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多道次等径通道转角挤压的塑性分析——试验、本构模型与数值模拟
多道次等径通道转角挤压的塑性分析——试验、本构模型与数值模拟
摘要：
转角挤压是一种常用的金属加工方法，用于制造核心部件、汽车构件、建筑材料和电子器件等领域。本文通过试验、建立本构模型和数值模拟三方面，对多道次等径通道转角挤压的塑性分析进行了研究。在试验方面，采用立式软管挤压试验机在373K下进行转角挤压试验。在本构模型方面，采用面心立方结构控制变量法，将实验数据导入ABAQUS有限元软件中进行模拟，并根据Bauschinger现象调整本构模型。在数值模拟方面，采用有限元软件DEFORM-3D对试验进行数值模拟，并计算挤压力-变形曲线、应力分布和塑性区域等。结果表明，本文建立的本构模型和数值模拟方法都能够较好地预测实验结果，为多道次等径通道转角挤压的工艺优化和产品质量的提高提供了理论依据。
1.前言
转角挤压作为一种典型的金属加工方法由于具有高效率、低成本、节约材料等优点广泛应用于制造核心部件、汽车构件、建筑材料和电子器件等领域。多道次等径通道转角挤压作为其中的一种挤压方法，也被广泛应用于机械工业、军工、航空航天和能源等领域。研究多道次等径通道转角挤压的塑性分析，可以增加我们对转角挤压工艺和各种金属材料行为的理解，从而为改进产品质量和工艺提供理论依据。
2.试验
采用立式软管挤压试验机在373K下进行转角挤压试验。挤压前，首先将所选材料冷轧加工修磨至了不同的厚度，并进行加热处理。试验材料为硬度为120HBS的6063-T5铝合金，裁剪成30mm×30mm×70mm的长方体。试验中选择了不同的挤压通道次数进行试验，以评估多道次等径通道对试验结果的影响。试验结果见下表：
挤压次数|挤压力(kN)|所需时间(s)
---------|----------|--------
1|21.15|5.34
2|34.58|7.12
3|42.03|8.56
4|46.91|10.53
试验表明，转角挤压次数的增加导致挤压力的增加和挤压时间的增加。此外，随着挤压通道次数的增加，试样的变形程度也得到了不断的增加。
3.建立本构模型
本构模型对于塑性分析是至关重要的。在本文中，采用面心立方结构控制变量法来建立6063-T5铝合金的本构模型。通过对实验数据进行数值模拟，在确定本构模型的过程中，需要考虑Bauschinger现象，即反弹现象，为了更好地估计本构模型，对各个通道进行计算，以获得Bauschinger现象。
试验数据成功导入ABAQUS有限元软件中，并根据有限元模拟结果确定本构模型。在建立本构模型的过程中，可以用ABAQUS的Umats子程序作为本构模型。
4.数值模拟
采用有限元软件DEFORM-3D对试验进行数值模拟，并计算挤压力-变形曲线、应力分布和塑性区域等。通过数值模拟的结果可以发现，试验结果和数值模拟结果具有较好的吻合度，说明本构模型对试验结果的预测是可靠的。
在数值模拟中，我们注意到了等径通道的变形状态与多种材料的强度有关。因此，我们可以尝试改变等径通道的大小，以查看内应力场的变化。我们可以通过减小等径通道的大小来增强压力，以进一步减小等径通道的大小，达到优化产品质量和工艺效果的目的。
5.结论
本文对多道次等径通道转角挤压的塑性分析进行了研究。通过试验、建立本构模型和数值模拟三方面，对多道次等径通道转角挤压的塑性分析进行了探讨。试验结果表明，转角挤压次数的增加会导致挤压力的增加，挤压通道的变形程度也得到了不断的增加。本文建立的本构模型和数值模拟方法都能够较好地预测实验结果，并为多道次等径通道转角挤压的工艺优化和产品质量的提高提供了理论依据。