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6N01大型空心扁宽铝型材挤压流动分析及新型工模具优化设计

王东  
【摘要】:伴随我国高速列车、船舶、汽车等行业的快速发展,车体轻量化已成为未来发展趋势。而铝合金依靠其低密度、高比强度、耐腐蚀、加工性能好、可回收等优势,现已成为我国高速列车车体制造的主要结构材料。其中6N01铝合金材料挤压性能优异,其空心扁宽挤压型材在高速列车车体侧壁、地板和顶棚等结构中得到广泛应用。但由于该类铝型材截面结构复杂,模具多采用多水平分流孔、多级焊合、不等长工作带等复杂结构,挤压过程中材料在预成形阶段体积分布不易控制,金属不均匀变形程度严重,型材产品成品率和模具寿命较低,严重影响了型材生产效率和制造成本,成为铝型材生产企业迫切需要解决的关键问题。因此,基于数值仿真方法对大型空心扁宽铝型材挤压成形过程中材料流动规律进行分析,进而研究新型挤压工模具,并对其结构进行优化设计,对于控制型材质量、提高型材成品率以及改善模具寿命具有重要的意义和工程应用价值。为此,本文围绕高速列车车体结构中一 6N01大型空心扁宽铝型材在实际挤压中存在的问题,结合数值模拟与现场挤压生产等手段,对该型材挤压过程中材料流动规律与新型工模具结构优化设计进行了系统研究。本文的主要内容与结论包括以下方面:(1)通过试验获得了 6N01铝合金铸锭力学性能和热物理性能参数,并通过对热压缩试验获得的高温流变应力数据进行温度和摩擦因素修正,计算得到了6N01铝合金考虑应变补偿的Arrhenius本构模型参数。(2)基于获得的6N01铝合金材料参数,利用HyperXtrude软件将加设宽展导流模的挤压模具应用到大型空心扁宽铝型材挤压数值模拟中,并通过与现场挤压生产对比,验证了所建数值模型的可靠性。基于响应曲面法,以模具出口处型材截面速度均方差为目标,对该挤压模具中宽展导流结构进行了优化设计,并获得了合理的模具结构。(3)以6N01大型空心扁宽铝型材挤压为例,设计并对比研究了圆挤压筒与不同过渡形式的扁挤压筒结构对型材挤压数值模拟过程中材料流动、变形、压余长度、焊合以及模具应力等方面的影响。(4)在常规平面分流组合模具的基础上对新型蝶形模具进行了设计,并借助HyperXtrude软件,对比分析了传统挤压模具与蝶形模之间及蝶形模主要模具结构对大型空心扁宽铝型材挤压过程中金属流动、挤压力、模具的影响规律。


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