论文部分内容阅读
铝型材作为铝合金的深加工产品,不仅具有质轻、美观、易回收的特点,同时还具备了较优的力学性能。正因如此,铝型材的应用范围近年来被逐渐的拓宽。作为铝型材生产过程中最为关键的因素,挤压成形工艺影响着型材产品的质量以及模具的使用寿命。在实际生产中,挤压模具的设计以及工艺参数的制定很大程度上依赖于工程师的经验总结,模具设计周期长,上机试模次数多,直接影响了产品的开发周期和成本,不利于企业在市场经济的浪潮中存活。而采用有限元数值模拟仿真的方法研究铝合金型材的挤压过程,可以直观的分析金属变形过程中挤压力、流速、温度以及应力的分布规律,为模具结构和工艺的优化提供一定的参考,有效的减少试模次数,控制产品开发的成本和周期,增强企业的市场竞争力。 本文主要以一种空心异型材为例,采用有限元数值模拟仿真与正交实验相结合的方法对挤压模具和工艺参数进行优化。首先,针对本文的产品设计了一种带有导流结构的平面分流挤压模具。对于导流部分分别设计了两种方案,一种是带有一定扩展角的导流结构(简称方案1),另一种是垂直导流结构(简称方案2)。通过比较两种不同结构对型材挤压过程中温度分布、变形以及挤压力的影响后,选择方案1。在方案1的基础上进一步观察分流孔以及型材出口处金属的流动规律,分析造成型材变形的原因。根据分析后的结果对分流孔与焊合腔的结构作相应的改进,改进后的结果表明型材的变形量减小到5.684mm。速度均方差减小到2.93mm/s,相对于改进前减小了35.83%。 其次,分析了焊合腔高度对于挤压过程的影响规律。分别采用三种不同的焊合腔高度并建立有限元模型。通过比较分析,得出焊合腔高度对金属的流速、挤压力以及应力分布的影响规律,并选取其中较优的一种焊合腔高度22mm。紧接着采用正交实验的方法优化挤压模具的工作带长度。选取对金属流速影响较大的三个单元的工作带长度作为研究对象,每个对象分别选取三水平,以型材出口处金属流动的速度均方差作为评价指标,对工作带长度进行优化。优化后的型材出口速度均方差为1.3121mm/s,比优化前减小了55.22%。 再次,采用正交实验的方法优化工艺参数,分析挤压速度、坯料温度、模具温度以及挤压筒温度对挤压力以及型材出口处金属流动均匀程度的影响规律。在优化工艺参数时,分别以速度均方差和速度相对均差作为型材流速均匀程度的评价指标。优化后的工艺参数如下:挤压速度为3mm/s、模具温度为470℃,坯料温度为480℃,挤压筒温度为470℃。最后采用实验对优化后的模具结构和工艺参数进行了验证。