铝合金型材挤压工程的数值模拟研究

发布时间：2017-05-17 05:08

  本文关键词：铝合金型材挤压工程的数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国拥有极其丰富的铝矿能源。铝合金型材拥有一般金属没有的综合性能。诸多领域如航空航天、建筑、石油、电力、化工等对铝型材需要的数量越来越多。目前,挤压加工是铝合金型材制品生产的核心技术,挤压型材质量的好坏决定于模具结构参数和挤压工艺参数,如何选择最佳挤压工艺参数和延长挤压模具寿命已成为各行业亟待解决的问题。本文主要以空心铝合金型材为研究对象,首先提出了平面分流组合模具设计与制造的一些理论技术,就挤压模具结构进行逐一叙述与设计阐述。阐述了有限元分析原理与控制方程。然后基于ALE法采用软件Hyperxtrude对铝合金型材挤压过程进行数值模拟,建立了不同参数的挤压模型,利用正交试验法研究不同挤压模具结构参数对挤压过程的影响规律,利用Taguchi法研究不同挤压工艺参数对挤压过程的影响规律,通过分析获得了型材挤压的最佳模具结构参数和合理的挤压工艺参数,为企业生产提供可靠性的建议。论文的主要研究结论如下:(1)通过模拟空心铝合金型材的挤压过程,得到了制品截面温度、速度、形变分布以及各挤压模型的挤压力大小,并详细诠释了挤压出现以上物理现象的原因。(2)创建了空心铝合金型材挤压模拟模型,基于Hyperxtrude软件研究了挤压模具结构(焊合室深度、分流桥宽度、工作带长度)对挤压过程影响规律,选择挤压常见的三个指标(型材截面流动速度、模具变形量、挤压力大小)为衡量标准。得出了最佳模具结构参数为:焊合室深度为22mm,分流桥宽度为25mm,工作带长度以7.5mm的为基准。并且分析各模具结构参数对挤压过程的影响规律。(3)探讨了挤压速度、挤压温度、变形程度等挤压工艺参数对挤压过程的影响规律。结果表明:对于型材截面流动均匀程度指标参数,最佳挤压参数为挤压棒料外径为205 mm、挤压垫速度3.2 mm/s、棒料预先加热温度为480℃、挤压模具预先加热温度为470℃、挤压筒预先加热温度为440℃;对于挤压力指标参数,棒料外径为200mm、挤压垫速度为1.4mm/s、棒料预先加热温度490℃,挤压模具预先加热温度为480℃、挤压筒预先加热温度为460℃。(4)通过对比Hyperxtrude软件模拟与实际挤压加工出来的型材制品,证明了本文Hyperxtrude软件对挤压过程影响规律研究的可行性。
【关键词】：铝合金型材 挤压过程 挤压模具 挤压工艺参数 数值模拟
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG379
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 铝合金型材挤压成型技术10-14
• 1.2.1 挤压的基本原理及特点10-11
• 1.2.2 铝型材挤压挤压过程及金属流动特性11-12
• 1.2.3 挤压制品常见挤压缺陷及产生原因12-14
• 1.3 铝合金型材挤压的研究方法14-15
• 1.3.1 理论解析法14-15
• 1.3.2 数值分析法15
• 1.4 本次课题研究背景15-16
• 1.5 本次课题研究内容概述16-17
• 1.6 本次课题研究方案思路简述17-19
• 第二章 铝合金型材挤压模具设计19-27
• 2.1 引言19
• 2.2 铝型材挤压模具简介19-22
• 2.2.1 挤压模具的常见类型19-21
• 2.2.2 挤压模具材料选择21-22
• 2.3 挤压筒、挤压坯料以及挤压模具形状确定原则22-23
• 2.4 平面分流组合模具设计23-26
• 2.4.1 分流组合模具加工简介23
• 2.4.2 分流组合模结构设计23-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 挤压铝合金型材过程数值模拟原理27-35
• 3.1 引言27
• 3.2 ALE法的基本理论27-32
• 3.2.1 ALE法的基本概念以及描述方法27-28
• 3.2.2 ALE算法的基本控制方程28-29
• 3.2.3 ALE算法在不可压缩流体稳态流动的描述29-32
• 3.3 Altair hyperxtrude软件简介32-35
• 3.3.1 Hyperxtrude软件的功能32-33
• 3.3.2 Hyperxtrude软件模拟流程33
• 3.3.3 Hyperxtrude收敛准则33-35
• 第四章 模具结构参数对铝合金型材挤压过程的影响研究35-51
• 4.1 引言35
• 4.2 挤压模具建立35-36
• 4.3 挤压模型和模拟设置36-41
• 4.3.1 高温下铝合金材料模型36-38
• 4.3.2 挤压摩擦模型38
• 4.3.4 模拟边界条件设置38-39
• 4.3.5 挤压模拟前处理网格划分39-40
• 4.3.6 模拟计算参数设定40-41
• 4.4 正交试验方案确定41-43
• 4.5 正交试验结果及分析43-47
• 4.5.1 试验模拟结果43-44
• 4.5.2 实验结果直观分析44-47
• 4.6 综合指标分析47-48
• 4.7 试验验证48-51
• 第五章 挤压工艺参数对铝合金型材挤压过程的影响研究51-72
• 5.1 引言51-52
• 5.2 Taguchi试验研究方法简介52-53
• 5.3 试验方案设计53-56
• 5.3.1 型材评价指标介绍53-54
• 5.3.2 试验直交表设计54-56
• 5.4 模型方案设计56-57
• 5.4.1 挤压模型56
• 5.4.2 模拟模型56-57
• 5.5 初始方案模拟结果分析57-61
• 5.5.1 金属棒料流动云图分析57-58
• 5.5.2 温度分布云图分析58-59
• 5.5.3 应力应变云图分析59-60
• 5.5.4 初始方案修改建议60-61
• 5.6 基于Taguchi直交表的模拟结果分析61-65
• 5.6.1 Taguchi信噪比结果分析61-64
• 5.6.2 最佳工艺方案信噪比的验证64-65
• 5.7 基于Taguchi法的变异数分析65-67
• 5.7.1 变异数分析原理65-66
• 5.7.2 变异数分析结果66-67
• 5.8 试验结果讨论67-70
• 5.8.1 挤压棒料直径对型材质量的影响规律67
• 5.8.2 挤压速度对型材质量的影响规律67-68
• 5.8.3 预热温度对挤压型材质量影响规律68-69
• 5.8.4 挤压变形程度对挤压力的影响规律69
• 5.8.5 挤压速度对挤压力的影响规律69-70
• 5.8.6 预热温度对挤压力的影响规律70
• 5.9 试验验证70-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78

【参考文献】

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本文编号：372596