[發(fā)明專利]一種超塑性鋅鋁合金管材拉拔成型模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811331202.9
• 申請(qǐng)日: 2018-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN109460607B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳波;黃鴻興;韓鵬鵬;羅茂恒;黃江林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/10;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明涉及一種超塑性鋅鋁合金管材拉拔成型模擬方法，包括以下步驟：步驟1：采用建模軟件UG建立拉拔模具、粗合金管和拉拔機(jī)夾頭的三維仿真模型；步驟2：將拉拔模具、粗合金管和拉拔機(jī)夾頭的三維仿真模型以STL格式導(dǎo)出，然后傳遞到Deform塑性成型軟件Pre Processor中的DEFORM?2D/3D Pre模塊中；步驟3：采用自動(dòng)剖分法對(duì)粗合金管進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并且對(duì)軋頭以下進(jìn)行細(xì)化分；步驟4：設(shè)置合金材料的本構(gòu)方程參數(shù)，包括楊氏模量、泊松比、熱膨脹率及應(yīng)力應(yīng)變曲線；步驟5：根據(jù)設(shè)置的合金材料本構(gòu)方程參數(shù)，進(jìn)行仿真模擬，得到仿真結(jié)果。本發(fā)明可以較為完整地評(píng)價(jià)超塑性鋅鋁合金管材的拉拔性能，用于指導(dǎo)高精度鋅鋁合金延期體制備過(guò)程中，拉拔模具和拉拔工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料的塑性成型及控制領(lǐng)域，對(duì)管材拉拔成型過(guò)程進(jìn)行模擬仿真與優(yōu)化，具體涉及一種基于Deform軟件包的超塑性鋅鋁合金管材拉拔成型模擬方法。

背景技術(shù)

工業(yè)延期雷管廣泛地應(yīng)用于礦山開采、工程除險(xiǎn)、石油勘探與開采、建筑業(yè)、高速公路、鐵路、核電站等領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占據(jù)重要的地位。高精度雷管延期體是決定爆破系統(tǒng)的起爆時(shí)間和爆破能力的重要元器件。延期體的制作一般是在外徑為15~30mm，管壁厚為2~4mm，內(nèi)徑為8~24mm，長(zhǎng)度為50~70mm的粗合金管中填裝由氧化劑和還原劑混合后預(yù)制的延期藥，然后一端軋尖，拉拔模具穿孔后，在拉拔機(jī)上進(jìn)行拉拔，模具孔徑按照一定的步長(zhǎng)配備，管子通過(guò)穿模拉拔，實(shí)現(xiàn)外徑逐次減徑，管壁和內(nèi)徑也發(fā)生相應(yīng)的變化（但管壁和內(nèi)徑變化規(guī)律較為復(fù)雜），管內(nèi)的藥粉逐漸致密化和均勻化分布，根據(jù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)要求，最終獲得外徑為4~10mm，管壁厚為1~3mm，內(nèi)徑為1~8mm，長(zhǎng)度為1000~5000mm的含有致密均勻的延期藥粉的合金細(xì)管（亦稱延期索）。爆破器材生產(chǎn)廠家，進(jìn)一步將延期索切成5~50mm長(zhǎng)的延期體，用于裝配延期雷管，從而制備出具有較高延期精度的延期雷管。

鉛銻合金由于材質(zhì)柔軟流變應(yīng)力低、易于加工成型而被廣泛的應(yīng)用于延期體的制備中。但是鉛銻合金是一種重金屬污染物，會(huì)對(duì)人體、動(dòng)植物和土壤等造成嚴(yán)重和長(zhǎng)期的危害。例如，鉛進(jìn)入人體后會(huì)通過(guò)血液循環(huán)侵入大腦神經(jīng)組織，造成氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不能充分供給，進(jìn)而損傷腦組織，危害人體健康，嚴(yán)重者甚至可能導(dǎo)致殘廢，兒童和孕婦較成年人更容易受到傷害，兒童對(duì)鉛更加敏感，其神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)鉛有更強(qiáng)的親和力，一旦鉛進(jìn)入體內(nèi)，其吸收量將會(huì)是成年人的好幾倍，造成兒童的神經(jīng)、造血、泌尿、免疫及心血管、消化系統(tǒng)等的損害，而孕婦則會(huì)增加流產(chǎn)機(jī)會(huì)，縮短懷孕周期，并且還會(huì)通過(guò)胎盤屏障影響胎兒的正常發(fā)育降。雷管延期體中的鉛在猛炸藥爆炸后會(huì)以氧化鉛的形式進(jìn)入土壤，然后通過(guò)空氣、食物、水等途徑進(jìn)入人體并危害人體健康。隨著“工業(yè)無(wú)鉛化”進(jìn)程的推進(jìn)，逐步淘汰鉛在雷管工業(yè)中的應(yīng)用，因此急需尋找鉛銻合金管的替代物，替代物需具有良好的超塑性力學(xué)性能，能夠?qū)崿F(xiàn)塑性成型，且變形熱小。本專利在文獻(xiàn)調(diào)研和發(fā)明人對(duì)材料多年研究的基礎(chǔ)上，篩選出具有超塑性的鋅鋁合金，進(jìn)行延期體的制備研究。鋅鋁合金是一種典型的超塑性合金，在高溫下具有極低的流變應(yīng)力和極大的延伸率，即使經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砘蛟谑覝叵伦冃我材塬@得超細(xì)晶甚至納米晶組織，具有低應(yīng)變硬化、低流變應(yīng)力和高延展性，易于各種塑性加工成形。但是人們對(duì)于鋅鋁合金拉拔實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)過(guò)少，尚未形成系統(tǒng)性的模具和工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，難以指導(dǎo)材料鋅鋁合金延期體制備工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

因延期體的實(shí)驗(yàn)研究中，制備流程長(zhǎng)，依次涉及到合金熔煉、合金熱處理、管材擠壓、管材熱處理、管材拉拔等復(fù)雜工序，因此耗時(shí)長(zhǎng)、成本高。同時(shí)，因?yàn)樵囼?yàn)條件的穩(wěn)定性難以保證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性低。為了得到穩(wěn)定和準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果，需要多次重復(fù)試驗(yàn)，研發(fā)成本高。

通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，建立合金材料參數(shù)、拉拔速度、減徑錐角、定徑區(qū)寬度和不同形變量等與拉拔應(yīng)力的關(guān)系模型，從理論上進(jìn)行模擬仿真，從而可以優(yōu)化產(chǎn)品的加工工藝設(shè)計(jì)，改進(jìn)鋅鋁合金延期體管材的拉拔性能，降低延期體的研發(fā)成本。因此，本發(fā)明提出了一種超塑性鋅鋁合金管材拉拔成型模擬方法。

發(fā)明內(nèi)容