铝型材挤压过程模拟及模具优化设计

发布时间：2017-07-16 11:32

  本文关键词：铝型材挤压过程模拟及模具优化设计

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【摘要】：铝合金空心型材的挤压一般将平面分流组合模作为挤压模具,其挤压过程分为分流、焊合、成形三个阶段。挤压模具的结构尺寸和工艺参数对挤压过程有重要影响。本文以中横型材挤压过程及挤压模具为研究对象,通过三维造型软件Pro/Engineer对模具进行造型,将三维模型导入塑性成形CAE软件DEFORM-3D中,对模型划分网格、设置参数,并进行数值模拟分析。通过改变模具结构尺寸,即改变焊合室深度以及分流桥宽度,分析焊合室深度为10mm、13mm、15mm以及分流桥宽度为20mm、25mm、30mm时对挤压过程的影响,选择最佳的模具结构尺寸。其次对模具工作带长度进行了优化,使金属在工作带出口金属流动速度更均匀。最后分析了坯料预热温度范围为450℃-540℃及挤压速度范围为4mm/s ～12mm/s时,对挤压过程的影响。结果表明,焊合室深度为13mm和分流桥宽度为25mm,分别为最好的焊合室深度值和分流桥宽度值,此时模具载荷较小,模具的最大等效应力较小,有利于提高模具寿命；金属在焊合室中焊合程度较高,金属在工作带处的等效应变较大,生产的型材质量较高。对模具工作带划分四个单元进行优化后,以流动分布因子DMK作为判据,|DMVi|≤0.05,金属流动速度均匀性有所提高。通过对不同预热温度的金属坯料进行挤压模拟,随着预热温度的提高,挤压压力逐渐减小。随着挤压速度增大,挤压过程中金属的最高温度升高,模具载荷先增大后减小,在挤压速度为8mm/s时,上下模具载荷相对最小。经过优化得到的最佳模具结构尺寸和工艺参数为：焊合室深度为13mm,分流桥宽度为25mm,四个工作带单元长度分别设为7.2、6.7、5.9、5,金属坯料的预热温度为480℃,挤压速度为8mm/s。
【关键词】：挤压型材 平面分流组合模 数值模拟 优化设计
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG379
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第—章 绪论15-23
• 1.1 铝合金型材的广泛应用15-17
• 1.3 铝型材挤压技术发展现状与趋势17-18
• 1.4 铝合金挤压工模具技术概述18-19
• 1.5 铝合金型材挤压中模拟技术的应用现状19-21
• 1.5.1 国外铝型材数值模拟技术现状20-21
• 1.5.2 国内铝型材数值模拟技术现状21
• 1.6 本课题研究内容21-23
• 第二章 挤压型材平面分流模设计23-35
• 2.1 模具材料的选取23-25
• 2.2 平面分流组合模的结构与特点25
• 2.3 中横型材平面分流组合模设计25-34
• 2.3.1 模具结构要素设计27-33
• 2.3.2 模具设计结果33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 铝型材挤压过程有限元模拟35-42
• 3.1 DEFORM-3D软件模拟系统35
• 3.2 实体模型建立及工艺参数35-37
• 3.3 原始模具模拟结果分析37-40
• 3.3.1 金属在平面分流组合模中成形过程37-38
• 3.3.2 原始模具行程-载荷变化38-39
• 3.3.3 金属等效应变分布39
• 3.3.4 焊合面静水压力值39
• 3.3.4 原模具的等效应力39-40
• 3.4 模具结构优化方案40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 平面分流模结构尺寸优化设计42-64
• 4.1 焊合室深度的优化设计42-49
• 4.1.1 焊合室深度对模具载荷的影响42-44
• 4.1.2 焊合室深度对模具应力的影响44-46
• 4.1.3 焊合室高度对焊合面上的静水压力的影响46-47
• 4.1.4 焊合室深度对坯料等效应变分布的影响47-49
• 4.2 分流桥宽度的优化设计49-54
• 4.2.1 分流桥宽度对模具载荷的影响49-50
• 4.2.2 分流桥宽度对模具等效应力的影响50-52
• 4.2.3 分流桥宽度对焊合面静水压力的影响52
• 4.2.4 分流桥宽度对金属坯料等效应变的影响52-54
• 4.3 工作带长度的优化设计54-62
• 4.3.1 原模具工作带长度模拟55-56
• 4.3.2 模具工作带长度第一次优化56-60
• 4.3.3 模具工作带长度第二次优化60-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 工艺参数对挤压过程的影响64-68
• 5.1 铝合金坯料预热温度对挤压过程的影响64-66
• 5.1.1 预热温度对模孔出口型材温度的影响64-65
• 5.1.2 预热温度对挤压力的影响65-66
• 5.2 挤压速度对挤压过程的影响66-67
• 5.2.1 挤压速度对温度的影响66-67
• 5.2.2 挤压速度对模具载荷的影响67
• 5.3 本章小结67-68
• 第六章 结论68-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况74

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本文编号：548507