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铝型材挤压的数值模拟及工艺研究

陈彪彪  
【摘要】:铝合金型材在日常生活及生产领域应用越来越广泛,用挤压的方法生产铝型材,既节约金属又具有很高的效率。在我国铝型材挤压行业中,挤压模具的设计普遍处于经验和类比设计阶段,一次上机成功率低而造成整体成本的上升,严重制约了我国铝挤压行业的发展。随着CAD/CAM/CAE技术在实际生产中的应用范围越来越广泛,在保证计算精度和准确性的前提下,如何将数值模拟技术融入传统的铝型材挤压工艺中,对整个挤压行业的效益和发展具有重大意义。 本文首先介绍平面分流组合模的模具设计原则,论述任意拉格朗日欧拉法的基本原理与方程,分析铝合金挤压成形的数值建模过程方法,对生产中的例子进行数值模拟,验证软件模拟的准确性。其次,建立挤压成形的模拟试验,探讨挤压速度、坯料预热温度、摩擦变化三种工艺参数的对挤压过程的影响。随着挤压速度的增加,坯料的温度和模具的温度逐渐上升,温度最高的地方在出口工作带上,模具的导流孔的圆角部分存在流动死区,工作带的应力急剧升高。采用不同的坯料预热温度进行模拟,变形金属温度沿挤压方向逐渐升高,随着坯料预热温度的升高,挤压压力逐渐下降。随着摩擦系数的增加,整体温度上升,模具的载荷随着加大。探讨平模模角变化对模具应力、金属流动均匀性和金属压力的影响。分流模的分流比大小对挤压过程金属流动、模具温度、模具应力分布的影响。 基于挤压工艺参数和模具结构对挤压过程影响的探讨,本文最后选取某款散热器铝型材进行试验。首先设计挤压模具,试模后的型材进行装配,水平度达不到要求;对初次设计方案进行数值模拟,建立有限元分析模型,对挤压过程进行模拟仿真,分析型材出口位移、金属流动速度、温度、流动应力、瞬态时的压力变化和模具温度、模具应力的分布,指出模具挤压过程中可能出现的问题。提出在上模加大促流角、下模加阻流台、修改工作带的方案,先进行虚拟模拟,有效地解决了初始模具设计中速度分布不均的问题,再进行模具修改,最后生产出来的型材合格并可以装配使用。模拟结果与生产中较好的吻合,通过数值模拟方法,可以指导设计修改模具。证明了数值模拟的正确性和可行性。


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