金屬擠壓變形流動性的模擬判定方法
2023-05-03 12:41:26 1
專利名稱：金屬擠壓變形流動性的模擬判定方法
技術領域：
本發明涉及一種擠壓方法，特別涉及一種金屬擠壓變形流動性的模擬判定方法。
背景技術：
金屬變形工藝參數的研究通常採用測定、比較不同的工藝組合下的高溫流變應力來完成。而高溫流變應力反應的是金屬在單向壓應力狀態下的性能，不適合擠壓變形的研究。對於金屬的擠壓變形，金屬在擠壓筒中受到的是三向壓應力，其變形發生是以金屬體向擠壓模的模孔連續流出而延續的。擠壓生產和擠壓變形研究最重要的數據是在一定溫度和一定擠壓速度擠壓時，金屬開始流動和繼續保持流動所需要的擠壓力，所需擠壓力越小，該金屬此時的擠壓流動性能越好。
通常採用金屬的工業擠壓生產實驗，可以得到擠壓力和擠壓杆行程等數據。但是工業擠壓生產實驗無法實現等溫等速擠壓，難以單獨就擠壓速度、擠壓溫度對金屬可擠壓性的作用進行研究，只有採用多次生產實驗，找出可用於生產的工藝。因此工業擠壓生產實驗有費用高，效率低，造成大量的浪費，不能滿足日益增加的新合金和新形斷面形狀的產品的生產需要的缺點。
為此，可以用金屬擠壓的模擬實驗替代工業生產實驗。金屬擠壓的模擬判斷通常利用小試件，通過擠壓裝置模擬金屬在熱加工過程中的受熱和受力情況，找出金屬擠壓力和流動性受溫度和變形速度的影響規律，優化出金屬在變形過程中的最佳工藝參數。
技術內容本發明的目的，是提供一種金屬擠壓變形流動性的模擬判定方法。它採用物理模擬方法模擬擠壓過程中擠壓溫度、擠壓杆的推進速度，用於測定金屬擠壓變形流動性的最佳參數，並且還有測定準確，使用簡單，操作方便的優點。
本發明包括一個擠壓裝置，首先設計出擠壓溫度和擠壓杆推進速度等工藝參數的多種組合方式，再分別通過多次模擬擠壓來實施。每次模擬擠壓時，將一個試樣放置在擠壓裝置的擠壓筒內，在計算機上設定擠壓溫度和擠壓杆推進速度的設定值，然後開始模擬擠壓試驗，由計算機採集各種所需數據，用於分析。本發明採用以下兩種方式判定(1).確定擠壓杆推進速度的初選值，在不同的擠壓溫度下對試樣進行擠壓，計算機對擠壓過程的擠壓杆行程、擠壓力進行數據採集，分析比較所採集的數據，得到金屬擠壓變形流動性最佳的擠壓溫度；在此最佳擠壓溫度下，採用不同的擠壓杆的推進速度對試樣進行擠壓，計算機對擠壓過程的擠壓杆行程、擠壓力進行數據採集，分析比較所採集的數據，得到金屬擠壓變形流動性的最佳的擠壓杆推進速度值；(2).確定擠壓溫度的初選值，在不同的擠壓杆推進速度下對試樣進行擠壓，計算機對擠壓過程的擠壓杆行程、擠壓力進行數據採集，分析比較所採集的數據，得到金屬擠壓變形流動性最佳的擠壓杆推進速度；在此最佳擠壓杆推進速度下，採用不同的擠壓溫度對試樣進行擠壓，計算機對擠壓過程的擠壓杆行程、擠壓力進行數據採集，分析比較所採集的數據，得到金屬擠壓變形流動性的最佳擠壓溫度值。
擠壓杆推進速度通過與擠壓筒和擠壓杆連接的位移傳感器測量。擠壓力通過與擠壓杆和動力源連接的壓力傳感器測量。擠壓溫度通過在擠壓筒上設置的熱電偶測量。
擠壓杆推進速度的初選值參照相近合金製品的現行的擠壓工藝選擇。擠壓溫度的初選值在該合金單位變形抗力較低的溫度範圍內選擇一個較低的溫度值。
本發明的優點是1.本發明在等溫等速擠壓下進行金屬擠壓參數的模擬判定，能解決工業擠壓生產試驗難以完成的等溫等速擠壓測定，其測定數據準確，使用簡單，操作方便。
2.在等溫等速條件下，分別針對不同金屬變換擠壓溫度、擠壓杆推進速度等工藝參數，測定各種金屬的擠壓變形流動性隨這些參數的變化規律，以針對不同金屬制定出各自的可靠的優化擠壓工藝。
3.採用模擬擠壓的方式，其變形過程是以金屬體向擠壓模的模孔連續流出而延續的，可模擬金屬在擠壓變形中處於三向壓應力下的變形流動特徵，判定不同工藝參數條件下的擠壓流動性，為擠壓生產工藝參數的優化提供參考依據。
4.由於模擬試驗採用小試樣進行模擬，可以方便、經濟地對模擬擠壓裝置的模具尺寸和形狀參數進行修正。通過採用不同尺寸和形狀的模具，在不同擠壓工藝參數下的對比擠壓實驗，優化出模具的尺寸和形狀的參數，為工業擠壓生產模具的設計提供依據。
下面結合附圖對本發明做進一步的說明。
圖1為本發明的工藝流程圖；圖2為擠壓裝置結構簡圖；圖3為不同擠壓溫度下擠壓行程與擠壓力的關係圖示；圖4為不同擠壓杆推進速度下擠壓行程與擠壓力的關係圖示。
具體實施例方式
參見圖1和圖2。先將試樣3放置在擠壓筒2內，擠壓杆1預先施加一定的壓力，保證擠壓杆1、試樣3、擠壓模4之間的良好接觸，使試樣充滿擠壓筒，然後對擠壓模4、擠壓筒2及擠壓試樣3加熱至預設置的擠壓溫度。擠壓杆、擠壓筒及擠壓模座採用導熱性良好並且有較高的強度和硬度的金屬材料。擠壓杆、擠壓模及擠壓模座採用導熱性相對較好的材料加工，可保證通過擠壓筒、擠壓杆、擠壓模的熱量散發造成的溫度下降的趨勢大於擠壓變形過程中能量轉換引起的溫升，以避免擠壓過程中試樣溫度逐漸升高，保持擠壓試樣的溫度恆定，在此基礎上，採用焊接於擠壓筒上的熱電偶測量系統的溫度並將此溫度信息反饋給計算機用於溫度調控。溫度的調控是由計算機控制通電加熱系統以增加或減少電流大小的方式，對模擬擠壓過程中由熱量散失和功熱轉換所決定的每一瞬間的溫度變化做出及時的調節，以保持擠壓過程中裝置及試樣溫度恆定在設定的溫度。
在放置在擠壓筒金屬試樣，給擠壓裝置的擠壓杆預先施加壓力，通過計算機對擠壓過程參數進行採集、控制。擠壓杆推進速度和行程通過與擠壓筒和擠壓杆連接的位移傳感器測量。擠壓力通過與擠壓杆和動力源連接的壓力傳感器測量。擠壓溫度通過在擠壓筒上設置的熱電偶測量。所有測得的試驗數據經過數模轉化後存入計算機，用於分析和處理。該模擬試樣裝置採用計算機及專用控制程序對試驗過程進行預設定和過程控制，根據需要可以改變擠壓溫度、擠壓杆推進速度等參數，採用不同的擠壓模式，如等速擠壓、等溫擠壓等，測定金屬擠壓變形流動性最佳的模擬判定參數。
確定擠壓杆推進速度的一個初選值，通過計算機設置擠壓杆推進的速度，運行時擠壓杆保持勻速推進，促使金屬從擠壓裝置的模孔持續流出。計算機以一定的採樣頻率記錄下擠壓杆行程、保持擠壓杆勻速前進所用擠壓力等數據。由此可以得到該金屬在此初選值下，不同的擠壓溫度和擠壓杆推進速度的若干條關係曲線。並優選出在此初選值下最佳的擠壓溫度和擠壓杆推進速度工藝參數組合。
以已知擠壓比λ為36、牌號為AZ31、直徑為φ20的鎂合金圓棒的擠壓為例說明金屬擠壓變形流動性的模擬判定方法。本實施例擠壓裝置的擠壓杆、擠壓筒及擠壓模座採用H13鋼1尋找擠壓流動性良好的擠壓溫度擠壓杆推進速度的初選值參照相近合金製品的現行的工藝選擇。根據目前實際生產中經常使用的擠壓速度(即金屬製品流出模孔的速度，Vf，其值為5米/分鐘)，選定擠壓杆的推進速度(Vj)Vj＝VfFf/Fj＝5/36＝0.139(米/分鐘)其中Ff是擠壓製品斷面積，Fj為擠壓筒內腔斷面積。擠壓比λ＝Fj/Ff＝36。模擬實驗與φ20圓棒的實際生產採用相同的擠壓比。
選用在計算機上將擠壓杆的行徑速度設定為139mm/min，選取試驗的擠壓溫度為573K、625K、673K和723K，分別進行等溫等速擠壓。擠壓過程中由數據採集系統記錄下擠壓力、擠壓杆行程等參數隨著時間延續的數值變化，做出擠壓杆形成和擠壓力的關係圖。參見圖3。橫坐標為擠壓杆行程，縱坐標為擠壓力。分析在實驗選取的溫度範圍內，隨著溫度的升高，擠壓杆以139mm/min速度推進所需要的擠壓力明顯下降，圖3中a、b、c曲線在擠壓力縱坐標方向的位置依次下降；a、b、c曲線各自代表的溫度為573K、625K、673K，間隔均為50K，但a、b曲線之間距離不及b、c曲線之間的距離大，說明在573K至673K之間隨著溫度的升高，所需擠壓力減小的趨勢增大。比較673K和723K時擠壓杆行程和擠壓力的關係，參見圖3中的曲線c和d，可知兩條曲線相距很近，說明當溫度升高到673K以上時，擠壓力隨溫度減小的趨勢嚴重減弱，723K時的擠壓力在擠壓杆行程的各個階段相比673K時的僅僅略微降低。說明當擠壓溫度在673K以上時，再進一步升高擠壓溫度對於提高擠壓流動性和降低擠壓力的作用已經不明顯。在673K至723K之間進行該製品的擠壓變形，其擠壓流動性已經接近其最佳狀態，整個擠壓杆行程中所需擠壓力也相對處於較低水平，所以673K至723K為該製品可取的擠壓溫度範圍。由於工業生產中溫度控制存在一定的變動範圍，可以將擠壓溫度設定為673K和723K的中間值698K，即選取的擠壓溫度為423℃。
2尋找在一定溫度下最佳的擠壓杆推進速度在423℃下，當擠壓杆推進速度Vj＝0.139米/分鐘＝2.31mm/Sec時，擠壓時的平均應變速度=e/ts=ln/tsln36/43s=0.08.]]>取 四個點，對應的擠壓杆推進速度為29mm/Sec、5.8mm/Sec、2.9mm/Sec和0.29mm/Sec，得到圖4所示的e、f、g和h四條擠壓杆行程和擠壓力的關係曲線，參見圖4，橫坐標為擠壓杆行程，縱坐標為擠壓力。分析比較四條曲線的位置關係當擠壓杆推進速度為2.9mm/Sec時，見圖4中曲線g，在擠壓行程範圍內，擠壓力最大處未超過4000Kgf，大多數時候未超過3000Kgf。將擠壓杆推進速度增大一倍為5.8mm/Sec時，見圖4中曲線f，最大擠壓力超過了4500Kgf，而且整個擠壓過程擠壓力都在3000Kgf之上，擠壓力的增大較顯著；擠壓杆推進速度增大成10倍為29mm/Sec時，見圖4中曲線e，最大擠壓力超過了6000Kgf，大多數時候擠壓力都在4000Kgf之上，擠壓力的增大非常顯著；而減小擠壓杆推進速度，縮小10倍為0.29mm/Sec時，見圖4中曲線h，整個擠壓行程中擠壓力的較之曲線g下降不顯著。比較結果說明，擠壓杆推進速度在0.29mm/Sec和2.9mm/Sec範圍內變化，擠壓力的變化比較小，而擠壓杆推進速度在2.9mm/Sec之上繼續增加，則擠壓力增加較明顯，考慮到擠壓過程金屬和合金的流動性、減小擠壓力後對設備能力要求的降低以及節約能耗等，採用2.9mm/Sec左右的擠壓杆推進速度，即擠壓時的平均應變速度=0.1,]]>是比較合適的。
3.結論對擠壓比λ為36、型號為AZ31、直徑為φ20的鎂合金圓棒進行擠壓，在上述初選值下最佳的擠壓溫度和擠壓杆推進速度工藝參數為擠壓溫度為423℃，擠壓杆推進速度為2.9mm/Sec。
同理，確定擠壓溫度的一個初選值，通過計算機設置擠壓杆推進的速度，運行時擠壓杆保持勻速推進，促使金屬從擠壓裝置的模孔持續流出。計算機以一定的採樣頻率記錄下擠壓杆行程、保持擠壓杆勻速前進所用擠壓力數據。由此可以得到該金屬在此初選值下，不同的擠壓溫度和擠壓杆推進速度的若干條關係曲線。並優選出在此初選值下最佳的擠壓溫度和擠壓杆推進速度工藝參數組合。
擠壓杆推進速度的初選值參照相近合金製品的現行的工藝選擇。擠壓溫度的初選值在該合金單位變形抗力較低的溫度範圍內選擇一個較低的溫度值。確定不同的擠壓杆推進速度或擠壓溫度的初選值，用上述方法可以分別找出該金屬擠壓變形流動性在初選值下的最佳擠壓杆推進速度和擠壓溫度。
利用上述利用金屬擠壓變形流動性的模擬判定方法，對於不同合金的不同斷面形狀的製品，可以找出其各自不同的優化擠壓變形工藝參數。
權利要求
1.一種金屬擠壓變形流動性的模擬判定方法，其特徵在於包括一個擠壓裝置，採用以下兩種方式判定(1).確定擠壓杆推進速度的初選值，在不同的擠壓溫度下對試樣進行擠壓將試樣放置在擠壓裝置的擠壓筒(1)內，擠壓筒(1)及擠壓試樣(3)加熱至預設置的擠壓溫度，計算機對擠壓過程的擠壓杆行程、擠壓力進行數據採集，分析比較所採集的數據，得到金屬擠壓變形流動性最佳的擠壓溫度；在此最佳擠壓溫度下，採用不同的擠壓杆推進速度對試樣進行擠壓將試樣放置在擠壓裝置的擠壓筒(1)內，將擠壓筒(1)及擠壓試樣(3)加熱至預設置的擠壓溫度，計算機對擠壓過程的擠壓杆行程、擠壓力進行數據採集，分析比較所採集的數據，得到金屬擠壓變形流動性最佳的擠壓杆的推進速度值；(2).確定擠壓溫度的初選值，在不同的擠壓杆推進速度下對試樣進行擠壓將試樣放置在擠壓裝置的擠壓筒(1)內，將擠壓筒(1)及擠壓試樣(3)加熱至預設置的擠壓溫度，計算機對擠壓過程的擠壓杆行程、擠壓力進行數據採集，分析比較所採集的數據，得到金屬擠壓變形流動性最佳的擠壓杆推進速度；在此最佳擠壓杆推進速度下，採用不同的擠壓溫度對試樣進行擠壓試樣放置在擠壓裝置的擠壓筒(1)內，將擠壓筒(1)及擠壓試樣(3)加熱至預設置的擠壓溫度，計算機對擠壓過程的擠壓杆行程、擠壓力進行數據採集，分析比較所採集的數據，得到金屬擠壓變形流動性最佳的擠壓溫度值。
2.根據權利要求1所述的模擬金屬擠壓變形流動性的判定方法，其特徵在於擠壓杆推進速度通過與擠壓筒和擠壓杆連接的位移傳感器測量。
3.根據權利要求1所述的模擬金屬擠壓變形流動性的判定方法，其特徵在於擠壓力通過與擠壓杆和動力源連接的壓力傳感器測量。
4.根據權利要求1所述的模擬金屬擠壓變形流動性的判定方法，其特徵在於擠壓溫度通過在擠壓筒上設置的熱電偶測量。
5.根據權利要求1所述的模擬金屬擠壓變形流動性的判定方法，其特徵在於擠壓杆推進速度的初選值參照相近合金製品的現行的擠壓工藝選擇。
6.根據權利要求1所述的模擬金屬擠壓變形流動性的判定方法，其特徵在於擠壓溫度的初選值在該合金單位變形抗力較低的溫度範圍內選擇一個較低的溫度值。
全文摘要
一種金屬擠壓變形流動性的模擬判定方法，用以下方式判定確定擠壓杆推進速度或擠壓溫度的初選值，在不同的擠壓溫度或擠壓杆推進速度下對試樣進行擠壓，計算機對擠壓過程的擠壓杆行程、擠壓力進行數據採集，分析比較所採集的數據，得到金屬擠壓變形流動性最佳的擠壓溫度或擠壓杆推進速度；在此最佳擠壓溫度或擠壓杆推進速度下，用上述同樣的方法，得到金屬擠壓變形流動性最佳的擠壓杆推進速度值或擠壓溫度值。本發明採用物理模擬方法模擬擠壓過程中擠壓溫度、擠壓杆的推進速度，用於測定金屬擠壓變形流動性的最佳參數，有測定準確，使用簡單，操作方便的優點。
文檔編號G01N11/08GK1598532SQ20041004073
公開日2005年3月23日 申請日期2004年9月20日 優先權日2004年9月20日
發明者彭建, 丁培道, 張丁非, 潘復生, 楊春楣, 李輝 申請人:重慶大學