铜扁线及空心型材连续挤压的数值模拟和实验研究
Numerical simulation and experimental investigation of continuous extrusion forming for copper flat wire and hollow section
连续挤压技术具有材料利用率高、成品率高、生产率高、制品长度不受限制、低能耗、高自动化和投资少等一系列高效、节能的优点.随着国产连续挤压机的成功研制,运用连续挤压机生产铜扁线、铜型材得到了迅速推广.铜挤压产品因其品质优良,受到变压器、发电机等行业的充分肯定,可以说连续挤压法在很大程度上改变了传统铜扁线采用拉拔的生产模式.但是,运用连续挤压法生产宽厚比较大的薄铜扁线时,由于挤压过程中的材料的变形抗力较大、变形温度较高,同时金属在出模口处流速不均匀,而使生产过程中成品率低、靴座寿命短以及模具结构设计困难等问题.目前,运用连续挤压法只能生产宽厚比不大于12、厚度不小于1.5㎜的铜扁线;但是宽厚比大于15,厚度小于1.5的大宽厚比薄扁线的市场需求量却很大,因此研究开发大宽厚比薄铜扁线的连续挤压工艺势在必行. 虽然连续挤压技术已被广泛应用于生产各种铝空心制品,但是铜空心制品连续挤压制品却未见投产的报道,这同样是因为在铜空心制品的连续挤压过程中对靴座和分流模的高温高强度提出了很高的要求. 本文针对大宽厚比铜扁线和空心导线连续挤压过程中存在的问题,通过数值模拟的方法对其挤压过程进行研究,同时也采用实验方法对大宽厚比铜扁线的连续挤压过程进行了验证,其主要研究工作和成果如下: (1)基于DEFORM-3D软件平台,采用刚粘塑性有限元理论,建立了大宽厚比铜扁线连续挤压数值模拟模型,铜扁线的宽厚比为17.4,厚度为1.15㎜.通过对大宽厚比铜扁线连续挤压过程的模拟,得到了变形过程中金属的速度场、应变场、应力场、温度场以及工模具的受力分布情况. (2)针对当前大宽厚比铜扁线实际生产中存在的问题,利用所建立的数值模型,研究了挤压轮转速、泄料间隙、入模斜角以及靴座扩展出口宽度等工艺参数对铜扁线连续挤压过程的影响.从而为铜扁线连续挤压过程的工模具结构设计以及工艺参数优化提供了理论指导. (3)在数值模拟的基础上,利用优化后的工艺参数,对大宽厚比铜扁线的连续挤压过程进行了实验研究.连续挤压实验所用坯料为含铜量99.9％的高纯铜杆.通过实验,成功地挤出了宽厚比为17.4、厚度为1.15㎜的铜扁线;对铜扁线性能进行了检测,其性能完全符合相关国家标准.同时,实测了不同工艺参数(挤压轮转速和泄料间隙)下堵头处的温度.将数值模拟与实验结果所得的结果进行对比,结果表明数值模拟结果与实验结果基本吻合. (4)在大宽厚比铜扁线连续挤压过程的基础上,建立了铜空心导线连续挤压数值模拟模型.通过数值模拟,提出了连续挤压铜空心导线的解决方案,同时,分析了不同工艺参数对铜空心导线连续挤压过程的影响,为进一步进行铜空心导线的连续挤压实验提供了基础数据. 关键词:连续挤压,铜合金,大宽厚比铜扁线,铜空心导线,有限元,数值模拟
- 作者：
- 吴朋越
- 学位授予单位：
- 北京有色金属研究总院
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2007年
- 导师姓名：
- 谢水生
- 关键词：
- 铜合金；连续挤压；挤压成型；导线；数值模拟
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