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5005铝合金分流模挤压过程有限元模拟

陈灵;段亚菲;谭自盟;曾建民

【摘要】采用DEFORM-3D有限元商业软件,利用焊合面重构技术实现了空心型

材分流组合模挤压过程模拟,获取了挤压过程中的材料流动行为与流动速度场的规

律,结合型材挤出时模拟的应力场和应变场的分布,研究型材挤压的晶粒分布规律并

其成因.结果表明:挤压型材的横截面上的应力应变分布与实际晶粒尺寸分布有对应

关系,型材挤压成形过程中应力应变集中分布是造成型材边部晶粒尺寸比中心部细

小,拐角区域晶粒比直边区域细小的原因.%Usingamesh-reconstruction

technologyofwelding-plane,theportholedieextrusionprocessofan

hollowprofilewassuccessfullysimulatedbasedonsoftwareDEFORM-

3D.Themetalflowbehaviors,velocitydistributionregularitieswere

revealed.Combiningwiththeeffectivestressandstrainontheprofile,the

distributionofgrainsizeontheprofileanditscauseswerediscussed.The

resultshowsthestressandstraindistributionoftheextrusionprofilehas

certaincorrespondingrelationwiththegrainsizedistribution,inother

words,finergrainsizeatthecomerareaandinnerpartofthehollow

profileresultfromtheconcentrationofthestressandstrainduringthe

extruding.

【期刊名称】《航空制造技术》

【年(卷),期】2017(000)018

【总页数】5页(P88-92)

【关键词】5005铝合金;分流模挤压;有限元模拟;网格重构;晶粒尺寸

【作者】陈灵;段亚菲;谭自盟;曾建民

【作者单位】广西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,南宁

530004;广西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,南宁530004;广

西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,南宁530004;广西大学有色

金属及材料加工新技术教育部重点实验室,南宁530004

【正文语种】中文

5005铝合金由于具有密度低、中等强度与良好的抗腐蚀性能，常被用作导体、炊

具、仪表板、壳与建筑装饰件[1]。挤压是铝加工的主要方法之一，是一个处于高

温、高压、各种摩擦状态交织等复杂条件下的金属流动成形过程。过去人们利用物

理模型方法[2-4]、理论分析法[5]研究挤压模具设计，而如今多采用有限元数值模

拟方法[6-7]。有限元法被证明是预测挤压过程中金属流动的强有效的工具。如

Lee等[8]利用有限元法分析了冷凝管型材的挤压过程，得到了焊合室形状对材料

流动、焊合压力、挤压力和模芯变形的影响规律；王冠等[9]用有限元方法对铝合

金空心型材挤压过程中不同方向的金属流速及焊合室内的压力分布进行了分析；

Fang等[10]利用有限元模拟及挤压试验对多孔膜挤压进行了研究，发现多阶梯的

导流室结构能有效调控多孔模中的金属流动；Bastani等[11]采用数值模拟法进行

等温挤压研究，结果表明数值模拟法的可靠性；Chen等[12]用非稳态有限元模拟

了口琴管分流挤压模挤压过程，并通过调整工作带长度优化了型材挤出速度；He

等[13]通过有限元方法研究了分流模挤压过程中焊合室的作用；Assaad等[14]通

过有限元法研究了工作带对挤压速度及挤压力的影响。

本文利用基于刚塑性有限元法的DEFORM-3D软件，结合使用焊合面网格重构法

实现了分流下对5005铝合金分流模挤压过程进行数值模拟，研究了分流组合模挤

压过程中材料的流动行为与变形体速度分布规律，同时结合有限元模拟结果分析了

型材挤压的晶粒分布规律及成因。

1仿真和试验

1.1挤压模具的逆向工程建模