液力挤压技术是在机械挤压（也称正挤压）技术上进一步发展而来的，是一种先进的材料成行技术。其技术优势：1）金属材料在高压下塑性大大提高，液力挤压技术仅一次挤压即可获得较大的变形量［1-2］（超过传统旋锻4倍以上），并改变材料的微观组织，通过液力挤压技术加工的钨合金强度提高50%~80%。2）生产过程中，坯锭始终处于周向等静压应力作用，不会发生正挤压的镦粗现象，可防止坯锭内部缩孔及表面裂纹的形成。经液力挤压的制品，被拉长的晶粒呈圆柱状，晶粒断面呈等轴圆形，使材料在同等强度下有更好的塑性，在同等断面收缩率下呈现更好的断裂韧性［3］。3）挤压过程中，模具始终处于超高压液体的包围中，由于超高压液体的作用，模具结构可以设计得很小、很薄，这将大大降低模具的制造成本，在挤压不同变形量及不同尺寸制品时，只需更换模具即可，操作快捷简便。 由于挤压制品的质量已为近净产品，因此制品直径在液力挤压工艺设计中也成为一个主要技术参数。采用弹塑性有限元法［4-5］，利用ANSYS软件ANSYS—MultiField分析钨合金在不同变形量的挤压压力下模具内部应力——应力模具定径处应力的变化情况，以及制品尺寸与模具尺寸之间的关系，为得到所需制品尺
钨合金液力挤压模具参数设计数值仿真研究
钱学梅1，袁格侠2，田雨江1，蔡波1，阎晓燕1，贺新民1，侯彩云1
（1.中国兵器科学研究院宁波分院，浙江宁波315103；2.宝鸡文理学院，陕西宝鸡721013）摘要采用有
限元数值模拟仿真技术研究液力挤压过程中模具定径尺寸，并与实测结果相比较。结果表明：数值模拟仿真计算结果和实测结果相一致，即随着挤压比的增大，制品直径回弹量也随之增大；当制品直径尺寸精度要求大于5道时，模具设计中定径尺寸的回弹量可忽略。
关键词液力挤压；定径尺寸；数值仿真
中图分类号TP391.9；TG376.4文献标志码Ａ文章编号1004-244X（2013）05-0097-03
Numerical simulation on parameters design of hydraulic extrusion die for tungsten alloys
QIAN Xuemei1，YUAN Gexia2，TIAN Yujiang1，CAI Bo1，YAN Xiaoyan1，HE Xinmin1，HOU Caiyun1（1.Ningbo Branch of Chinese Academy of Ordnance Science，Ningbo315103，China；
2.Baoji University of Arts and Sciences，Baoji721007，China）
Abstract The finite element numerical simulation technique was used to study the mould sizing dimension in the process of hydraulic extrusion，and the calculated results were compared with that of experimental results.The results show that the numerical simulated values are identical with experimental values.The springback values increase with the increase of extrusion ratio.The springback values of sizing dimension in die design can be disregarded if diameter dimensional accu
racy of products is more than0.01mm.
Key words hydraulic extrusion；sizing dimension；numerical simulation
收稿日期：2013-04-17；修回日期：2013-08-25
作者简介：钱学梅，高级工程师；主要从事高压容器及密封技术研究。E-mail：qxm52@126。
涂适当的合金粉末，其主裂纹级别可变为1级、网状裂纹级别变为2级，合金的热疲劳级别变为3级，合金的热疲劳性能显著提高。
双腔减压
3）从提高M963高温合金疲劳性能的角度出发，合金元素添加量（质量分数）优选为7%Cr+5%V+0.5% RE；熔体过热温度优选为1030℃；表面超音速火焰喷涂合金粉末配比优选为Cr-20Al-30V-0.5Y。
5参考文献
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兵器材料科学与工程ORDNANCE MATERIAL SCIENCE AND ENGINEERING Vol.36No.5 Sept.，2013
第36卷第5期
2013年9月
网络出版时间：2013-9-1815:33
网络出版地址：wwwki/kcms/detail/33.1331.TJ.20130918.1533.008.html
兵器材料科学与工程
第36卷
寸而设计合适的模具定径尺寸提供可靠的理论依据。
1数值仿真计算模型
1.1材料模型与材料参数1.1.1几何模型的建立
离合器盘鉴于挤压缸及坯料结构的对称性，可将挤压过程视为三维轴对称问题。
1.1.2载荷的简化
由于静液压挤压过程是一个流固耦合作用的复杂过程，并且随挤压过程的进行液固接触面也在发生变化，虽然ANSYS 软件ANSYS—MultiField 求解器提供了流固耦合求解的平台，但根据现有资料，在静液压挤压仿真以及其研究领域对于流固耦合数值的分析还没有实例，因此对其载荷需进行转化。本研究拟将坯料所受的静液压转化为固体与固体的接触压力，通过不同变形量的坯料（即不同尺寸坯料）
在进入模具成型孔时与实际受力状态相同，实现载荷的简化。如图1所示，对筒体施加压力P o ，则筒体与坯料之间将产生径向压力，调整相关参数使之与坯料端部所受压力P 相同，这样坯料的受力状态与实际挤压过程相似。此时，坯料处在3向应力状态。
研究制品直径的回弹，必须考虑模具的塑性变形。模具上端面受液体介质的挤压，下端面与法兰接触，因此可将模具简化为平面应变状态计算，模具材料性能参数：弹性模量E 为206GPa ；屈服强度σs 为1
168MPa ；泊松比μ为0.27。
图2为材料模型的应力-应变曲线。可知，当切变模量为434MPa ，在建立有限元模型时，材料模型为双线性模型。1.2有限元模型
由于液力挤压过程中，坯料、模具几何形状在合计边界条件都轴对称，所以在数值计算过程中采用式样的中心纵剖面作为计算几何模型，有限元单元采用平面四边形八节点单元，划分后的有限元模型，见图3。
1.3边界条件
结构分析采用轴对称2D 平面分析，故需在相应的面上施加对称边界条件；对于挤压缸上、下端面及
外圆按上面的分析施加相应的约束，分析边界条件，如图4所示。
2计算结果及分析
模具孔径为7.5mm ，钨合金坯料直径为9、10、11
mm 的径向变形ANSYS 仿真计算结果，见图5。可以看出，除端部以外，坯料直径为9，10，11mm 的径向变形量平均依次为-1.473、-2.458、-4.450mm ，则其制品直
挤压筒
模具
密封圈
筒体坯料
P
P o
a
ϕ1
α
ϕ2
图1载荷简化示意图
Fig.1Schematic diagram of load determination
5.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.008286214142070应变/％
应力/M P a
图2挤压缸材料单向拉伸应力-应变曲线Fig.2Strain⁃stress curve of extrusion cylinder materials
under uniaxial tensile loading
图3液力挤压的有限元模型
Fig.3Finite element model of hydrostatic extrusion
图4有限元分析边界条件Fig.4Boundary condition of ANSYS
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第5期
径依次为7.527、7.542、7.550mm ，回弹量依次为0.027、
0.042、0.050mm 。即随着挤压比增大，制品直径回弹
量也随之增大，这主要是由于随着挤压比的增大，挤压力增大，对模具的径向压力也增大，模具的周向变形增大。
挤压比相同时（λ=D 2/d 2=1.7778），模具孔径为7.5、9、10.5mm ，相应的坯料直径依次为10、12、14mm ，其挤压径向变形量ANSYS 仿真计算结果，见图6。可以看出，除端部以外，径比为1.778，孔径为7.5、9、10.5mm 的径向变形量平均依次为-2.458、-2.958、-3.466mm ，则其制品直径依次为7.542、9.042、10.534
mm ，回弹量依次为0.042、0.042、0.034mm 。即随着孔
屋面玻纤瓦径的增大，制品直径回弹量几乎不变。
选用钨合金坯料液力挤压直径为14.98~20.00mm 的模具，挤压变形量分别为15%、24%、30%、42%，根据挤压变形量选择不同直径的钨合金坯料，挤压介质选用航空油。将试验结果与数值仿真计算结果进行对比，结果见表1。可以发现，利用ANSYS 仿真计算结果和实测结果的变化规律相吻合。
3结论
1）利用ANSYS 软件ANSYS—MultiField 求解器可
以对钨合金在液力挤压的工艺过程进行有效和可靠的分析。
2）制品直径尺寸精度要求大于5道时，模具设计中定径尺寸的回弹量可以忽略不计。
4参考文献维夫饼干
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强化机制［J ］.材料科学与工程，2007，15（5）：689-692.［3］张朝晖，王富耻，李树奎.静液挤压钨合金的显微组织与力
学性能［J ］.中国有金属学报，2001，11（z1）：88-91.［4］张朝晖，王富耻，李树奎.静液挤压过程的数值模拟研究
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［5］瞿文吉，崔桂勇.应用刚塑性有限单元法研究静液挤压的工
艺参数［J ］.北京钢铁学院学报，1988（2）：162-166.
序号123456
变形/%151542302424
模具定径尺寸/mm
20.0014.9820.0019.9914.9919.98
制品直径实测值/mm
20.0115.0020.0420.0215.0120.01
表1模具定径尺寸与制品直径关系
Table 1Relationship between die sizing dimension and
products diameter
a—7.5mm 孔径
b—9mm 孔径
c—10.5mm 孔径
图6径比相同模具孔径不同时的直径变形量Fig.6Diameter deformation for the same diameter ratio from
various die pores
a—9mm 坯料
b—10mm 坯料
c—11mm 坯料
图5相同模具孔径下经不同挤压比后的直径变形量Fig.5Diameter deformation for various extruding ratio from the
划线仪汽车桥壳same die pore
钱学梅等：钨合金液力挤压模具参数设计数值仿真研究
高强度耐热Al 合金及其制备工艺
日本专利JP2008202121中公布了本田汽车公司和住友轻质金属工业公司联合研发的新型高强度耐热A
l 合金及其制备工艺。该合金的化学成分（质量分数）为：2.5%~3.3%Cu 、1.5%~2.2%Mg 、0.2%~0.4%Si 、0.5%~1.0%Fe 、0.8%~1.3%Ni 、0.40%~0.70%Mn 、0.10%~0.20%Zr 、0.01%~0.04%Ti ，其余是Al 。其中，Cu/Mg 的质量比为1.1~2.2。合金制备工序是：在400~520℃对合金坯锭进行1~
20h 的均质化处理；在300~530℃对坯锭进行至少一次热轧加工；固溶处理；淬火；在150~220℃进行3~30h 人工时效处理。该Al 合金特别适合用于制造汽车零部件。
（范爱国供稿2013-01）
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