铝型材正挤压成型过程数值模拟及模具结构优化研究

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铝型材挤压产品具有重量轻、强度高、外形美观、综合性能好等优点,应用十分广泛。挤压工艺设计是实现铝型材挤压的重要环节,而实际生产中模具的设计和工艺参数的确定主要依赖工作者经验。这种传统的方式需要经过反复的试模、修模才能生产出合格的型材,很大程度上制约了铝型材行业的发展步伐。计算机技术的发展,使得数值模拟技术逐渐成为研究挤压成型规律、模具设计及其结构优化的重要工具。本文围绕平面分流组合模稳态挤压成型问题,采用数值模拟的方法,首先根据型材结构特点和分流模设计原则,设计出了分流组合模的结构尺寸,为铝型材生产提供了模具结构基础;利用基于ALE算法的有限元软件HyperXtrude对挤压过程进行数值模拟,针对型材流速不均问题开展模具结构优化,对模具主要结构如分流孔、引流通孔、引流斜槽、二级焊合室及工作带进行了优化,结果表明:模具的强度能得到保证,挤出型材流动速度平稳、变形小。其次,制定模拟试验方案,分别探讨挤压速度、模具预热温度、挤压比三个工艺参数对简单型材挤压成型过程的影响。结果表明:在保证生产效率和型材温度不超过AA6063铝合金的上限温度550℃的前提下,选择较低的挤压速度,对材料的均匀流动、温度的均匀分布和降低模具应力都是有利的;模具预热温度较低时,挤压力很大,易造成挤压闷车,模具预热至较高的温度则有利于提高型材流速均衡性,降低挤压力、流体应力和模具应力;挤压比过小或过大,对于改善型材流速均衡性和提高模具寿命均没有有利影响。并且以前面的大型型材为例,探讨了三个工艺参数对复杂型材挤压成型过程的影响,发现其影响规律和简单型材成型过程规律相同。最后,探讨焊合室结构和模芯间距对多孔模挤压过程的影响。发现多级焊合室可以有效地控制金属流动均匀性的规律。通过改变三级焊合室各级焊合高度发现,各级焊合室高度相同时金属的流动最为均匀,前进型模具次之,后退型模具最差,说明三级焊合室各级高度的确定十分重要,否则产生适得其反的效果;焊合室级数的增加有利于提高型材的焊缝质量,但实际挤压过程中需要更大的能耗。此外,模芯间距过大或过小都会使模芯产生横向偏移,降低了模芯稳定性,模具强度和型材的尺寸精度难以得到保证。
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