基于有限元模擬以及理論計算的Zr基非晶合金熱漸進成形工藝

發(fā)布日期:2024-08-02 瀏覽次數(shù):
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與傳統(tǒng)板料成形技術(shù)不同的是,漸進成形是利用工具頭逐層、逐點地對板料施加作用,從而加工出目標零件,具有很大的柔性。常規(guī)室溫漸進成形技術(shù)需要非常大的成形力,熱漸進成形技術(shù)可以減小成形力和提高成形的幾何精度,其分為整體熱漸進成形和局部熱漸進成形兩種方式。非晶合金由于其成形后需要及時降溫以防止晶化,故更適合使用局部熱漸進成形方法進行成形。在漸進成形過程中非晶合金板料的變形可視為局部范圍內(nèi)的高應(yīng)變速率拉伸變形,并且在變形區(qū)域內(nèi)溫度梯度大,目前很少有學者進行非晶合金在過冷液相區(qū)內(nèi)高應(yīng)變速率、大溫度梯度拉伸流變行為的研究。
基于以上非晶合金漸進成形問題,來自華中科技大學的龔攀等研究了非晶合金在過冷液相區(qū)內(nèi)具有較大溫度梯度的高溫流變行為,并利用數(shù)值模擬和理論計算的方法對電輔助熱漸進成形過程中的工藝參數(shù)進行研究。相關(guān)研究效果于2024年7月在《鍛壓技術(shù)》上發(fā)表。
研究人員研究了Zr35Ti30Be27.5Cu7.5非晶合金在溫度為618~648K、應(yīng)變速率為0.05~0.5s-1條件下的流變行為,并對高溫拉伸實驗得到的真實應(yīng)力-真實應(yīng)變曲線頸縮階段部分進行修正,進而得到真實變形情況下的真實應(yīng)力-真實應(yīng)變曲線(圖1)。并對現(xiàn)有本構(gòu)模型的穩(wěn)態(tài)流動應(yīng)力階段進行簡化修正,建立了可應(yīng)用于非晶合金高溫高應(yīng)變速率拉伸條件的簡化后Maxwell-Pulse本構(gòu)模型,應(yīng)用于模擬仿真中。通過正交實驗方法設(shè)計了9組對比模擬實驗研究了溫度、進給速率和進給量3種因素對Zr35Ti30Be27.5Cu7.5非晶合金漸進成形性能的影響(圖2-4)。結(jié)果表明:在過冷液相區(qū)內(nèi)的9組模擬實驗中,非晶合金最大成形角均能達到90°,隨著溫度的增加,等效應(yīng)力和變形所需成形力降低,整體應(yīng)力分布更加均勻,最小壁厚增大;隨著進給量的提高,等效應(yīng)力和變形所需成形力呈逐漸增大的趨勢,最小壁厚隨進給量的增大而減小;隨著進給速率的增加,等效應(yīng)力和變形所需成形力也呈逐漸增大的趨勢,同時最小壁厚隨進給速率的增大而減小?;诓牧献冃芜^程建立的漸進成形力分析預(yù)測模型,從材料變形的角度對成形力進行了理論計算,該模型相比于常規(guī)的成形力經(jīng)驗公式計算方法,額外考慮了局部接觸行為、整體彎曲行為、材料變形模式和接觸條件的影響。通過對比模擬仿真的成形力曲線和理論計算的成形力曲線發(fā)現(xiàn),該理論計算方法模型具有極好的預(yù)測準確性,為漸進成形設(shè)備和成形工具的設(shè)計提供了理論依據(jù),并能根據(jù)成形力的大小選擇合適的成形工藝和參數(shù)以提高成形效率。
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