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空心型材挤压过程数值模拟及模具结构优化研究

何芯  
【摘要】: 模具在挤压加工工业中占有十分重要的地位。模具质量的好坏,使用寿命的长短,往往是决定某一挤压工艺是否经济可行,某一新产品开发成败的关键因素。平面分流组合模是挤压生产空心型材的重要模具,其结构参数直接影响产品质量,而且由于产品形状的复杂性以及过高的挤压力,分流组合模极易损坏。因此,必须设计合理的模具,以保证产品质量和提高模具的使用寿命。 本文通过有限元软件HyperXtrude对空心型材挤压过程进行模拟,并对仿真结果进行分析。根据实际生产中镁合金AZ61薄壁空心型材挤压制品出现壁厚减薄的问题,通过对模拟结果进行分析,发现AZ61镁合金薄壁空心型材的中心孔处壁厚不均现象是由于金属的流动不均和金属在焊合室内压力不均造成的,且模拟得到的壁厚值与实际测量值基本吻合。因此,可从减小金属流动不均和平衡焊合室内的压力分布出发,对模具结构加以改进以解决该型材中心孔处壁厚不均的问题。影响金属流出工作带时流动速度的因素与金属从分流孔流入到工作带流出的路径有关,直接涉及到分流孔的形状尺寸和位置、焊合室的形状尺寸以及模芯间距等因素。在保证其他模具结构参数不变的情况下通过增加阻流块、修改焊合室高度、改变焊合室的形状和修改模芯间距等5个方面来考察其对金属在出模口处流速的影响。通过仿真,得到不同的模具修改方案中型材成形过程金属流动情况、压力分布情况及模芯位移分布情况,通过对流进和流出工作带处金属的平均速度进行计算,发现模具修改后,薄壁型材的壁厚趋向于均匀。经过比较不同修改方案中的壁厚值,得出其中最优的模具结构设计为修改分流孔尺寸的设计方案。 同时也研究了6063铝合金空心型材挤压过程中不同方向上的金属流速及焊合室内的压力分布,分析了缺陷产生的原因,并提出了修模方法,即增加阻流块的方法。模拟结果表明,增加阻流块后,型材在不同方向上的速度发生了变化,尤其是金属流向型材内部的速度明显降低,减小了型材的内凹现象。将模拟结果与实际挤压型材进行对比,发现增加阻流块的方法能生产出合格的型材,证明了采用有限元方法可用于复杂型材挤压过程中热挤压模具的优化研究,对实际的型材生产过程有一定的指导意义。


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