Page 148 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术
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Numerical Simulation Driven Hot Working Technology for High-temperature Alloys
数值模拟驱动的高温合金热加工技术
理的摩擦模型和摩擦测试方法来等效表征挤压过程不同接触界面的摩擦边界条件
和行为是十分重要的。
1. 摩擦模型
在铝合金热挤压过程中，存在 3 种不同的接触界面：铝锭与挤压垫、铝锭与
挤压筒和挤压模具以及挤出型材与模具工作带。在整个挤压过程中，不同接触界
面的摩擦学行为完全不同，需采用不同的摩擦模型。为了在仿真中准确地模拟铝
合金热挤压过程中不同接触界面的摩擦学行为，许多学者为此提出了多种摩擦模
型，主要可以概括为三类：经典理论摩擦模型、经验摩擦模型和基于物理本质的
摩擦模型。
2. 摩擦等效表征方法
（1）圆环压缩试验
圆环压缩试验是研究金属成形过程摩擦边界条件最为常用的方法，常被用于
定量表征锻压成形中动摩擦因数及评价润滑对变形的影响。圆环压缩变形后，在
任何摩擦条件下，试样外径总是增大的，而内径则随摩擦条件不同，可以增大、
减小和不变。在低摩擦条件下，材料向外侧流动，圆环的内外侧半径都增大；
在高摩擦条件下，靠近内侧的材料向内移动，外侧内侧向外移动，使内侧半径减
小，外侧半径增大。通过测定试样内径与高度的变化可以定量确定模具与试样接
触界面的摩擦因数。采用圆环压缩试验获取摩擦因数应用在热挤压仿真中未见相
关报道。
（2）挤压试验
挤压试验是研究摩擦对材料流动和挤压力影响最直接的方法。挤压过程的挤
压力由克服金属内部变形阻力和各种界面的摩擦力组成。通过挤压力可以反求出
各接触界面的摩擦。另外，工件与模具之间摩擦力的大小将严重影响挤压材料在
工模具中的流动，摩擦力较小的区域材料流动速度明显要比摩擦力较大的区域大。
BAKHSHI-JOOYBARI 等从挤压力的角度研究摩擦问题。挤压过程的挤压力
由 3 个部分组成：工件与挤压筒的摩擦力、工件与模具工作带的摩擦力以及工件
材料发生塑性变形需要的力。工件与挤压筒界面之间的摩擦力与材料的剪切强度、
挤压筒的内径及挤压筒内铝锭的长度等均有关系。因此，工件与挤压筒接触表面
的总摩擦力可以通过改变锭子的原始长度来获取。FLITTA 等采用正向热挤压与
有限元模拟相结合的方法来研究挤压筒界面的摩擦问题。通过调整与实验获得的
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