2196铝锂合金型材挤压工艺与模具参数优化及微观组织性能研究
发布时间：2021-10-12 09:52
2196铝锂合金是目前世界上最先进的轻质合金材料之一,属于典型的第三代铝锂合金材料,与传统铝锂合金相比,其密度更低,弹性模量、比强度和比刚度更高,耐腐蚀性能良好,广泛应用于航空航天等领域。空客A380飞机的地板梁、国产大飞机C919机身长桁、支柱和座椅导轨以及天宫一号机舱等结构件均采用了铝锂合金材料,使得整体重量减轻了 10%以上,提高了飞行器的性能,节约了运行成本。我国铝锂合金的研发起步较晚,虽然能够独立生产较先进的铝锂合金铸锭,但在加工制造技术方面与世界先进水平仍有较大差距。航空航天领域所应用的铝锂合金结构件大部分为挤压型材,我国目前尚不能自主制造高性能的铝锂合金型材产品,仍高度依赖国外进口。铝锂合金型材挤压工艺是多场多尺度耦合的大变形、高温、高压、复杂摩擦条件下的非线性成形过程,其工艺水平决定型材制品的最终质量,挤压模具结构和工艺参数的优化设计以及型材的热处理工艺是整个制造过程的关键技术,本文针对2196铝锂合金型材的热挤压变形规律、微观组织和力学性能开展了系统研究。（1）针对三种典型铝锂合金型材,建立了稳态挤压过程的有限元模型,结合实验设计方法和人工智能算法,研究了模具结构（分...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１铝型材挤压示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｓｋｅｔｃｈ?ｍａｐ?ｏｆ?Ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??
２．３．１数值模拟模型建立??图２－１为典型的飞机横梁实心型材，截面形状为工字形，最小壁厚为２．５０ｍｍ，??厚度较薄，截面积为６４４．５０ｍｍ２，模具型腔和工作带在生产过程中受到变形金属??强烈的热摩擦和冲击作用，模具结构设计合理与否直接关系到型材质量。??图２－２为优化后的模具结构设计方案，为了提高生产效率、产品质量及降低??成本，保证挤压时金属材料流动均匀和模具使用寿命，根据型材截面特点设计了??一种双孔平模，采用导流模加模垫的组合方式，模具出口处设计了空刀和喇叭锥??结构，为平衡金属流出模孔的速度，采用不等长工作带，模具的三维模型和工作??带长度分布如图２－３所示。??
山东大学硕士学位论文??在ＵＧＮＸ中创建好合理的模具结构物理模型，导入Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ前处理模块，??先改正模型中的错误，去除过小的曲面和线条，然后划分网格。划分网格的顺序??为工作带截面—整个工作带—整个型材—导流室—坯料，网格尺寸也逐渐增大，??工作带截面网格最大尺寸为〇．５ｍｍ，导流室最大大网格尺寸为３ｍｍ，还料部分??最大网格尺寸达到了?６ｍｍ，进行模具校核时，还需对模具进行网格划分，图２－４??为挤压过程有限元模型。??義＿两??图２－４挤压有限元模型??（ａ＞坯料＋导流室＋工作带＋型材；（ｂ）导流模具＋模垫；（ｃ）材料流动区域＋模具??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?ｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ：??（ａ）Ｂｉｌｌｅｔ＋Ｃｈａｍｂｅｒ＋Ｂｅａｒｉｎｇ＋Ｐｒｏｆｉｌｅ．?（ｂ）?Ｄｉｅ＋ｄｉｅ?ｐａｄ．?（ｃ）?Ｍａｔｅｒｉａｌ?ｆｌｏｗ?ａｒｅａ＋ｄｉｅ??挤压工艺参数对型材质量和模具寿命有显著影响，表２－３所示为通过挤压向??导设置的工艺参数，坯料金属选用牌号为２１９６高强度铝锂合金，模具材料为Ｈ１３??钢，棒料预热温度为４５０°Ｃ，模具预热温度为４３０°Ｃ，挤压比为３１．２，采用的挤??压速度为〇．５ｍｍ／ｓ。??表２－３仿真模拟工艺参数??Ｔａｂｌｅ?２－３?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ??工艺参数名称?设置值??模具结构?双孔实心平模??挤出方向?正向??棒料牌号?ＡＡ２１９６??模具牌号?Ｈ１３??摩擦系数?０．３??模具与棒料的热传递系数?３０００Ｗ／ｍ２－°Ｃ??料筒直径?１６０ｍｍ??挤压比?３１．２??挤
【参考文献】：
期刊论文
[1]重固溶-不同温度T8再时效2195铝锂合金的力学性能与显微组织演化[J]. 马云龙,李劲风,刘观日,刘丹阳,叶志豪,汪洁霞,郑子樵. 中国有色金属学报. 2017(02)
[2]世界铝-锂合金工业概要及中国与它们的差距[J]. 余东梅,王祝堂. 铝加工. 2016(04)
[3]2099 Al-Li合金热变形本构模型（英文）[J]. 张飞,沈健,闫晓东,孙建林. 稀有金属材料与工程. 2014(06)
[4]热处理工艺对2A97铝锂合金拉伸性能和腐蚀性能的影响[J]. 林毅,郑子樵,韩烨,张海锋. 中国有色金属学报. 2012(08)
[5]基于Hyper Study的挤压模工作带长度的优化分析[J]. 倪正顺,刘石柏,何畅. 热加工工艺. 2012(13)
[6]遗传算法研究进展[J]. 马永杰,云文霞. 计算机应用研究. 2012(04)
[7]固溶处理及预拉伸变形对2197铝锂合金组织与性能的影响[J]. 孙刚,王少华,张显峰,陆政,冯朝辉,马志峰. 金属热处理. 2011(10)
[8]基于响应曲面法和粒子群算法的铝型材挤压模具优化设计[J]. 寇福俊,杨晓川,李恒奎,高宝杰. 现代制造技术与装备. 2011(04)
[9]Application of Taguchi Method for the Optimization of System Parameters of Centrifugal Evaporative Air Cooler[J]. K.Senthilkumar,PSS.Srinivasan. Journal of Thermal Science. 2010(05)
[10]薄壁塑件注射工艺参数的Taguchi方法优化[J]. 孙国栋,刘长华. 模具工业. 2010(08)
博士论文
[1]2297铝锂合金热变形行为与组织性能研究[D]. 杨胜利.北京有色金属研究总院 2016
[2]空心铝合金型材挤压过程数值模拟及模具优化方法研究[D]. 陈浩.山东大学 2012
[3]铝型材壁板挤压模具结构优化设计研究[D]. 胡龙飞.合肥工业大学 2008
[4]铝型材挤压过程有限体积数值模拟及软件开发技术的研究[D]. 吴向红.山东大学 2006
硕士论文
[1]2A97铝锂合金热处理工艺及组织性能研究[D]. 闫豪.湖南大学 2013
[2]铝型材挤压成型数值模拟与模具结构优化设计研究[D]. 刘石柏.湖南工业大学 2012
本文编号：3432346
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１铝型材挤压示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｓｋｅｔｃｈ?ｍａｐ?ｏｆ?Ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??
２．３．１数值模拟模型建立??图２－１为典型的飞机横梁实心型材，截面形状为工字形，最小壁厚为２．５０ｍｍ，??厚度较薄，截面积为６４４．５０ｍｍ２，模具型腔和工作带在生产过程中受到变形金属??强烈的热摩擦和冲击作用，模具结构设计合理与否直接关系到型材质量。??图２－２为优化后的模具结构设计方案，为了提高生产效率、产品质量及降低??成本，保证挤压时金属材料流动均匀和模具使用寿命，根据型材截面特点设计了??一种双孔平模，采用导流模加模垫的组合方式，模具出口处设计了空刀和喇叭锥??结构，为平衡金属流出模孔的速度，采用不等长工作带，模具的三维模型和工作??带长度分布如图２－３所示。??
山东大学硕士学位论文??在ＵＧＮＸ中创建好合理的模具结构物理模型，导入Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ前处理模块，??先改正模型中的错误，去除过小的曲面和线条，然后划分网格。划分网格的顺序??为工作带截面—整个工作带—整个型材—导流室—坯料，网格尺寸也逐渐增大，??工作带截面网格最大尺寸为〇．５ｍｍ，导流室最大大网格尺寸为３ｍｍ，还料部分??最大网格尺寸达到了?６ｍｍ，进行模具校核时，还需对模具进行网格划分，图２－４??为挤压过程有限元模型。??義＿两??图２－４挤压有限元模型??（ａ＞坯料＋导流室＋工作带＋型材；（ｂ）导流模具＋模垫；（ｃ）材料流动区域＋模具??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ?ｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ：??（ａ）Ｂｉｌｌｅｔ＋Ｃｈａｍｂｅｒ＋Ｂｅａｒｉｎｇ＋Ｐｒｏｆｉｌｅ．?（ｂ）?Ｄｉｅ＋ｄｉｅ?ｐａｄ．?（ｃ）?Ｍａｔｅｒｉａｌ?ｆｌｏｗ?ａｒｅａ＋ｄｉｅ??挤压工艺参数对型材质量和模具寿命有显著影响，表２－３所示为通过挤压向??导设置的工艺参数，坯料金属选用牌号为２１９６高强度铝锂合金，模具材料为Ｈ１３??钢，棒料预热温度为４５０°Ｃ，模具预热温度为４３０°Ｃ，挤压比为３１．２，采用的挤??压速度为〇．５ｍｍ／ｓ。??表２－３仿真模拟工艺参数??Ｔａｂｌｅ?２－３?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ??工艺参数名称?设置值??模具结构?双孔实心平模??挤出方向?正向??棒料牌号?ＡＡ２１９６??模具牌号?Ｈ１３??摩擦系数?０．３??模具与棒料的热传递系数?３０００Ｗ／ｍ２－°Ｃ??料筒直径?１６０ｍｍ??挤压比?３１．２??挤
【参考文献】：
期刊论文
[1]重固溶-不同温度T8再时效2195铝锂合金的力学性能与显微组织演化[J]. 马云龙,李劲风,刘观日,刘丹阳,叶志豪,汪洁霞,郑子樵. 中国有色金属学报. 2017(02)
[2]世界铝-锂合金工业概要及中国与它们的差距[J]. 余东梅,王祝堂. 铝加工. 2016(04)
[3]2099 Al-Li合金热变形本构模型（英文）[J]. 张飞,沈健,闫晓东,孙建林. 稀有金属材料与工程. 2014(06)
[4]热处理工艺对2A97铝锂合金拉伸性能和腐蚀性能的影响[J]. 林毅,郑子樵,韩烨,张海锋. 中国有色金属学报. 2012(08)
[5]基于Hyper Study的挤压模工作带长度的优化分析[J]. 倪正顺,刘石柏,何畅. 热加工工艺. 2012(13)
[6]遗传算法研究进展[J]. 马永杰,云文霞. 计算机应用研究. 2012(04)
[7]固溶处理及预拉伸变形对2197铝锂合金组织与性能的影响[J]. 孙刚,王少华,张显峰,陆政,冯朝辉,马志峰. 金属热处理. 2011(10)
[8]基于响应曲面法和粒子群算法的铝型材挤压模具优化设计[J]. 寇福俊,杨晓川,李恒奎,高宝杰. 现代制造技术与装备. 2011(04)
[9]Application of Taguchi Method for the Optimization of System Parameters of Centrifugal Evaporative Air Cooler[J]. K.Senthilkumar,PSS.Srinivasan. Journal of Thermal Science. 2010(05)
[10]薄壁塑件注射工艺参数的Taguchi方法优化[J]. 孙国栋,刘长华. 模具工业. 2010(08)
博士论文
[1]2297铝锂合金热变形行为与组织性能研究[D]. 杨胜利.北京有色金属研究总院 2016
[2]空心铝合金型材挤压过程数值模拟及模具优化方法研究[D]. 陈浩.山东大学 2012
[3]铝型材壁板挤压模具结构优化设计研究[D]. 胡龙飞.合肥工业大学 2008
[4]铝型材挤压过程有限体积数值模拟及软件开发技术的研究[D]. 吴向红.山东大学 2006
硕士论文
[1]2A97铝锂合金热处理工艺及组织性能研究[D]. 闫豪.湖南大学 2013
[2]铝型材挤压成型数值模拟与模具结构优化设计研究[D]. 刘石柏.湖南工业大学 2012
本文编号：3432346
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