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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 87. 而是会在挤压筒内停留一段时间.在这段时间内坯 免这种情况的发生或减少此种程度 料的温度分布会发生变化，坯料外围局部和尖角区 2.206x10P 域出现的降温会使坯料的变形抗力增大甚至出现组 1.985x10 1.765×10 平台结构.死区 织变化，局部温度变化的程度与坯料和环境的热交 1544×10 1324×10 换有关，也与坯料自身的几何形状有关.为了分析 1.103×10 8.824×10 坯料端部圆角大小对挤压过程的影响，设定预热结 6.618x102 4.412×103 束时，坯料在挤压筒内停留5s考察坯料端部在挤 2.206×109 压前的温度分布及其对挤压力的影响.坯料端部的 -0 mm.s 圆角半径共四种，分别为Q1520和30mm,图10 图11模具装配不当时的速度分布 为坯料端部外围尖角处平均温度与圆角半径的关 Fig 11 Speed distribution of extrusion pmocess 系，当坯料端部无圆角时，挤压前尖角处温度会降 至970℃；当端部圆角半径为30mm时，温度达到 60 一正常模具 …装配不当 990℃，散热明显降低，四种不同坯料端部圆角半径 下，挤压过程中平均挤压力分别为43.241.5,40.6 40叶 和38.1MN,即随着坯料头部圆角半径增大平均挤 304 压力降低，所以增大坯料圆角半径可以改善加工的 10 工艺 0 50100150 200 995 凸模坐标mm 990 图12挤压力变化规律与模具形状的关系 985 Fig 12 Conparison of extnusion force beween different shape dies 980 975升 3讨论 970 由模拟结果可知，挤压过程中坯料会在模孔附 965L 0 51015202530 近出现局部剧烈升温，不同挤压参数下的升温幅度 圆角半径/mm 不同，其中当摩擦因数为0.2时，局部温度最高达到 图10坯料尖角处温度与圆角半径的关系 1208℃以上.由Themo-calci热力学软件计算可知， Fig 10 Relationsh ip between billet radus and average iemperatre 标准成分下GH4169合金初熔点为1210℃，即坯料 2.6模具装配不当对挤压过程的影响 的局部温度已经接近合金的初熔点，进一步计算表 挤压筒和模具之间靠配合与密封连接).在实 明，如果合金在冶炼过程中出现成分波动，合金初熔 际生产中，当组装模具和挤压筒时，由于尺寸误差和 点会随之改变.如图13所示，随着TiA1含量的小 人为操作等因素，容易在挤压筒和模具接触处出现 幅升高，合金的初熔点降低，最低会降至1199℃， 平台结构（图11），即改变了纯锥模的原始模具结 即如果合金成分中A1T的质量分数出现波动，则 构，本文针对实际中出现的问题进行了有限元模 挤压过程中坯料的局部温度完全有可能会达到初 拟，分析模具装配不当对挤压过程的影响.从速度 熔点以上，那么管坯的心部会出现局部熔化，液相 1235 分布图可以看出，模具装配不当会造成金属流动不 --行 1230 --A1 均匀程度增加，在模具与挤压筒接触处坯料的速度 1225 为零，即出现挤压“死区”（图11），此种现象在平模 挤压中较为常见，模具装配不当时，挤压过程中的 1210 挤压力平均达到45MN以上，整体挤压力水平高于 1205 正常值（图12）产生此变化的原因为：“死区”内、 1200 0.20.40.60.81.01.21.41.6 外部的金属流动速度差很大，正常流动的金属对 元素质量分数% 死区”内金属产生大的压应力，造成应力集中导致 图13GH4169合金初熔点与元素质量分数的关系 变形困难，即装配过程中出现的细小改变会导致挤 Fig 13 Effect of chem ical composition on the melting point of 压过程的剧烈变化，所以在实际生产中应该尽量避 GH4169 alby第 1期 王 珏等： ＧＨ4169合金管材正挤压工艺优化的数值模拟 而是会在挤压筒内停留一段时间．在这段时间内坯 料的温度分布会发生变化坯料外围局部和尖角区 域出现的降温会使坯料的变形抗力增大甚至出现组 织变化．局部温度变化的程度与坯料和环境的热交 换有关也与坯料自身的几何形状有关．为了分析 坯料端部圆角大小对挤压过程的影响设定预热结 束时坯料在挤压筒内停留 5ｓ考察坯料端部在挤 压前的温度分布及其对挤压力的影响．坯料端部的 圆角半径共四种分别为 01520和 30ｍｍ．图 10 为坯料端部外围尖角处平均温度与圆角半径的关 系．当坯料端部无圆角时挤压前尖角处温度会降 至 970℃；当端部圆角半径为 30ｍｍ时温度达到 990℃散热明显降低．四种不同坯料端部圆角半径 下挤压过程中平均挤压力分别为 43∙241∙540∙6 和 38∙1ＭＮ即随着坯料头部圆角半径增大平均挤 压力降低所以增大坯料圆角半径可以改善加工的 工艺． 图 10 坯料尖角处温度与圆角半径的关系 Ｆｉｇ．10 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｂｉｌｌｅｔｒａｄｉｕｓａｎｄａｖｅｒａｇｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 2∙6 模具装配不当对挤压过程的影响 挤压筒和模具之间靠配合与密封连接 ［3］．在实 际生产中当组装模具和挤压筒时由于尺寸误差和 人为操作等因素容易在挤压筒和模具接触处出现 平台结构 （图 11）即改变了纯锥模的原始模具结 构．本文针对实际中出现的问题进行了有限元模 拟分析模具装配不当对挤压过程的影响．从速度 分布图可以看出模具装配不当会造成金属流动不 均匀程度增加在模具与挤压筒接触处坯料的速度 为零即出现挤压 “死区 ” （图 11）此种现象在平模 挤压中较为常见．模具装配不当时挤压过程中的 挤压力平均达到 45ＭＮ以上整体挤压力水平高于 正常值 （图 12）．产生此变化的原因为：“死区 ”内、 外部的金属流动速度差很大正常流动的金属对 “死区 ”内金属产生大的压应力造成应力集中导致 变形困难即装配过程中出现的细小改变会导致挤 压过程的剧烈变化所以在实际生产中应该尽量避 免这种情况的发生或减少此种程度． 图 11 模具装配不当时的速度分布 Ｆｉｇ．11 Ｓｐｅｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ 图 12 挤压力变化规律与模具形状的关系 Ｆｉｇ．12 Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｅｘｔｒｕｓｉｏｎｆｏｒｃｅｂｅｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｈａｐｅｄｉｅｓ 图 13 ＧＨ4169合金初熔点与元素质量分数的关系 Ｆｉｇ．13 Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｍｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔｏｆ ＧＨ4169ａｌｌｏｙ 3 讨论 由模拟结果可知挤压过程中坯料会在模孔附 近出现局部剧烈升温不同挤压参数下的升温幅度 不同其中当摩擦因数为 0∙2时局部温度最高达到 1208℃以上．由 Ｔｈｅｒｍｏ-ｃａｌｃ热力学软件计算可知 标准成分下 ＧＨ4169合金初熔点为 1210℃即坯料 的局部温度已经接近合金的初熔点．进一步计算表 明如果合金在冶炼过程中出现成分波动合金初熔 点会随之改变．如图 13所示随着 Ｔｉ、Ａｌ含量的小 幅升高合金的初熔点降低最低会降至 1199℃ 即如果合金成分中 Ａｌ、Ｔｉ的质量分数出现波动则 挤压过程中坯料的局部温度完全有可能会达到初 熔点以上那么管坯的心部会出现局部熔化液相 ·87·