1。6 本文研究的内容、目的和意义

超细晶材料所具有的优异的物理性能和力学性能为提高材料综合性能，发展新材料和改进传统材料提供了条件。ECAP作为SPD的方式之一，能够明显的细化晶粒，得到超细晶结构，已经成为材料科学研究领域中的一个研究热点。如今，ECAP已在一些领域投入应用，但在工业上广泛的推广、优化还需对ECAP模具参数进行研究。

本课题在ECAP的基础上进行了改进，利用正挤结合侧挤的方式来如图1-5所示。采用纯铜为研究对象，设定了一系列的模具参数来进行模拟。由于数值模拟的方便性和有限元分析在剧烈塑性变形的可靠性[13-17]，采用DEFORM-3D有限元模拟软件对正挤结合侧挤过程进行模拟分析，主要研究以下几个方面：

（1）通道转角内侧圆角半径r对正挤结合侧挤试样等效应变大小、分布及挤压载荷的影响；

（2）通道转角外侧圆角半径R对正挤结合侧挤试样等效应变大小、分布及挤压载荷的影响；

（3）正挤压夹角α对正挤结合侧挤试样等效应变大小、分布及挤压载荷的影响；

（4）外侧挤压夹角Φ对正挤结合侧挤试样等效应变大小、分布及挤压载荷的影响；

（5）凸模工作带高度h对正挤结合侧挤等效应变大小、分布及挤压载荷的影响；

（6）正挤结合侧挤工艺与正挤压工艺的不同。

图1-5 正挤结合侧挤示意图

第二章  有限元模拟

2。1 DEFORM-3D介绍

DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺，可以在计算机上模拟整个加工过程。主要分为以下五个部分：DEFORM-2D（二维）、DEFORM-3D（三维）、DEFORM-PC（微机版）、DEFORM-PC Pro（Pro版)、DEFORM-HT（热处理）。

DEFORM有成形分析和热处理两个功能，成形分析主要是对冷、温、热锻的成形和热传导耦合分析；对刚性、弹性、热粘塑性材料模型的大变形成形分析等，并提供了包括各种钢、铝合金、钛合金和超合金等在内的材料数据库；热处理则包括模拟正火、退火、淬火、回火、渗碳等工艺过程；预测硬度、晶粒组织成分、扭曲和含碳量；可以分析各种材料晶相，每种晶相都有自己的弹性、塑性、热和硬度属性等。

DEFORM-3D是在一个集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性进行模拟仿真分析。适用于热、冷、温成形，提供极有价值的工艺分析数据。如：材料流动、模具填充、锻造负荷、模具应力、晶粒流动、金属微结构和缺陷产生发展情况等。具有以下优点：（1）不需要人工干预，全自动网格重划分。（2）前处理中自动生成边界条件，确保数据快速可靠。（3）集成有成形设备模型，如：液压机、锤锻机、螺旋压力机、机械压力机和自定义类型。（4）材料模型有弹性、刚塑性、热弹塑性、热刚粘塑性、粉末材料、刚性材料及自定义类型。（5）具有2D切片功能，可以显示工件或模具剖面结果。（6）FLOWNET和点追踪、变形、云图、矢量图、载荷-行程曲线等后处理功能[18]。

2。2 正挤结合侧挤模拟方案和步骤

将有限单元法用于等径角挤压过程的研究可以节省试验费用，其高速性和可靠性还可以对等径角挤压多道次变形进行数值模拟，揭示等径角挤压过程中金属材料的流动规律，探讨各种工艺参数对变形的影响规律[19]。

采用DEFORM-3D对纯铜的正挤结合侧挤进行数值模拟，首先，在PRO/E等三维软件中建模，并保存副本为STL格式。首先试样为Φ20×40的圆柱体，采用挤压比为2。8，凸模工作带h高为10，正挤压锥角α为90°，外侧挤压角Φ为105°的凹模，改变凹模通道转角内侧圆角半径r为0、1、3mm；以及通道转角外侧圆角半径R为0、3、5mm，进行模拟获得9组实验数据。应用控制变量的方法，在其他条件不变的情况下，选择通道转角内侧圆角半径r为1以及通道转角外侧圆角半径R为3，改变正挤压锥角α为120°和150°，获得2组数据。同样，在其他条件不变的情况下，改变外侧挤压夹角Φ为90°和120°，获得2组数据。改变挤压比为4，得到一组数据，改变凸模工作带h的高度10,15,20获得3组数据，最后省去侧挤部分，在其余条件不变的情况下进行正挤获得一组数据。综上本文共进行了18组模拟分析。论文网