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,86 北京科技大学学报 第32卷 摩擦阻力的挤压力分量T,减少.图7为最大挤压 170 力随模角变化曲线.在本节所设定的挤压参数下， 16s 最大挤压力随着模角增大而增大，四种模角20°， 160 15 25°，30和45°对应的最大挤压力分别为42.1 49.7,54.7和56.5MN.这是因为实验中设定的润 5 爵140 滑条件良好，所以克服金属变形所需要的挤压力分 135 量R起主要作用，而克服摩擦阻力所需要的挤压 130 125 力分量T起次要作用，随着模角增大，R,的增大 0.05 0.100.15 0.20 摩擦因数 幅度大于T的减小幅度，整体挤压力表现出增大 图8局部升温与摩擦因数关系 的趋势，另外，不同模角下坯料在挤压过程中的最 Fig 8 Relationship beteen friction coefficient and the maxium 高温升均在120~130℃，模角变化对最高温升幅度 temperature rise of billets 的影响不大，所以当润滑条件较好时，挤压过程中 80 建议采用20°~25糢角. 55 45 45L 40 0.05 0.100.15 0.20 摩擦因数 35 202530354045 图9最大挤压力与摩擦因数的关系 模角) Fig9 Relationship be teen friction coefficient and maxium extm 图7最大挤压力与模角的关系 sion fore Fig 7 Relationship beween maxmum extmusion force and die angle 2.4坯料预热温度 2.3摩擦因数 坯料在挤压前进行预热以保证变形时材料的组 润滑条件是挤压工艺中的重要参数，因为其直 织为奥氏体和一次碳化物，同时预热会使材料的屈 接影响挤压过程中应力场、温度场及挤压力的分布， 服极限降低，从而降低挤压力，所以升高预热温度可 在数值模拟中润滑条件的不同表现为摩擦因数的变 以改善加工工艺，本文选取五种坯料预热温度 化，本实验中采用0.05、0.100.15和0.20四种摩 1040,1050,1060,1070和1080℃.为了研究坯料 擦因数，为了研究摩擦因数对挤压过程的影响，特 预热温度对挤压过程的影响，特将其他参数定为：挤 将其他参数定为：挤压速度300mm·s,模角25， 压速度300mms,摩擦因数0.05模角25，坯料 坯料预热温度1040℃，坯料端部圆角半径30mm, 端部圆角半径30mm,并在调整坯料预热温度时保 并在调整摩擦因数时保持不变，从模拟结果可以看 持不变.从模拟结果看出，随着坯料预热温度的升 出，增大摩擦因数会导致整个坯料在挤压过程中升 高，挤压力有下降的趋势，由温度升高所引起的软化 温更加剧烈，特别是局部最高温度随着摩擦因数的 作用明显，然而从坯料最高温升看出，五种预热温 增大而明显升高（图8），当摩擦因数为0.20时，最 度对应的最高温升分别为132,134147,157和162 高局部温度可达1208℃，有可能导致局部过烧[0. ℃，过高的温度将引起局部过烧。由以上两方面综 随着摩擦因数的增大，挤压力水平明显升高（图9）， 合考虑，坯料预热温度取1040和1050℃为宜，值 采用四种摩擦因数挤压时的最大挤压力分别为 得注意的是，挤压前坯料和模具的预热往往由感应 49.7、60.2、63.8和77.2MN.挤压力大幅升高的原 加热来实现，模具的预热温度为400℃，远低于坯料 因为：摩擦因数的增大不但会使坯料与模具接触的 的预热温度，如此大的预热温差实现起来是比较困 摩擦阻力增大，还会使金属流动的均匀程度下降，共 难的山，所以实际中通过提高坯料预热温度来降低 同导致挤压力上升，变形困难，另外，摩擦因数增大 挤压力的可调整范围不大， 还会使产品的应变分布不均匀性增加，因此实际生 2.5坯料端部圆角半径 产中应改善润滑条件，降低摩擦因数 实际生产中坯料在预热结束后并不直接挤压，北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 摩擦阻力的挤压力分量 ＴＭ 减少．图 7为最大挤压 力随模角变化曲线．在本节所设定的挤压参数下 最大挤压力随着模角增大而增大四种模角 20° 25°30°和 45°对应的最大挤压力分别为 42∙1 49∙754∙7和 56∙5ＭＮ．这是因为实验中设定的润 滑条件良好所以克服金属变形所需要的挤压力分 量 ＲＭ 起主要作用而克服摩擦阻力所需要的挤压 力分量 ＴＭ 起次要作用．随着模角增大ＲＭ 的增大 幅度大于 ＴＭ 的减小幅度整体挤压力表现出增大 的趋势．另外不同模角下坯料在挤压过程中的最 高温升均在120～130℃模角变化对最高温升幅度 的影响不大．所以当润滑条件较好时挤压过程中 建议采用 20°～25°模角． 图 7 最大挤压力与模角的关系 Ｆｉｇ．7 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｍａｘｉｍｕｍｅｘｔｒｕｓｉｏｎｆｏｒｃｅａｎｄｄｉｅａｎｇｌｅ 2∙3 摩擦因数 润滑条件是挤压工艺中的重要参数因为其直 接影响挤压过程中应力场、温度场及挤压力的分布． 在数值模拟中润滑条件的不同表现为摩擦因数的变 化本实验中采用 0∙05、0∙10、0∙15和 0∙20四种摩 擦因数．为了研究摩擦因数对挤压过程的影响特 将其他参数定为：挤压速度 300ｍｍ·ｓ －1模角 25° 坯料预热温度 1040℃坯料端部圆角半径 30ｍｍ 并在调整摩擦因数时保持不变．从模拟结果可以看 出增大摩擦因数会导致整个坯料在挤压过程中升 温更加剧烈特别是局部最高温度随着摩擦因数的 增大而明显升高 （图 8）当摩擦因数为 0∙20时最 高局部温度可达 1208℃有可能导致局部过烧 ［10］． 随着摩擦因数的增大挤压力水平明显升高 （图 9） 采用四种摩擦因数挤压时的最大挤压力分别为 49∙7、60∙2、63∙8和 77∙2ＭＮ．挤压力大幅升高的原 因为：摩擦因数的增大不但会使坯料与模具接触的 摩擦阻力增大还会使金属流动的均匀程度下降共 同导致挤压力上升变形困难．另外摩擦因数增大 还会使产品的应变分布不均匀性增加因此实际生 产中应改善润滑条件降低摩擦因数． 图 8 局部升温与摩擦因数关系 Ｆｉｇ．8 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｏｆｂｉｌｌｅｔｓ 图 9 最大挤压力与摩擦因数的关系 Ｆｉｇ．9 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｍａｘｉｍｕｍｅｘｔｒｕ- ｓｉｏｎｆｏｒｃｅ 2∙4 坯料预热温度 坯料在挤压前进行预热以保证变形时材料的组 织为奥氏体和一次碳化物同时预热会使材料的屈 服极限降低从而降低挤压力所以升高预热温度可 以改善加工工艺．本文选取五种坯料预热温度 1040105010601070和1080℃．为了研究坯料 预热温度对挤压过程的影响特将其他参数定为：挤 压速度 300ｍｍ·ｓ －1摩擦因数 0∙05模角 25°坯料 端部圆角半径 30ｍｍ并在调整坯料预热温度时保 持不变．从模拟结果看出随着坯料预热温度的升 高挤压力有下降的趋势由温度升高所引起的软化 作用明显．然而从坯料最高温升看出五种预热温 度对应的最高温升分别为 132134147157和 162 ℃过高的温度将引起局部过烧．由以上两方面综 合考虑坯料预热温度取 1040和 1050℃为宜．值 得注意的是挤压前坯料和模具的预热往往由感应 加热来实现模具的预热温度为 400℃远低于坯料 的预热温度如此大的预热温差实现起来是比较困 难的 ［11］所以实际中通过提高坯料预热温度来降低 挤压力的可调整范围不大． 2∙5 坯料端部圆角半径 实际生产中坯料在预热结束后并不直接挤压 ·86·