专利名称：一种管材挤压变形时材料本构关系模型建立方法
技术领域：
本发明属于管材挤压成形时材料本构关系模型的建立方法，可以适用于不同材料 在管材挤压成形时的本构关系模型建立。
背景技术：
建立准确的材料热变形本构关系模型对于分析材料变形特征和成形性能，优化塑 性成形工艺及模具设计具有重要意义。材料本构关系模型是塑性变形过程数值模拟和模具设计不可缺少的基础理论模 型，材料本构关系模型的计算精度和形式直接影响计算结果和计算速度。从文献上看，目 前关于材料热变形本构关系模型的建立方法是依据Arrhenius型方程形式，对热模拟实验 或热拉伸实验数据采用数理统计的方法建立起来的。热模拟实验或热拉伸实验时的变形 体是一个自由镦粗或自由拉伸的变形过程，都是受单向外力作用，而且其未受力方向上都 是自由表面，如果采用热模拟实验或热拉伸实验数据建立起来的材料本构关系模型应用到 挤压变形过程中，由于应力状态等变形条件不同，必然产生计算误差，进而影响数值模拟精 度。因为挤压变形时的受力状态与热模拟实验或热拉伸实验时的受力状态差别明显，挤压 变形时变形体的三个方向都是受压应力作用，而热模拟实验或热拉伸实验时的变形体都是 受单向压力或单向拉伸力作用，而且其它方向上都是自由表面。因此为了建立准确的管材 挤压变形时材料本构关系模型，提出了本发明专利，即根据管材挤压变形时的实验数据，依 据Arrhenius型方程形式，对实验数据采用数理统计的方法建立适合于管材挤压变形时的 材料本构关系模型。
发明内容
本发明专利的目的就是根据管材挤压成形时的应力一应变速率关系，而提供一种 来确定适用于管材挤压变形时的本构关系模型的方法。本发明采用的挤压装置，包括挤压轴、挤压筒、挤压模板，挤压筒底部的挤压模板 上设置有挤压凹模，挤压轴插设在挤压筒的上部，挤压模板上设置有挤压坯料，挤压坯料的 顶面上分别设置有石墨垫和挤压垫，挤压筒内设置有一挤压杆，挤压杆分别穿过挤压坯料、 石墨垫及挤压垫，挤压杆的上端与挤压轴相连接，挤压杆的下端与挤压凹模相连接。一种管材挤压变形时材料本构关系模型建立方法，其特征在于包括以下工艺步 骤(1)准备挤压坯料，相关辅助材料；(2)用挤压装置通过由挤压实验测得挤压应力-应 变速率曲线；⑶绘制1η -1ιισρ、ln々-CTi^ln|sinh(c Tp)|-l/r的曲线；(4)通过计算得到适用于管材挤压变形时的本构关系模型。计算方法金属的高温变形是一个热激活过程，其变形温度、应变速率对流变应力的影响可 用Arrhenius方程表示
式(1)简化后可以得到 式中Al = Ααη，A2 = Α/2η， ，应变速率(S-1) ；Q，变形激活能(J/mol)，与材料 有关；σ，单位挤压应力(MPa) ；η,应力指数；Τ，绝对温度K ；R，气体常数，其值为8. 314J/ (mol · K) ；A，与材料有关的常数。在温度不变的条件下，Q，R，T，A均是常数，根据式(3)可以确定η和α值，即 在温度变化的条件下，Q随温度的变化而变化，R，α，η，Α均是常数，根据式(2)可 以得到Q和A的计算式⑷和式(5)。
根据管材挤压变形时的应力-应变速率数值，可以确定η，α，Q，A值，这样材料本 构关系模型就可以建立起来。在确定η，α，Q，A值时，式(1)到(5)中的单位挤压应力ο 也可以取峰值应力，这样计算比较简单。测得峰值应力Op的值后，绘制1η -1ησρ、Ιη -σρ 和1ιψ ι±(ασρ)|-1/Γ的曲线，就可以确定η，α，Q，A值，代入式(1)中厚，就可以确定适合于
管材挤压变形时的材料本构关系模型。本发明专利的原理本发明专利的原理是材料在挤压变形过程中，其挤压力的变化规律与圆柱体热压 缩模拟实验时的热压缩变形力规律相似，因此采用挤压变形时的应力一应变速率数值来确 定适用于管材挤压变形时的本构关系模型是可行的也是合理的。另外，挤压变形时的变形 温度也容易调节，平均应变速率与挤压速度的关系见式(7)。
式中， ，平均应变速率，1/s丸，挤压速度，mm/s ；G，，挤压比；H，锥形凹模高度，_; α为凹模锥半角，度D，挤压坯料外径，mm ；d，挤压管材外径，mm。只要改变挤压速度，就可以得到不同的挤压变形时的平均应变速率。因此，根据挤 压实验，就可以得到不同温度和不同应变速率时的挤压应力与温度、应变速率关系曲线。根据这些实验数据，以及式(3)_(5)，就可以确定式(1)中的η，α，Q，A值。从而，就可以得到 管材挤压成形时材料本构关系模型。本发明专利的优点建立的管材挤压成形本构关系模型更适合管材挤压成形时的数值计算或有关工 艺参数确定及模具设计。
图1为本发明的挤压装置的结构示意图。
具体实施例方式实施例一本发明采用的挤压装置，包括挤压轴1、挤压筒2、挤压模板8，挤压筒2底部的挤压 模板8上设置有挤压凹模7，挤压轴1插设在挤压筒2的上部，挤压模板8上设置有挤压坯 料6，挤压坯料6的顶面上分别设置有石墨垫4和挤压垫3，挤压筒2内设置有一挤压杆5， 挤压杆分别穿过挤压坯料6、石墨垫4及挤压垫3，挤压杆5的上端与挤压轴1相连接，挤压 杆5的下端与挤压凹模7相连接。一种管材挤压变形时材料本构关系模型建立方法，包括以下工艺步骤(1)选定ZK60镁合金管材为挤压坯料。(2)选择挤压设备1000kN压力机。挤压工艺参数温度分别为270°C，300°C， 330°C。挤压速度分别为(mm/s)1.00mm/s，2. 00mm/s，4. 00mm/s。对应的平均应变速率分别 为(1/s) 1. 29,2. 56,5. 15。(3)测得单位挤压应力-应变速率的数值，见表1。(4)绘制 1η -1ησρ、的曲线。(5)根据式(3)-(5)，得到 η，α，Q，A 值分别为 η = 9. 45，α = 0. 00278, Q = 169388, A = 4. 729X IO140(6)将η，α，Q，A值代入式(1)中即得到ZK60镁合金管材挤压变形时的本构关系
模型
(8)表1测得挤压时单位挤压力(MPa)
权利要求
一种管材挤压变形时材料本构关系模型建立方法，其特征在于包括以下工艺步骤(1)准备挤压坯料，相关辅助材料；(2)用挤压装置通过由挤压实验测得挤压应力 应变速率曲线；(3)绘制和的曲线；(4)通过计算得到适用于管材挤压变形时的本构关系模型。FSA00000236683300011.tif,FSA00000236683300012.tif
2.根据权利要求1所述的一种管材挤压变形时材料本构关系模型建立方法，其特征在 于所述的挤压装置，包括挤压轴、挤压筒、挤压模板，挤压筒底部的挤压模板上设置有挤压 凹模，挤压轴插设在挤压筒的上部，挤压模板上设置有挤压坯料，挤压坯料的顶面上分别设 置有石墨垫和挤压垫，挤压筒内设置有一挤压杆，挤压杆分别穿过挤压坯料、石墨垫及挤压 垫，挤压杆的上端与挤压轴相连接，挤压杆的下端与挤压凹模相连接。
全文摘要
一种管材挤压变形时材料本构关系模型建立方法，其特征在于包括以下工艺步骤(1)准备挤压坯料，相关辅助材料；(2)用挤压装置通过由挤压实验测得挤压应力-应变速率曲线；(3)绘制和的曲线；(4)通过计算得到适用于管材挤压变形时的本构关系模型。本发明的优点是建立的管材挤压成形本构关系模型更适合管材挤压成形时的数值计算或有关工艺参数确定。
文档编号B21C23/02GK101912890SQ201010258298
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者张士宏, 李德富, 梁海成, 王忠堂, 程明, 齐广霞 申请人:沈阳理工大学