第
34
卷第
2
期
2012
年
2
月
北京科技大学学报
Journal
of
University
of
Science
and
Technology
Beijing
Vo
I.
34
No.2
Feb.
2012
模横轧铝合金轧件内部空洞演变
崔丽华王宝雨囚
胡正寰
北京科技大学机械工程学院，北京
100083
因通信作者，
E-mail: bywang@ustb.edu.cn
摘
要
采用数值模拟的手段，研究了模横轧轧制铝合金时轧件内部空洞演化的一般规律和工艺参数对空洞演化的影响结
果表明:轧件内部单空洞演化的一般规律是球形一椭球形一轧件内部轴向贯通的孔腔;多空洞演化时，位于轧件中心的空洞
的变化规律和单空洞时相似，但其余位置的空洞发生了闭合，它们对中心空洞有正作用方面的影响;在模具的各个阶段中，模
入段的后期和展宽段的前期是内部空洞演化的关键阶段;在模横轧加工的工艺参数方面，展宽角是影响空洞演化的最敏感因
素，其次是断面收缩率，再次是成形角.研究证明了小的成形角、展宽角和断面收缩率均有利于轧件内部空腔的扩展.
关键词
模横轧;铝合金;空洞;有限元法
分类号
TG335.19
Evolution
of
internal
holes
in
aluminum
alloy
parts
by cross wedge rolling
CUI
Li-hu
α
，
WANG
Bao-yu
囚
，
HU
Zheng-hu
α n
School
of
Mechanical Engineering, University
of
Science
and
Technology Beijing , Beijing 100083 , China
囚
Corresponding
author , E-mail: bywang@ustb.edu.cn
ABSTRACT
The general evolution rules of internal holes in aluminum alloy parts
and
the influence of process
parameters
on the in-
ternal
holes in cross wedge rolling were
studied
by
means
of
numerical
simulation.
The
results show
that
the
general
evolution law of a
single
hole is firstly
spherical
,
then
ellipsoid ,
and
finally a hole through the rolled
piece
at
the
axial direction. As for multi-holes , the
evolution law of the
center
hole is
similar
to
that of a single
hole;
however, holes lied in
other
positions finally become closed
and
have
a positive effect on the
center
hole.
The
later
segment of the knifing zone and
the
former segment of the
stretching
zone
are
the crucial
evolution stage
to
the expansion of
internal
holes. Among the process
parameters
of
cross wedge rolling ,
stretching
angle is the most
sensitive
factor , followed by reduction in
area
and
then forming angle. It is proved that the
small
forming angle ,
stretching
angle
and
reduction in
area
are
conducive
to
the expansion of
internal
holes.
KEY
WORDS
cross wedge
rolling;
aluminum
alloys;
cavitation;
finite
element
method
铝合金的冶金过程决定了其内部不可避免地存
在空洞型缺陷，这些内部空洞的存在破坏了金属的
连续性，容易形成应力集中与裂纹损伤，导致工件的
寿命缩短以致报废.铝合金内部空洞的产生主要有
两方面的原因
[1]
一是冶金过程中，由于空气以及
炉气的进入形成的内部气泡型空洞;二是凝固过程
中产生的缩孔和疏松.为了提高工件的使用寿命，
合理确定工件的加工工艺，就需要深入认识空洞的
演化规律，探索提高空洞压实的条件，为实际生产提
供理论指导.
目前对空洞的研究比较少.
Keife
和
Stahl-
收稿日期:
2010-12-13
berg[2]
应用上限法对塑性变形时空洞的闭合过程进
行了理论研究，发现轧件心部的压力对于空洞的闭
合起着重要作用.张效迅和崔振山
[3]
基于细观塑性
理论和体胞模型，建立了大锻件高温成形过程中内
部空洞闭合的
z-c
判据.任运来等[
4]
研究了大型
锻件辙粗工序中锻坯内部球形空洞的闭合情况.结
果表明，随着空洞体积的减小，远场应力、应变迅速
增大，仅靠远场应力的增大使空洞闭合是非常困难
的，因此大锻件不可避免地存在未闭合的微小空洞.
Tanaka
等[
5]
应用刚塑性有限元法研究了锻件内部
空洞的闭合，认为空洞周围的等效应变和静水压力
基金项目:国家自然科学基金资助项目
(50675019;
50975023)
;北京市自然科学基金资助项目
(3082013)
;国家科技重大专项
(2
∞
9ZX04014-074
)
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