Page 149 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

第四章 高温合金锻造过程数值模拟

挤压力相符合的有限元模拟边界条件来确定摩擦因数。BUSCHHAUSEN 等利用
摩擦对材料流动的影响开展了反挤压试验。将下挤压杆和模具固定，上挤压杆以
固定速度挤压铝锭。由于挤压杆、铝锭和模具之间的相对速度差异构成了不同的

摩擦环境，两端挤出材料的长度会出现差异，尤其是在挤压比较小的情况下。通
过有限元模拟建立校准曲线，摩擦则可以用挤出物的长度以及冲头的倾斜角进行
定量表征。NAKAMURA 等利用与 BUSCHHAUSEN 相似的方法，提出了两种新
的反向挤压试验方法：一种是反向挤压锥形模具；另一种是固定的下挤压杆设计

成锥形或小的直径。这两种试验方法的挤出材料长度均对摩擦条件十分敏感，因
此摩擦的状况可以从有限元模拟中获得的校准曲线中判断出来。
近年来，WANG 等提出一种新型的双动挤压方法（DAE）来研究 7475 铝合
金挤压模具工作带界面的摩擦。试验使用两个不同工作带长度的模具，两端同时

施加一定速度挤压铝棒。该试验可在 Gleeble 热模拟试验机实现。结果发现挤出
型材的长度与工作带位置的摩擦是密切相关的。因此，模具工作带区域的摩擦可
通过挤出型材长度来进行表征。
（3）块盘试验

块盘试验是将挤出物做成盘状或是圆筒状，并试图模拟挤压环境来反映真实
挤压过程中摩擦的技术手段。随着磨损过程的进行，界面的接触压力会很快下降
到较低值。PELLIZZARI 等采用块盘试验等效研究了 6082 铝合金热挤压 H13 模
具钢的摩擦磨损机制。由于挤压过程中铝合金逐渐粘附在模具表面上，磨损过程

由两种不同的机制组成，从开始的铝 - 钢接触磨损转变为完全塑性变形的铝 - 铝
接触磨损。实验发现，经过不同硬涂层处理的钢球表面层与铝的化学相容性以及
表面层的机械稳定性决定了两种磨损机制之间过渡时间的长短。BJÖRK 等采用
筒块法和理论分析等效研究 6063 铝合金挤压模具工作带表面的摩擦行为。实验

先将铝筒和块样加热至 550℃来模拟工作带区域的温度环境并在氩气的环境下进
行，在 1min 内通过弹簧施加铝筒和块样间的正压力从 20N 增加到 60N。结果发
现铝筒和块样之间存在着密集的粘着摩擦，导致严重的模具磨损和大的摩擦因数。
通过挤压试验发现工作带区域从入口到出口的摩擦类型为从全粘摩擦逐渐转变至

滑移摩擦。TVERLID 等通过测量全粘摩擦区域和滑移摩擦区域的长度来描述摩
擦的特性。

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