正在加载图片...
,1268 北京科技大学学报 第30卷 4000r 2.3摩擦对金属流动的影响 -0.3 3500 =0.1 采用MARC软件，通过改变上下接触界面的摩 3000 0 擦条件，对试样变形进行了二维有限元模拟过程，其 Z2500 52000 变形后试样形状以及等效应变如图6所示.从图6 解1500H 看出：当上下界面摩擦一致时，变形后试样形状以及 1000 等效应变为对称分布；当上下接触面之间的摩擦不 500 同时，试样形状以及等效应变将呈现非对称分布，而 20406080100120140 增量步 且随着上下接触面之间摩擦因数的差值增大，其非 对称性也随之增大，当上接触面摩擦大于下接触面 图3不同摩擦的载荷 摩擦时，试样形状呈现“U”字型0).这是因为上接 Fig.3 Load in different friction conditions 触面摩擦大，靠近接触面的难变形部位比下接触面 2.2摩擦对宽展的影响 大，导致上接触面金属的流动速度比下接触面金属 采用MARC软件对同一材料不同摩擦条件下 的流动速度慢；又由于试样是一个整体，因此金属流 的材料变形进行了三维热力耦合有限元分析，不同 动快的部位将受到金属流动慢部位的拉力作用，导 摩擦条件下，变形区中心线（也即试样中心）到变形 致变形后的试样呈“U”字型，从等效应变分布看 区端部（延伸方向的端部，也即模子宽度方向）的宽 出：与上接触面相接触的难变形区很大，此处的金属 展如图4所示.由于试样变形过程是对称的，图中 几乎没有流动：下接触面摩擦比较小，金属的死区比 只画出了变形区的半宽展的情况.由图4看出，随 较小，说明此处金属发生了强烈的流动现象·根据 着距试样中心距离的增加，三条曲线都呈现下降趋 滑移线场理论分析，当上下接触面摩擦一致，呈对称 势.这是因为在变形区端部，试样变形受外端作用 分布时，变形区与刚性区的滑移线为与接触面呈 影响严重，外端严格限制了试样的宽展.随着摩擦 45°对称分布，并且在中间以水平线过渡，也即金属 因数的增加，宽展是逐渐减小的，亦即接触面上的摩 上下流动是相等的，与图6(a)所示的情况一致.当 擦对宽展方向的作用大于其延伸方向的作用，使材 上下接触面之间的摩擦不一致时，滑移线与摩擦因 料的延伸增大，宽展减小)，同时从图5也可以看 数大的接触面之间的夹角将大于45°，与摩擦因数 出：当摩擦因数为0时，变形区端部（宽展方向的端 小的接触面之间的夹角将小于45°，而且随着上下 部，也即模子长度方向)形状呈现明显的曲线型，而 接触面之间摩擦因数差值的增大，滑移线与接触面 且比较光滑；当摩擦因数为0.5时，变形区端部形状 之间的夹角偏离45越大，也就是图6(b)~(d)的情 也呈现曲线型，此时曲线没有摩擦因数为0时光滑； 形.这是因为在大于45°情况下，金属流动受到的阻 当摩擦因数达到1时，变形区端部形状将呈现直线 力大，流动难以进行；小于45°情况下，金属流动受 型，此时的宽展比较小，导致整个变形区比较平直 到的阻力小，流动很容易进行山.为了验证此现 26r 象，在自制的大试样平面应变热模拟试验机上，室温 24 下对纯铝试样进行了变形分析，一种情况是上下模 。-0 +-0.5 具与试样上下接触面都没有润滑剂，均为粗糙条件； 21 +=1.0 另一种情况为上模具以及试样的上接触面无润滑即 保持粗糙，下模具以及试样的下接触面采用液压油 19 18 对其润滑.变形后的试样形状如图7所示，从图7 17 也可看出：在上下接触面均无润滑的条件下，也即摩 2 46810121416 距中心线距离mm 擦条件一致的情况下，变形后的试样为对称形状：当 上接触面无润滑，下接触面采用液压油润滑的情况 图4摩擦对试样宽展的影响 下，变形后的试样呈现出“U”字型分布，而且下接触 Fig.4 Effect of friction coefficient on lateral spread 面的延伸明显大于上接触面的延伸图3 不同摩擦的载荷 Fig．3 Load in different friction conditions 2∙2 摩擦对宽展的影响 采用 MARC 软件对同一材料不同摩擦条件下 的材料变形进行了三维热力耦合有限元分析．不同 摩擦条件下变形区中心线（也即试样中心）到变形 区端部（延伸方向的端部也即模子宽度方向）的宽 展如图4所示．由于试样变形过程是对称的图中 只画出了变形区的半宽展的情况．由图4看出随 着距试样中心距离的增加三条曲线都呈现下降趋 势．这是因为在变形区端部试样变形受外端作用 影响严重外端严格限制了试样的宽展．随着摩擦 因数的增加宽展是逐渐减小的亦即接触面上的摩 擦对宽展方向的作用大于其延伸方向的作用使材 料的延伸增大宽展减小［9］．同时从图5也可以看 出：当摩擦因数为0时变形区端部（宽展方向的端 部也即模子长度方向）形状呈现明显的曲线型而 且比较光滑；当摩擦因数为0∙5时变形区端部形状 也呈现曲线型此时曲线没有摩擦因数为0时光滑； 当摩擦因数达到1时变形区端部形状将呈现直线 型此时的宽展比较小导致整个变形区比较平直． 图4 摩擦对试样宽展的影响 Fig．4 Effect of friction coefficient on lateral spread 2∙3 摩擦对金属流动的影响 采用 MARC 软件通过改变上下接触界面的摩 擦条件对试样变形进行了二维有限元模拟过程其 变形后试样形状以及等效应变如图6所示．从图6 看出：当上下界面摩擦一致时变形后试样形状以及 等效应变为对称分布；当上下接触面之间的摩擦不 同时试样形状以及等效应变将呈现非对称分布而 且随着上下接触面之间摩擦因数的差值增大其非 对称性也随之增大．当上接触面摩擦大于下接触面 摩擦时试样形状呈现“U”字型［10］．这是因为上接 触面摩擦大靠近接触面的难变形部位比下接触面 大导致上接触面金属的流动速度比下接触面金属 的流动速度慢；又由于试样是一个整体因此金属流 动快的部位将受到金属流动慢部位的拉力作用导 致变形后的试样呈“U” 字型．从等效应变分布看 出：与上接触面相接触的难变形区很大此处的金属 几乎没有流动；下接触面摩擦比较小金属的死区比 较小说明此处金属发生了强烈的流动现象．根据 滑移线场理论分析当上下接触面摩擦一致呈对称 分布时变形区与刚性区的滑移线为与接触面呈 45°对称分布并且在中间以水平线过渡也即金属 上下流动是相等的与图6（a）所示的情况一致．当 上下接触面之间的摩擦不一致时滑移线与摩擦因 数大的接触面之间的夹角将大于45°与摩擦因数 小的接触面之间的夹角将小于45°而且随着上下 接触面之间摩擦因数差值的增大滑移线与接触面 之间的夹角偏离45°越大也就是图6（b）～（d）的情 形．这是因为在大于45°情况下金属流动受到的阻 力大流动难以进行；小于45°情况下金属流动受 到的阻力小流动很容易进行［11］．为了验证此现 象在自制的大试样平面应变热模拟试验机上室温 下对纯铝试样进行了变形分析．一种情况是上下模 具与试样上下接触面都没有润滑剂均为粗糙条件； 另一种情况为上模具以及试样的上接触面无润滑即 保持粗糙下模具以及试样的下接触面采用液压油 对其润滑．变形后的试样形状如图7所示．从图7 也可看出：在上下接触面均无润滑的条件下也即摩 擦条件一致的情况下变形后的试样为对称形状；当 上接触面无润滑下接触面采用液压油润滑的情况 下变形后的试样呈现出“U”字型分布而且下接触 面的延伸明显大于上接触面的延伸． ·1268· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷