大功率LED灯具散热铝型材挤压模具设计及数值模拟

发布时间：2017-08-07 13:26

  本文关键词：大功率LED灯具散热铝型材挤压模具设计及数值模拟

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【摘要】：LED具有低消耗、高亮度、寿命长等特点，在大力倡导节能减排的今天正日益成为人们关注的焦点。随着绿色照明事业的推进，LED灯具的应用越来越广泛。为尽可能降低由散热问题而产生的光衰现象，散热铝型材的规格品种不断增多，目前最常见的为翅片型，且挤压成形是最主要的生产方式。 铝挤压工艺参数的设定对型材的质量有重要影响。但在实际加工过程中，模具设计仍处于经验类比的阶段，需要通过反复试模、修模来保证设计成功率，不仅生产率低、成本高、周期长，而且产品质量难以保证。同时铝挤压成形是一个非常复杂的过程，采用传统方法探究材料在挤压模具型腔内的变形机理难度较大。 而采用数值模拟方法，不但可以获得金属在变形过程中的物理量（速度、温度、应力、应变等）的分布及变形情况，而且可以了解金属的变形机理，从而预测型材可能出现的扭拧、弯曲等缺陷，及时修模或改变工艺参数，在一定程度上减少模具返修次数，既提高产品质量，又降低了成本。 论文主要研究内容及取得成果如下： (1)讨论了任意拉格朗日欧拉法的基本原理及控制方程，运用有限元软件(HyperXtrude)模拟棒材挤压过程，获得了棒材断面上物理场量(温度、速度)的分布，并将数值模拟结果与实验进行对比，分析表明二者变形趋势基本吻合，证明该方法可以成功地预测挤压过程中可能出现的潜在缺陷，为工艺参数的制定和模具设计提供了理论依据。 (2)根据挤压模具设计的相关理论及原则，设计出翅片型大功率LED灯具散热铝型材的挤压模具，并完成了大功率LED灯具散热铝型材挤压有限元模型的构建，然后模拟挤压过程，获得了铝合金在挤压成形过程中的速度场、温度场、应变速率场以及应力场的分布情况。 (3)系统研究了挤压温度、挤压速度以及挤压比对挤压成形过程的影响，获得了工艺参数对温度、挤压力和变形情况的影响规律。 (4)在田口玄一方法基础上以降低挤压力为目标对挤压工艺参数进行优化，采用方差分析来确定各工艺参数对挤压力的影响。研究表明，挤压速度对挤压力的影响最大，，坯料直径次之，坯料预热温度的影响较小，模具预热温度的影响最小。
【关键词】：LED灯具散热翅片 挤压模具 数值模拟 工艺优化
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG379;TG375.41
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 引言11-12
• 1.2 大功率 LED 灯具散热铝型材12-15
• 1.2.1 大功率 LED 灯具翅片型散热器12-13
• 1.2.2 散热片成形方式13-14
• 1.2.3 散热片成形方式比较14-15
• 1.3 铝型材挤压模具15-17
• 1.3.1 挤压模具技术发展概况15-16
• 1.3.2 挤压模具设计需考虑的主要因素16-17
• 1.4 挤压成形的研究概况17-19
• 1.4.1 挤压技术及其发展概况17-18
• 1.4.2 挤压成形过程18-19
• 1.5 挤压成形数值模拟方法19-20
• 1.6 铝型材挤压成形研究发展概况20-22
• 1.6.1 国外研究发展概况20-21
• 1.6.2 国内研究发展概况21-22
• 1.7 选题意义及主要研究内容22-25
• 1.7.1 选题意义22-23
• 1.7.2 主要研究内容23-25
• 第2章 铝型材挤压成形数值模拟方法25-35
• 2.1 引言25
• 2.2 任意拉格朗日——欧拉法基本理论25-28
• 2.2.1 基本概念25-27
• 2.2.2 控制方程27-28
• 2.3 关于 HyperXtrude28-29
• 2.4 数值模拟算例29-33
• 2.4.1 模具设计29-30
• 2.4.2 有限元模型建立30-32
• 2.4.3 结果分析32
• 2.4.4 实验验证32-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第3章 大功率 LED 灯具散热铝型材挤压模具设计35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 导流模的结构及特点35-36
• 3.3 大功率 LED 灯具散热铝型材挤压模具结构设计36-42
• 3.3.1 型材截面设计36-37
• 3.3.2 模具外形尺寸的确定37
• 3.3.3 模孔在模具断面上的合理布置37-38
• 3.3.4 模孔尺寸设计38-39
• 3.3.5 工作带设计39
• 3.3.6 导流腔设计39-40
• 3.3.7 空刀尺寸设计40
• 3.3.8 模具强度计算及校核40-42
• 3.4 模具材料选取42-43
• 3.5 模具设计的基本要求43
• 3.6 本章小结43-45
• 第4章 大功率 LED 灯具散热铝型材挤压数值模拟45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 铝型材挤压成形缺陷的主要形式45-47
• 4.3 几何模型与有限元模型建立47-51
• 4.3.1 模具设计方案47-48
• 4.3.2 有限元模型建立48-51
• 4.4 模拟结果及讨论51-55
• 4.4.1 应力应变分析52
• 4.4.2 挤压过程温度变化分析52-53
• 4.4.3 型材截面速度分析53-54
• 4.4.4 型材截面温度分析54
• 4.4.5 成形过程中的金属流动54-55
• 4.5 本章小结55-57
• 第5章 挤压工艺参数对挤压成形的影响57-77
• 5.1 引言57-58
• 5.2 挤压速度对型材挤压的影响58-61
• 5.3 挤压温度对型材挤压的影响61-63
• 5.4 挤压比对型材挤压的影响63-67
• 5.5 挤压工艺参数优化67-75
• 5.5.1 试验设计67
• 5.5.2 正交试验方案的确定67-69
• 5.5.3 试验数据分析与讨论69-75
• 5.6 本章小结75-77
• 第6章 结论及展望77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83

【参考文献】

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本文编号：634900