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    基于圓環壓縮和擠壓–模擬法的Zr-4合金塑性成形摩擦因子測定

    趙乙丞 朱廣偉 齊鵬 張志豪

    趙乙丞, 朱廣偉, 齊鵬, 張志豪. 基于圓環壓縮和擠壓–模擬法的Zr-4合金塑性成形摩擦因子測定[J]. 工程科學學報, 2020, 42(2): 209-215. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.07.002
    引用本文: 趙乙丞, 朱廣偉, 齊鵬, 張志豪. 基于圓環壓縮和擠壓–模擬法的Zr-4合金塑性成形摩擦因子測定[J]. 工程科學學報, 2020, 42(2): 209-215. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.07.002
    ZHAO Yi-cheng, ZHU Guang-wei, QI Peng, ZHANG Zhi-hao. Measurement of friction factor in plastic forming of Zr-4 alloy based on ring compression and extrusion–simulation[J]. Chinese Journal of Engineering, 2020, 42(2): 209-215. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.07.002
    Citation: ZHAO Yi-cheng, ZHU Guang-wei, QI Peng, ZHANG Zhi-hao. Measurement of friction factor in plastic forming of Zr-4 alloy based on ring compression and extrusion–simulation[J]. Chinese Journal of Engineering, 2020, 42(2): 209-215. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.07.002

    基于圓環壓縮和擠壓–模擬法的Zr-4合金塑性成形摩擦因子測定

    doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.07.002
    基金項目: 國家重點研發計劃資助項目(2017YFB0306200)
    詳細信息
      通訊作者:

      E-mail:ntzzh2279@163.com

    • 中圖分類號: TG146.4+14

    Measurement of friction factor in plastic forming of Zr-4 alloy based on ring compression and extrusion–simulation

    More Information
    • 摘要: 采用圓環壓縮法和擠壓–模擬法測定Zr-4合金有潤滑條件下的摩擦因子,討論了2種方法所測定摩擦因子存在差異的原因。研究結果表明,在模具(砧面)粗糙度Ra = 0.6 μm、實驗溫度700~800 ℃的條件下,采用圓環壓縮法獲得的Zr-4合金與模具的摩擦因子為0.18~0.27,摩擦因子隨實驗溫度的升高而增大。擠壓溫度為750 ℃時,采用擠壓–模擬法獲得的熱擠壓平均摩擦因子為0.35。測試結果存在較大差異的原因,是由于擠壓過程潤滑劑的剪切速率較圓環壓縮實驗大得多,且擠壓過程中潤滑劑所受壓應力約為圓環壓縮實驗中的兩倍,從而導致潤滑劑黏度的增大,表現為摩擦因子較高。圓環壓縮法獲得的摩擦因子更適合于Zr-4合金的鍛造等熱加工工況。

       

    • 圖  1  圓環壓縮實驗示意圖

      Figure  1.  Schematic diagram of ring compression experiment

      圖  2  圓環壓縮前后

      Figure  2.  Before and after ring compression

      圖  3  不同摩擦力下圓環內徑變化. (a) 摩擦力較大; (b) 摩擦力較小

      Figure  3.  Changes in ring inner diameter under different friction degrees: (a) large friction; (b) small friction

      圖  4  不同壓縮速度下圓環壓縮載荷–位移曲線. (a) 4 mm·min?1; (b) 10 mm·min?1

      Figure  4.  Ring compression load-displacement curve at different compressing velocities: (a) 4 mm·min?1; (b) 10 mm·min?1

      圖  5  載荷–位移曲線對比

      Figure  5.  Comparison of load–displacement curves

      圖  6  Zr-4型材橫斷面尺寸

      Figure  6.  Cross section dimensions of Zr-4 profiles

      圖  7  Zr-4型材擠壓有限元模型

      Figure  7.  Finite-element model of Zr-4 profile extrusion

      圖  8  Zr-4型材擠壓載荷–位移曲線

      Figure  8.  Extrusion load–displacement curve of Zr-4 profile

      圖  9  棒材擠壓 (a)與圓環壓縮(b)時表面流動示意圖

      Figure  9.  Diagram of surface flow during rod extrusion (a) and ring compression (b)

      圖  10  棒材與圓環表面各點與模具的相對運動速度

      Figure  10.  Relative motion velocity of bar and ring surface with die

      圖  11  圓環壓縮與棒材擠壓時坯料表面壓應力

      Figure  11.  Compressive stress on ingot surface during ring compression and bar extrusion

      表  1  圓環壓縮實驗結果

      Table  1.   Results of ring compression experiment

      試樣潤滑壓縮速度/(mm·min?1實驗溫度/℃壓縮量/%內徑變化/%摩擦因子,mt
      11075034?26.81
      21070034.90.270.19±0.01
      31075034.6?1.130.22±0.02
      41080034.8?3.90.27±0.01
      7470029.81.130.18±0.01
      8475029.8?1.40.21±0.01
      9480030.4?3.10.27±0.02
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    • 加載中
    圖(11) / 表(1)
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    出版歷程
    • 收稿日期:  2019-01-07
    • 刊出日期:  2020-02-01

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