由于半固态成形技术相对于传统的成形方法具有明显的优势,因而目前在全世界范围内对该新技术的研究越来越引起广泛关注[1]。半固态成形技术可以实现近净成形,从而可以降低原材料和能源的消耗。与传统的闭式模锻相比,半固态闭式模锻可以一次性成形形状非常复杂的零件,使原来需要两步以上才能达到最终形状的锻件一次成形,降低了生产成本,提高了经济效益[2,3]。
为了提高生产过程的稳定性,最大程度地优化材料流动,常常使用有限元模拟方法来模拟金属成形中的材料流动过程。由于有限元模拟可模拟和预测材料流动的行为,如应力、应变、温度分布等,从而在试验中用试错方法物理模拟成形过程的成本和使用时间大为降低。此外,在有限元模拟中可不断改进模拟参数,直到找到最优化的成形参数[4]。
有限元模拟能真实反映金属成形过程的先决条件是必须建立一个可靠的模拟模型,并且其所有的边界条件能真实表示实际试验过程中的各种物理参数。由于在半固态浆料的充填过程中温度起决定性的作用,因而实现半固态模拟另一个重要的条件是热能参数,如热导率和热容等应能动态地反映半固态温度的变化对其数值的影响。也就是说半固态成形模拟过程是一热力偶合的过程。只有当模拟过程的中间结果能较好地反映实际试验中的中间结果时,其模拟结果才能可靠。(www.daowen.com)
本研究的目的是在半固态闭式模锻过程中研究浆料的流动行为,包括在不同的成形速度下温度场的分布、应力-应变的分布、成形力的大小等。此外,找出半固态触变锻造的最大成形力,该力的大小是在试验中编制控制程序的重要依据。本研究所使用的有限元软件是商用有限元专业软件Larstran/Shape,所建立的模型是能体现非线性传热过程的热力耦合模型[5]。
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