

       

      2. 數值模擬

       

      在目前的研究中,用于有限元模擬的沖模和模具的尺寸與實驗中使用的模具尺寸[14]一致。模擬條件與實驗設置盡可能接近。對于nu- merical分析,使用了用于金屬成形分析的內部FE程序CAMPform2D[15-18]。

      在當前的模組中,最初的圓柱形工件被制造為直徑為30毫米,高度為15毫米。然后, 該工件通過放置在較低的模具中心


      image.png 

       

      圖 1. 定心槽對料流的影響:(a)工件初始繪底面,(b)行程4.8?mm時工件底部。

      它在一個淺槽深度0.3毫米。由于溝槽深度不是很大, 本文研究了在有限元模擬中是否可以忽略溝槽。首先在變形前對工件的底部進行噴漆,檢查在反擠壓過程中,工件的底部表面是否在凹槽上移動或恢復到原來的位置。

      如圖1所示,變形過程中,被涂漆的底面仍在凹槽內。這說明, 為了準確地模擬當前工藝,必須考慮溝槽。同時, 測量了實驗得到的4.8 mm行程下工件的變形形態,并與考慮和不考慮淺槽情況下的有限元模擬結果進行了比較。對比如圖2所示。 結果表明, 在當前的有限元模擬中可以適當地考慮溝槽的存在。

      在不同剪切摩擦因子下進行了有限元模擬,研究了剪切摩擦因子對成形過程中刀尖距離和成形載荷的影響。通過以潤滑脂為潤滑劑的相同尺寸的針尖試驗試件的壓縮試驗,得到AL6061-O的流動應力為 σˉ 241.9εˉ0.39MPa,其中σˉ 和 εˉ分別為有效應力, 為有效應變。


      image.png

      圖. 2. (a)無定心槽和(b)行程4.8?mm時考慮定心槽的試驗和模擬試驗的變形形狀比較。


      image.png

      圖. 3. 有限元模擬實例(a)條件和(b)結果顯示了變形形態和有效應變分布

       

      在這個例子中,假設剪切摩擦系數處處為0.1。圖3(a)為一個被調查的典型案例。詳細信 息的模切試可在參考資料[14]找到。沖頭速度設定 為5.0 mm/s,停止沖頭行程設定為8mm。為適應下模的淺槽而制作的初始工件由1156個等參節點和1089個四邊形單元初步建模。由 于軸對稱問題,僅使用了工件尺寸的一-半(15mm 15mm)。 為了在模擬過程中仔細考慮淺槽的影響,需要大約43個雷梅斯元來完成數值計算。

      仿真實例結果如圖3(b)所示。這里顯示了擠壓后工件的變形形狀以及有效應變的分布??梢源_定,目前的反擠壓設置導致擠壓端產生徑向尖端,徑向尖端與試樣外側面有一定距離d。在模擬結果中也可以看到槽區中大量的精細元素用于提高模擬精度。 


      image.png

      圖. 4. 通過有限元模擬得到剪切摩擦系數為0.1時的載荷與行程曲線。


      圖4為仿真算例的成形載荷隨行程的變化情況。從這條曲線可以看出,成形載荷在鐓粗階段穩定增加,在工件開始向后擠壓時急劇增加,最后擠壓時趨于平穩。最大成形載荷L為圖中在8mm行程時計算的載荷.

      在0 - 0.9范圍內,以0.1為增量,進行了10次模擬,研究了其對徑向葉尖距離和最大成形載荷形成的影響。與實驗結果相似,仿真結果表明,最大成形載荷L與葉尖徑向距離d呈線性關系。 L/L0.9被繪制為線性函數的d / t,如圖5所示,在L0.9 (644 kN)是最小形成負載模擬使用剪切摩擦系數為0.9時和t(3.4毫米)被擠壓變形的工件的厚度。

      從圖中可以看出,L/L0.9與d/t圖的斜率在模擬結果和實驗結果中是不同的。同時還發現,實驗得到的葉尖徑向距離的測量值并不都在模擬得到的葉尖徑向距離范圍內。例如,使用0.9剪切摩擦系數模擬得到的d/t最大值僅為0.4,而使用潤滑脂試驗得到的實際測量值


      image.png

      Fig. 5. 在剪切摩擦系數為0.0 ~ 0.9的情況下進行有限元模擬,并使用各種潤滑劑進行試驗,得到載荷與葉尖徑向距離的關系曲線。


      image.png 

      Fig. 6. 當mfp固定為0.5時,徑向葉尖距離隨x變化的關系

       

      WD 40為0.43。實驗結果與模擬結果之間的這種差異表明,對沖模和沖模采用相同的剪切摩擦系數的模擬條件可能不合適。

      因此,進行了數值試驗,使模具的剪切摩擦系數,mfd, 由于只給了沖頭一定的百分比,mfp. 那是, mfd/mfp = x, 在這里0.0  x      1.0. 為了使模擬和實驗得到的最大成形載荷與葉尖徑向距離曲線的斜率平行,引入了該方法。

      為了研究x對成形載荷的影響,進行了有限元數值模擬。假設mfp為0.5時,x在1.0、0.8、0.6和0.4之間變化。這導致徑向葉尖距離1.113, 1.160, 1.213, 1.276毫米。此外,最終成形載荷分別為482、462、448和431 kN。圖6顯示了徑向的變化提示從一面墻提示測試期間,根據x??梢钥闯?徑向提示首先走向面墻在鐓粗和初始反向擠壓階段,以及反向擠壓所得徑向提示移動相反的direc,穿孔。一旦徑向端部通過沖孔地區,端部的徑向部分不改變??傮w上可以看出,終徑向葉尖距離隨著x值的減小而增大。圖7給出了四種模擬工況的載荷與行程曲線,從圖中可以看出,鐓粗階段的成形載荷差異不大,但在反擠壓階段,隨著x值的增大,成形載荷增大。這些結果表明,計算得到的斜率L/L0.9相對于d/t圖可以平行于 L/L0.9相對于由實驗得到的圖形,取決于x的值。


      image.png

      Fig. 7. 當mfp固定為0.5時,成形載荷對x的依賴性變化。


      image.png

      Fig. 8. 獲得預測剪切摩擦系數的線性方程的過程。


      3. 剪切摩擦系數的估算

      從上面的發現,很明顯,為了使模擬與實驗更一致,必須首先找到x。同時比較了有限元模擬和實驗結果得到的徑向葉尖距離和成形載荷。圖8顯示了這一總體過程,從而得到了預測剪切摩擦系數的線性方程。

      如前所述,通過繪制無量綱化的最大載荷,得到如圖5所示的載荷與葉尖徑向分布曲線。 L/L0.9, 和徑向葉尖距離,d/t為各種剪切摩擦因子。更具體地說,沖裁模的剪切摩擦系數在0.1 ~ 0.9之間變化。

      為了確定x對載荷隨葉尖徑向距離曲線的影響,除了將x從1.0改為0.8、0.6和0.4外,還進行了類似的模擬。圖9給出了這些模擬的結果,可以清楚地看出,曲線的斜率隨著x的變化而變化。同時可以看出,無論x的取值如何,徑向葉尖距離與最大成形載荷之間的線性關系保持不變。

      image.png

      Fig. 9. 在mfp的各種摩擦條件下,載荷與葉尖徑向距離的關系曲線取決于x的值,范圍從0.0到0.9。


      image.png

      Fig. 10. 在x = 0.6時,計算器與仿真器之間的負荷與葉尖徑向距離圖的比較.

      image.png

      image.png

      Fig. 12. 當x = 0.6時,剪切摩擦系數與最大成形載荷呈線性關系。

       

      image.png

      如圖10所示,在x = 0.6的模擬情況下,得到的斜率與實驗情況最吻合。從這一結果可以看出,在反擠壓過程中,沖頭界面處的摩擦水平要高于模具界面處的摩擦水平。雖然從實驗和模擬中得到的圖的斜率是平行的,但是在這個圖中兩者之間存在一個小的差距。實驗結果與仿真結果的總負載誤差約為8.5%。這種錯誤可能是由于材料特性,以及與測量尖端距離和成形負荷有關的機器和人為錯誤。

      由于每個無量綱的最大成形載荷,L/L0.9,


      在負載和徑向提示距離曲線對應- - -荷蘭國際集團(ing)全球平均剪切摩擦值,負載和徑向提示距離曲線的結果使用x = 0.6條件下可以直接轉化為剪切摩擦系數和徑向距離和剪切摩擦系數和負荷曲線根據這兩個之間的線性如無花果。11和12所示。這些轉換得到以下兩個線性方程:


      這些線性表達式現在可以用來預測不同潤滑條件下沖模和沖模之間的固有剪切摩擦因子。通過將無量綱徑向葉尖距離和從膨脹件測量的最大成形載荷插入到方程式中。(1)和(2),可以很容易地計算出相應的沖模與模具之間的剪切摩擦系數。按不同潤滑方式計算的剪切摩擦系數如表1所示。


      如表1所示,在潤滑VG 100的情況下,雖然通過實驗和仿真得到的徑向葉尖距離,但Eq.(1)預測的全球平均剪切摩擦因子要高于Eq.(2)預測的mfp = 0.38和mfd = 0.23 是否與模擬得到的0.384,行程8 mm時的載荷429 kN相同。


      Fig. 11. 當x = 0.6時,剪切摩擦系數與葉尖徑向距離呈線性關系。


      大于實驗得到的395 kN,如圖13所示。實驗結果與仿真結果的總負載誤差約為8.5%。另一方面,采用mfp = 0.24和mfd = 0.14的實驗和模擬得到的載荷與0.619相同,但實驗得到的1.108 mm徑向葉尖距離高于模擬得到的0.967 mm徑向葉尖距離。本例的徑向葉尖距離誤差約為13%。

      image.png

      Fig. 13. 使用VG100的實驗與使用mfp = 0.38和mfd = 0.23的仿真之間的負荷與行程曲線的比較。


      image.png 

      Fig. 14. 各種潤滑油的環壓試驗結果及校準曲線.


      然而,如果一個線性校準曲線擬合這兩個模擬和實驗圖在圖10中使用,可以減少這些錯誤進一步,然后兩個剪切摩擦因素根據徑向距離和成形載荷剪切摩擦系數可以表示為一個代表補償這些錯誤。同時,在不考慮實際中隨位置和時間變化的實際摩擦條件的情況下,采用剪切摩擦模型時,不可避免地會出現實驗結果與仿真結果之間的誤差。

      該方法預測了各潤滑油的全球平均剪切摩擦因子mfp和mfd。這些數值與相同潤滑油的環壓試驗結果進行了比較。通過環壓試驗得到的實驗結果及校準曲線如圖14所示。由環壓試驗確定的剪切摩擦系數也總結在表1中。       

      這個表中可以看到,預測剪切摩擦系數提示測試大約是在穿孔的兩到三倍的價值,通過環為每個潤滑劑進行壓縮試驗,而類似于一個,死于壓縮試驗??梢哉J為復雜成形過程的整體剪切摩擦系數為mfd和mfp之間的值,取決于

      變形時新表面產生的程度。


      4. 結論


      在本研究中,為確定鋁合金反擠壓過程的摩擦條件,進行了一套尖端試驗。實驗觀察到,隨著摩擦量的增加,試樣從葉尖到側壁的徑向距離增大,可以作為衡量摩擦條件的有效手段。當mfd/mfp = 0.6時,徑向端部位置對沖頭處摩擦條件的變化比模具處更敏感,沖頭界面處的整體平均摩擦水平高于模具界面處的平均摩擦水平。有限元模擬結果也清楚地證實了葉尖徑向距離、成形載荷和剪切摩擦系數之間的關系是線性的。這說明了通過測量葉尖摩擦系數或成形載荷來確定整體平均剪切摩擦系數的方法是可行的。由于所提出的方法既包括鐓粗變形,也包括反擠壓變形,因此可以很好地描述實際塊體成形過程中的摩擦條件。


      轉載請注明精川材料檢測地址:www.ahmedelazab.com

      《上一頁 下一頁》

      日韩乱码无码