不等长工作带对挤压过程流变及温变行为的影响

发布时间：2017-09-20 23:21

  本文关键词：不等长工作带对挤压过程流变及温变行为的影响

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【摘要】：随着高速列车、航天航空、舰船兵器、机械制造工业的快速发展,金属挤压制品向大型化、整体化、尺寸高精度化、断面形状复杂化发展的同时,也给挤压模具的设计带来了较大挑战。挤压模具不等长工作带是平衡挤出型材断面各部位金属流速,获得高表面质量、高尺寸精度制品的关键。大型铝合金实心型材挤压模具不等长工作带结构复杂、尺寸变化大,设计难度大。依靠源于工程类比的传统设计方法,很难对不等长工作带结构尺寸进行合理的设计。以数值模拟方法取代部分实验,已成为研究复杂构件成形过程金属流变控制的最有效手段,采用有限元法对不等长工作带结构尺寸进行模拟分析,获得不等长工作带对金属流变行为、温变行为的影响规律,预测产品成形质量,提高模具设计效率,降低生产成本。为此本文以小断面矩形型材为例,采用数值模拟结合均方差法研究了不等长工作带结构尺寸对型材断面金属流速及温度的影响,获得了不等长工作带长度对金属流速的阻碍规律,建立了工作带长度与金属流速之间的比例关系。研究结果表明,工作带长度L增加1mm,型材断面最大流度降低0.9mm/s。当采用工作带长度L为5~6mm设计时,型材断面SDV值为0.2,金属流速分布均匀,型材外形较好。此时的工作带面积配置比SL/SR取值为1.00~1.05。当L为6mm时型材头部弯曲偏移量取得最小值:0.19mm,0.57mm,此时型材非常接近外形平直的型材轮廓,有效改善了左侧刀弯现象。工作带长度的变化对型材表面的温度分布影响较小,温升仅为2oC,但对应力分布影响较大,应力值改变约50MPa。在此基础上,基于将模具和工作带设为两个独立的几何实体的分体式几何建模,同时在挤压筒内壁、模具表面和变形体之间选用剪切摩擦模型,变形体和工作带表面之间选用库仑摩擦模型,针对企业实际挤压大型铝型材时产生的刀弯缺陷,采用数值模拟方法分析了大型铝合金实心型材挤压过程中,不等长工作带结构尺寸对金属流动行为及成形质量的影响,通过对不同部位工作带结构尺寸优化设计,有效的提高了型材断面金属流动的均匀性,改善了型材表面应力集中现象,获得了挤出型材断面温度场分布规律。研究结果表明,将流速最慢部位工作带长度由5mm减少到2mm,金属流速由2.1mm/s增加到2.3mm/s,将流速最快部位工作带长度由19mm增加到25mm,金属流速由3.9mm/s减少到2.2mm/s,优化后的型材断面最大流速与最小流速之差为0.72mm/s,断面流速分布较均匀,挤出型材较平直;工作带最长部位的型材表面温度最高,工作带最短部位温度最低;无应力集中现象。
【关键词】：铝型材 挤压 不等长工作带 流速
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG379
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 金属挤压概述9-12
• 1.2.1 挤压方法分类10-11
• 1.2.2 铝型材及挤压模具分类11-12
• 1.3 铝型材挤压技术研究现状12-16
• 1.3.1 主要研究方法12-14
• 1.3.2 金属流动描述方法14
• 1.3.3 挤压模具工作带研究现状14-16
• 1.4 主要研究内容16-18
• 第二章 挤压有限元模拟的理论基础18-24
• 2.1 刚粘塑性有限元理论18-20
• 2.1.1 基本假设18
• 2.1.2 基本方程和边界条件18-19
• 2.1.3 变分原理19-20
• 2.1.4 刚粘塑性有限元法的求解20
• 2.2 铝合金热变形的本构方程20-21
• 2.3 FORGE软件介绍21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 不等长工作带对金属流变与温变的影响24-40
• 3.1 有限元模型的构建24-27
• 3.1.1 初始模具设计方案24-26
• 3.1.2 边界条件设置26-27
• 3.2 等长工作带挤压模拟结果分析27-32
• 3.2.1 型材变形分析27-28
• 3.2.2 挤压力分析28-29
• 3.2.3 温度场分析29-30
• 3.2.4 速度场分析30-32
• 3.3 不等长工作带对金属流动的影响规律32-38
• 3.3.1 不等长工作带设计方案32-33
• 3.3.2 型材弯曲偏移量分析33-35
• 3.3.3 型材断面速度场分析35-36
• 3.3.4 型材断面温度场分析36-38
• 3.4 挤压实验验证38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 大断面铝型材挤压模工作带优化设计40-54
• 4.1 不等长工作带结构尺寸40-42
• 4.2 几何模型构建及边界条件42-43
• 4.3 模拟结果分析43-46
• 4.4 不等长工作带优化设计46-52
• 4.4.1 挤出型材外形分析47
• 4.4.2 金属流速场分析47-49
• 4.4.3 温度场分布49-51
• 4.4.4 应力场分布51-52
• 4.5 挤压实验验证52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-59
• 致谢59-60
• 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果60-61
• 个人简历61

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本文编号：891010