大型铝型材挤压过程中金属流动规律的研究

论文摘要

目前,铝合金型材在日常生活和生产领域中的应用越来越广泛,用挤压的方法生产大型工业用铝型材,既节约资金又具有很高的生产效率,因此该方法在生产和研究领域都日益受到重视。在铝型材挤压工艺生产中,经常凭借经验和反复试模、修模来进行模具结构的调整,这样就会造成人力与物力的耗费;再者,铝型材挤压时,由于挤压模具内部是封闭的型腔,因此材料的流动、应力与应变场的分布以及模具载荷情况都很难监测与控制。本文以平面分流组合模挤压A16061方管型材为研究对象,通过三维造型软件Solid works创建了平面分流组合模型,利用刚塑性模拟软件DEFORM-3 D对型材挤压过程进行了模拟,从而实现了对模具结构的优化。在实际挤压中发现,分流孔面积相同时离中心越近的挤出速度越大,所以为了确保各部分流速相近,本课题利用数值分析,对挤压筒半径为230mm和285mm时的挤压出口速度和分流孔面积以及其在模具中的位置建立了数学关系式。通过此关系式,可以在已知其中一项的条件下,计算出其它两项,从而达到控制挤压出口高度和出口流速的目的,为模具设计提供了理论依据。本文首先论述了平面分流组合模的模具设计原则,以及刚塑性有限元理论;然后应用大型体积塑性成形模拟软件DEFORM-3D对A16061方管型材挤压工艺过程进行了模拟,在模具设计基础上,重新计算了定径带长度,调整分流孔的大小来满足分流比相同的要求,使金属流速（到焊合室内）相同,避免金属液在焊合室内产生横向流动使模芯不受弯曲力,基本上解决因应力集中而造成的开裂问题。从模拟结果中可以清楚地获得挤压过程的载荷形成曲线、应力分布以及模具出口处的金属流速情况,便于掌握金属的流动规律,从而提高模具设计质量和效率,实现模具开发的高质量、低成本、短周期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 铝合金型材挤压特点
• 1.3 铝合金挤压型材分类及常用合金
• 1.4 铝合金型材挤压技术现状与发展状况
• 1.5 国内外型材挤压发展概况
• 1.6 课题的背景和意义
• 1.7 课题研究的思路
• 第二章 模具的设计原则
• 2.1 型材模具的设计原则及步骤
• 2.1.1 挤压模具设计时应考虑的因素
• 2.1.2.模具设计的技术条件及基本要求
• 2.2.平面分流组合模的特点
• 2.2.1.工作原理与特点
• 2.2.2 一般结构
• 2.3 锻造成形、热处理工艺模拟软件DEFORM
• 2.4 有限元分析基本理论
• 2.4.1 刚塑性有限元理论基本假设
• 2.4.2 刚塑性材料边值问题
• 2.4.3 Levy-Mises理论
• 2.4.4 弹性本构关系
• 2流动理论'>2.4.5 J₂流动理论
• 2.4.6 弹塑性本构方程
• 第三章 挤压速度沿R方向分布规律
• 3.1 引言
• 3.2 实验原理及方案
• 3.3 采集数据
• 3.4 数值计算
• 第四章 方管铝型材挤压模具分析
• 4.1 原模具的结构及工艺参数
• 4.1.1 方管铝材的基本尺寸
• 4.1.2 挤压比
• 4.1.3 分流比（焊合压缩比）
• 4.1.4 分流孔
• 4.1.5 模孔定径带长度的确定
• 4.1.6 挤压温度
• 4.1.7 挤压速度
• 4.2 原模具挤压过程进行模拟
• 4.2.1 数值模拟前处理
• 4.2.2 实体模型的导入及进入前处理
• 4.2.3 网格划分
• 4.2.4 定义材料和速度
• 4.2.5 对称面和热交换面设定
• 4.2.6 数值模拟参数设定
• 4.2.7 摩擦因子和公差的生成
• 4.2.8 生成数据库和运行模拟
• 4.3 模具应力模拟
• 第五章 模具结构的优化及模拟验证
• 5.1 优化模具结构
• 5.1.1 分流比
• 5.1.2 模孔定径带长度
• 5.2 新模具挤压的模拟及结果
• 5.2.1 模拟结果
• 5.2.2 载荷——行程曲线
• 5.3 实验验证
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢