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第1期 王珏等：GH4169合金管材正挤压工艺优化的数值模拟 ,85. 转换等过程，所以采用热力耦合的分析方法，挤压筒 和模具设置为具有热传递性质的刚性体. 55 2结果分析 ÷50 本文分别对挤压速度、模具角度、摩擦因数、坯 料预热温度和坯料端部圆角半径等挤压参数进行调 404 整，分析各种参数的改变对挤压过程的影响，并分析 100 150200250300 了模具装配不当给挤压过程带来的危害 挤压速度(mms) 2.1挤压速度 图4最大挤压力与挤压速度的关系 GH4169合金作为典型的高温合金其可变形温 Fig 4 Relationsh ip be tween extmusion speed and maxinu extnusion 度的范围很窄)，这就要求较高的挤压速度，以免 force 压速度的升高，最高温升从110℃升高到130℃.另 挤压后期由于温度过低而不适于变形：但高速挤压 外，管材的头部应变小于其他部分，这部分管材会保 可能会带来变形抗力大，形变不均匀，加剧模具磨损 等问题[).本文结合不锈钢、镍基合金等其他材料 持一定的原始组织导致性能变差， 的挤压速度经验[7-)，选取挤压速度为100~ 1.170x10 L.123×10 局部升温 300mm·s.为了研究挤压速度对挤压过程的影响， 1.076x10P 1.029x10 特将其他参数定为：模角25°、摩擦因数0.05坯料 9.820x102 9.350x10 预热温度1040℃、坯料端部圆角半径30mm,并在 8.880x10 8.410x10P 调整挤压速度时保持不变 7.940x10P 挤压力是管材挤压生产的重要指标之一·图3 7.470x10㎡ 7.000x10P 为300mm·s速度下挤压时的挤压力变化规律.挤 图5坯料温度分布图 压力在挤压开始阶段迅速上升，然后稳定在35~45 Fig 5 Tempemtum distribution of a billet MN.不同挤压速度下的挤压力变化规律相似，但挤 130 压力大小明显不同，图4为挤压过程中最大挤压力 女12s 随挤压速度的变化曲线，当挤压速度为100150 200,250和300mm·s时对应的最大挤压力分别为 47.4,46.3,54.856.0和49.7MN,即随着挤压速度 的提高，挤压过程中的最大挤压力出现了波动.这 110 是由加工硬化效果、再结晶软化效果、温度起伏所引 100150200250300 挤压速度mm.s 起的硬化或软化效果综合作用的结果 图6坯料最高升温与挤压速度的关系 50 300 mm.s Fig 6 Relationship beteen extnusion speed and maxinum temper 40 tre rise of billets 30 2.2模具角度 20 模角是指模具轴心线与模具工作端面所构成的 10 夹角，模角是影响挤压过程的重要因素，高温合金 挤压所采用的模角在15与60之间).本实验中 00 50100150200 采用20°，25,30和45四种不同的模角.为了研究 凸模坐标/mm 模角对挤压过程的影响，特将其他参数定为：挤压速 图3挤压过程中的挤压力变化规律 度300mm·s,摩擦因数0.05，坯料预热温度 Fig 3 Relationship beteen punch position and extmusion fore 1040℃，坯料端部圆角半径30mm,并在调整模角 挤压过程中的摩擦作用和热功转化会导致坯料 时保持不变，模角的增大对挤压力起到相反的两种 在靠近模孔附近的大变形区产生较大的温升 作用：一方面使金属流入流出模孔时附加弯曲变形 (图5)，甚至出现过烧现象，导致塑性大幅降低，挤 增加，导致变形所需的挤压力分量R,增大；另一方 压速度对坯料最高温升的影响如图6所示，随着挤 面坯料与模具接触面积的减小，使挤压过程中克服第 1期 王 珏等： ＧＨ4169合金管材正挤压工艺优化的数值模拟 转换等过程所以采用热力耦合的分析方法挤压筒 和模具设置为具有热传递性质的刚性体． 2 结果分析 本文分别对挤压速度、模具角度、摩擦因数、坯 料预热温度和坯料端部圆角半径等挤压参数进行调 整分析各种参数的改变对挤压过程的影响并分析 了模具装配不当给挤压过程带来的危害． 2∙1 挤压速度 ＧＨ4169合金作为典型的高温合金其可变形温 度的范围很窄 ［2］这就要求较高的挤压速度以免 挤压后期由于温度过低而不适于变形；但高速挤压 可能会带来变形抗力大形变不均匀加剧模具磨损 等问题 ［6］．本文结合不锈钢、镍基合金等其他材料 的挤 压 速 度 经 验 ［7--8］选 取 挤 压 速 度 为 100～ 300ｍｍ·ｓ －1．为了研究挤压速度对挤压过程的影响 特将其他参数定为：模角 25°、摩擦因数 0∙05、坯料 预热温度1040℃、坯料端部圆角半径 30ｍｍ并在 调整挤压速度时保持不变． 挤压力是管材挤压生产的重要指标之一．图 3 为 300ｍｍ·ｓ －1速度下挤压时的挤压力变化规律．挤 压力在挤压开始阶段迅速上升然后稳定在 35～45 ＭＮ．不同挤压速度下的挤压力变化规律相似但挤 压力大小明显不同．图 4为挤压过程中最大挤压力 随挤压速度的变化曲线．当挤压速度为 100150 200250和 300ｍｍ·ｓ －1时对应的最大挤压力分别为 47∙446∙354∙856∙0和 49∙7ＭＮ即随着挤压速度 的提高挤压过程中的最大挤压力出现了波动．这 是由加工硬化效果、再结晶软化效果、温度起伏所引 起的硬化或软化效果综合作用的结果． 图 3 挤压过程中的挤压力变化规律 Ｆｉｇ．3 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｐｕｎｃｈｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｅｘｔｒｕｓｉｏｎｆｏｒｃｅ 挤压过程中的摩擦作用和热功转化会导致坯料 在 靠 近 模 孔 附 近 的 大 变 形 区 产 生 较 大 的 温 升 （图 5）甚至出现过烧现象导致塑性大幅降低．挤 压速度对坯料最高温升的影响如图 6所示．随着挤 图 4 最大挤压力与挤压速度的关系 Ｆｉｇ．4 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓｐｅｅｄａｎｄｍａｘｉｍｕｍｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｆｏｒｃｅ 压速度的升高最高温升从 110℃升高到 130℃．另 外管材的头部应变小于其他部分这部分管材会保 持一定的原始组织导致性能变差． Ｆｉｇ．5 Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆａｂｉｌｌｅｔ 图 6 坯料最高升温与挤压速度的关系 Ｆｉｇ．6 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓｐｅｅｄａｎｄｍａｘｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａ- ｔｕｒｅｒｉｓｅｏｆｂｉｌｌｅｔｓ 2∙2 模具角度 模角是指模具轴心线与模具工作端面所构成的 夹角．模角是影响挤压过程的重要因素高温合金 挤压所采用的模角在 15°与 60°之间 ［9］．本实验中 采用 20°25°30°和 45°四种不同的模角．为了研究 模角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坯 料 预 热 温 度 1040℃坯料端部圆角半径 30ｍｍ并在调整模角 时保持不变．模角的增大对挤压力起到相反的两种 作用：一方面使金属流入流出模孔时附加弯曲变形 增加导致变形所需的挤压力分量 ＲＭ 增大；另一方 面坯料与模具接触面积的减小使挤压过程中克服 ·85·