铝合金型材宽展挤压模具优化研究

论文摘要

铝合金型材在日常生产及生活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生产效率。宽展挤压是一种适合于挤压宽度大于挤压筒直径型材的新型挤压方法,部分代替了结构复杂、成本高的扁挤压筒,适合于国内许多中小型铝型材加工厂。目前,宽展挤压模具的设计一般凭借经验和反复试模来进行,这样会造成大量人力与物力的消耗,同时很难得到满意的效果。随着计算机技术的发展,CAD/CAE技术在模具设计制造行业得到了广泛应用。本文针对铝型材挤压工艺及模具设计,分别以FR029铝型材和平板型材宽展挤压为例,通过对挤压过程进行数值模拟,优化模具结构,找出缺陷存在的原因,为实际生产工艺和模具设计提供参数依据,解决实际生产中存在的问题。关于FR029铝型材挤压宽展模具参数优化设计。首先运用Pro/E软件通过改动需要优化的几何参数建立模具几何模型数据库;采用Deform-3D有限元软件进行挤压过程的数值模拟,并以金属流出宽展模具模口平面上Z向质点流速均方差作为目标函数值;基于MATLAB软件,建立BP神经网络,将有限元数值模拟结果作为神经网络的输入样本对网络进行训练并建立网络知识源;采用回归分析的方法求得设计变量与目标函数值之间的函数表达式,作为遗传算法的适应度函数;通过遗传算法迭代寻优求得全局最优解,作为FR029铝型材宽展挤压模具设计参数;最后验证并比较优化所得设计参数的模具与经验法确定的设计变量的模具对金属流动均匀性的影响。针对国内某企业生产平板型材产品时出现夹渣、组织条痕等氧化后才可见的缺陷的问题,采用Deform-3D有限元软件分别对平板的三套宽展挤压模挤压过程的挤压力峰值、挤压速度和挤压金属流动情况进行数值模拟;分析了产生缺陷的原因,并提出改进方案,即采用增大铸锭直径的方法。最后进行有限元数值模拟验证,将模拟结果与实际挤压型材进行对比,发现增大铸锭直径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型材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。同时可以确定三套模具中结构最优的一套模具。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 铝型材挤压技术应用及其特点
• 1.1.1 铝型材挤压技术的应用
• 1.1.2 铝型材挤压技术的特点
• 1.2 铝合金型材的分类
• 1.3 铝型材挤压工艺与模具CAE 应用的国内外研究概况
• 1.4 铝型材宽展挤压简介
• 1.4.1 铝型材宽展挤压原理和流动规律
• 1.4.2 铝型材宽展挤压特点
• 1.4.3 铝型材宽展挤压国内外研究状况
• 1.5 BP 神经网络、遗传算法及应用软件简介
• 1.5.1 BP 神经网络简介
• 1.5.2 遗传算法简介
• 1.5.3 MATLAB 软件简介
• 1.5.4 有限元分析软件简介
• 1.6 本文研究意义及内容
• 第2章 FR029 铝型材挤压宽展模具结构优化
• 2.1 预备模块的建立
• 2.1.1 目标函数的选择
• 2.1.2 优化变量的选择及其约束范围
• 2.1.3 几何模型的建立
• 2.2 数值模拟模块的建立
• 2.2.1 有限元模拟中各种参数的准备
• 2.2.2 DEFORM 模拟
• 2.2.3 SDV 计算与导入
• 2.3 神经网络模块的建立
• 2.3.1 BP 人工神经网络的建立与训练
• 2.4 遗传优化模块
• 2.4.1 适应度函数的选择
• 2.4.2 运用回归分析确定适应度函数的表达式
• 2.4.3 遗传算法寻优
• 2.5 有限元模拟验证
• 第3章 平板型材宽展挤压过程数值模拟及模具结构优化
• 3.1 平板型材宽展挤压问题的提出
• 3.2 几何模型的建立
• 3.3 有限元模拟中各种参数的准备
• 3.3.1 物理性能参数
• 3.3.2 材料模型
• 3.3.3 摩擦边界条件
• 3.3.4 工艺参数的定义
• 3.4 数值模拟结果与分析
• 3.4.1 挤压力分析
• 3.4.2 流速分析
• 3.4.3 金属流动分析
• 3.5 平板型材宽展模具结构的改进
• 结论
• 参考文献
• 致谢