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铝合金型材分流挤压过程的数值模拟研究

王尧  
【摘要】: 铝型材因其具有重量轻、强度高、外形美观等优点,在日常生活及生产领域的应用越来越广泛,而挤压成形是铝型材最主要的生产方式。传统的工艺分析及模具设计仍普遍处于经验类比的设计阶段,需要反复试模、修模来保证模具设计的成功率,生产效率低、成本高、周期长,而且产品质量难以保证。而又由于铝合金型材的挤压成形工艺具有品种多样、生产周期短等特点,因此,如何加快现有的分析和建模的速度,缩短分析时间,提高计算的效率对引入数值模拟的设计手段具有重要的意义。 本文首先讨论了挤压工艺和平面分流组合模具的设计原则,然后主要研究了铝合金型材分流挤压的数值模拟方法,讨论了任意拉格朗日欧拉法的基本原理与方程,以及6063铝合金材料的高温流变本构模型,并使用基于任意拉格朗日欧拉法的HyperXtrude挤压成形模拟软件对一空心铝合金型材挤压过程进行了稳态模拟,采用欧拉描述表征金属在模腔内部的流动过程,而采用拉格朗日描述表征金属挤出模孔后的自由变形过程,分析获得了挤压稳态阶段金属流动的速度场、温度场、应变速率场和应力场的分布规律,对模拟结果与实际的试模情况进行了对比分析,表明二者变形趋势基本吻合,证明该方法可以成功地预测实际挤压过程中可能出现的潜在缺陷,为工艺参数的选择和模具设计提供了理论依据。 建立了一种基于刚塑性有限元稳态分析的铝合金分流型材挤压数值模拟模型,结合MSC.Marc有限元软件,对铝合金型材分流挤压成形过程进行数值模拟,采用自适应极小时间增量步的方法,避免了有限元方法大变形成形时产生的网格畸变和网格重划分,避免了有限元法大变形瞬态分析时由于网格流动可能造成的累积误差,保证了计算的准确性。并对该方法的计算结果进行了详细的分析,利用出口质点流速的标准速度场偏差(SDV)值可以定量地判定截面出口速度分布的均匀程度,及其对型材形状和壁厚尺寸的影响。对照实际试模情况,证明了本简化建模方法既可以大大降低计算的时间成本,又能保证分析准确性,可以有效地模拟出分流挤压过程中材料的流动状态。


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