铜的热挤压有限元模拟

0 引言
   
    现在铜的挤压生产工艺已经比较成熟，而且对铜在挤压过程中金属的流动情况也有很多研究方法：视塑性法、坐标网格法、低倍和高倍组织法、偏振光法、云纹法等。但利用有限元模拟仿真软件模拟铜的挤压流动过程的研究见诸报导的较少。本文采用能较真实地反映材料加工过程的塑性大变形软件MSC.Superform建立了挤压模型，采用热力耦合法研究了铜在热挤压过程中的金属流动情况，分析了金属变形情况和应力分布情况，并且和实验结果进行比较分析。

1 计算模型的建立

    1.1有限元模型的建立
   
    根据实验所用铜棒挤压过程中的几何参数和形状，铜棒、模具及挤压轴的几何模型如图1所示(轴剖面图)。这是一个典型的轴对称零件成型，所以只需建立半个几何模型即可，把它当作轴对称问题处理。

   1.2 网格划分
 
    建立有限元模型后，进行网格划分。网格大小和实验所刻画网格相同，以便于比较分析，如图2所示。

    1.3 初始条件
   
    铜锭坯(变形体)和模具(刚体)之间的摩擦因数为0.25。初始温度定为800℃。

    1.4 施加载荷
   
    挤压轴(刚体)在X方向的速度为12mm/s。模具固定不动。挤压时间为1s，分500步挤压完成。

    1.5 材料特性
   
    采用纯铜T1材料，在挤压过程中，初始温度定多800℃，温度变化不大，所以不考虑温度对材料性能合影响，在800℃时T1材料参数为:杨氏模量E=7.9x10*4mg/ ( s2·mm )，泊松比μ= 0.33，密度p=8.7 x10-*9mg/mm3，比热c=5.85 x 10*8mm2/( s2·℃)，热导率k=50mg·mm/ ( S3·℃)，热膨胀因数为2.1 x 10-*5℃.弹塑性变形，满足弹塑性材料的基本假设和力学基本方程;材料的屈服强度σs= 220mg/ ( s2·mm)。所有单位采用模拟仿真软件MSC. Superform的单位。