6061铝合金热挤压过程中摩擦磨损行为等效表征研究

【摘要】摩擦边界条件对铝合金热挤压过程的有限元仿真结果的准确性有着至关重要的影响。然而，目前对挤压过程中铝合金与模具工作带之间的摩擦接触研究还不够成熟，在选择模拟的边界条件时，大多选取摩擦系数为0.3～0.6之间的经验值，而这在高温条件下明显是不准确的。所以深入研究高温条件下铝合金与模具工作带之间的热摩擦现象具有重要的意义。本文采用球盘试验来模拟真实模具工作带环境，以6061铝合金为研究对象，在环境温度分别为200℃、300℃、400℃和500℃，法向载荷分别为1N、3N、5N和10N，滑移速度分别为1mm/s、2mm/s和4mm/s的试验条件下进行了高温球盘试验，探讨了6061铝合金高温下的摩擦磨损行为以及模具工作带摩擦边界条件的表征。本文采用超景深、SEM、EDS等测试手段对磨损表面的形貌和成分进行了分析，研究表明6061铝合金随着温度的升高，存在着明显从轻微到严重磨损的转变，平均摩擦系数呈现出先增大后减小的趋势；而法向载荷和滑移速度对6061铝合金的磨损机制及平均摩擦系数的影响均不是特别明显。本文基于划痕试验的Tayebi模型和Goddard模型建立了新的球盘模型，并利用模型成功地分离了球盘试验中的剪切摩擦和犁沟摩擦。研究表明犁沟摩擦仅占表面摩擦的1%左右，而剪切摩擦占据了绝大比例。由模型计算得出的剪切摩擦应力表现出比剪切摩擦系数更为平稳的趋势，且前者不受接触面积变化的影响，因而能比摩擦系数更好地反映铝合金与模具工作带接触的真实摩擦。另外，基于Tayebi模型的球盘模型与基于Goddard模型的球盘模型得出的结果差异较小，但前者得出的结果相对更为精确，因而能更好地用于确定摩擦边界条件。此外，由球盘模型计算得出的不同法向载荷下的平均接触应力值接近，且由平均接触应力值反求出的法向力与试验施加载荷相差不大，证实了新建立的球盘模型的可靠性和准确性。
【作者】张明；
【导师】李落星；姚再起；
【作者基本信息】湖南大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】铝合金；挤压；摩擦；Goddard模型；Tayebi模型；

【参考文献】
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