正 文
铜连续挤压的有限体积法数值模拟
发表时间： 2008-6-25 作者: 刘元文*曹雪*宋宝温 来源: 万方数据
关键字: 铜母线 连续挤压 扩展成形 数值模拟
对铜母线连续挤压过程的几何模型进行简化，基于MSC. Superforge软件平台，对铜母线连续扩展成形过程进行了数值模拟，确定了压下量为铜杆料直径的25%时为压实轮对铜杆压下量的最佳值，分析了铜连续挤压成形过程中坯料在挤压轮沟槽内的温度分布，指出在铜的连续挤压过程中，坯料的温度上升主要源于坯料的塑性变形。结果显示，铜坯料作用在腔体挡料块上的压力高达528~600 MPa，在坯料傲粗段前偶尔会发生折叠回流，这是造成连续挤压产品表面产生较大气泡和冷拔时断线质量缺陷的重要原因之一。为了避免金属流动造成的产品质量缺陷并提高腔体的使用寿命，应对腔体、挤压轮进行优化设计。
1引言
连续挤压自上世纪70年代发明以来，由于其独特优势得以迅速发展。近5年来，铜的连续挤压广泛应用于铜扁线和铜母线、梯排等纯铜和银铜实心产品的的生产，由于铜的连续挤压与铝的连续挤压是完全不同的坯料流动状态，几乎所有铝的连续挤压工装模具设计方法都不能直接用于铜的连续挤压。因此，有必要对铜的连续挤压工艺过程进行深人的研究。本文采用有限体积法(FVM)对铜母线的连续挤压过程进行数值模拟。有限体积法最初主要用于流体力学数值模拟，但对于特大变形和高温塑性成形问题，金属的塑性流动可以处理为流体的流动，部分学者逐渐将FVM引人金属塑性成形的数值模拟研究，目前国内已有学者应用该方法对于诸如型材高温挤压等大变形塑性成形问题进行数值模拟，有限体积法可以有效地回避FEM法无法解决的网格再划分问题。
2塑性有限体积法基本理论
基于Euler的有限体积法将材料流动所要经历的空间采用Euler网格进行离散。Euler网格是一个固定在空间的参考框架，通常采用六面体单元。Eider单元的节点在空间固定不动，Euler单元的体积是不变的，因此，用有限体积法模拟大变形塑性成形问题可以很好地回避FEM法网格再划分问题。坯料材料只是从一个单元流到另一个单元，并且材料的质量、动量和能量也随之从一个单元流到另一个单元，在材料流动的过程中，必须满足质量守恒、动量守恒、能量守恒、本构方程、状态方程和热平衡方程等控制方程。
上述微分方程可以用对时间的龙格一库塔法(Runge-Kutta time-integration scheme)来进行求解，从而得到有限体积内变形体的各种物理场量。
在有限体积法模拟过程中，Euler网格的建立遵循以下两条原则:Euler网格需覆盖金属流动所经历的整个区域;为了保证模拟精度，在成形工件的最小壁厚处至少包含了两个Euler单元。
连续挤压自上世纪70年代发明以来，由于其独特优势得以迅速发展。近5年来，铜的连续挤压广泛应用于铜扁线和铜母线、梯排等纯铜和银铜实心产品的的生产，由于铜的连续挤压与铝的连续挤压是完全不同的坯料流动状态，几乎所有铝的连续挤压工装模具设计方法都不能直接用于铜的连续挤压。因此，有必要对铜的连续挤压工艺过程进行深人的研究。本文采用有限体积法(FVM)对铜母线的连续挤压过程进行数值模拟。有限体积法最初主要用于流体力学数值模拟，但对于特大变形和高温塑性成形问题，金属的塑性流动可以处理为流体的流动，部分学者逐渐将FVM引人金属塑性成形的数值模拟研究，目前国内已有学者应用该方法对于诸如型材高温挤压等大变形塑性成形问题进行数值模拟，有限体积法可以有效地回避FEM法无法解决的网格再划分问题。
2塑性有限体积法基本理论
基于Euler的有限体积法将材料流动所要经历的空间采用Euler网格进行离散。Euler网格是一个固定在空间的参考框架，通常采用六面体单元。Eider单元的节点在空间固定不动，Euler单元的体积是不变的，因此，用有限体积法模拟大变形塑性成形问题可以很好地回避FEM法网格再划分问题。坯料材料只是从一个单元流到另一个单元，并且材料的质量、动量和能量也随之从一个单元流到另一个单元，在材料流动的过程中，必须满足质量守恒、动量守恒、能量守恒、本构方程、状态方程和热平衡方程等控制方程。
上述微分方程可以用对时间的龙格一库塔法(Runge-Kutta time-integration scheme)来进行求解，从而得到有限体积内变形体的各种物理场量。
在有限体积法模拟过程中，Euler网格的建立遵循以下两条原则:Euler网格需覆盖金属流动所经历的整个区域;为了保证模拟精度，在成形工件的最小壁厚处至少包含了两个Euler单元。
责任编辑：童伟
