空心异型铝型材挤压过程数值分析及模具工作带优化研究

发布时间：2017-05-15 06:00

  本文关键词：空心异型铝型材挤压过程数值分析及模具工作带优化研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人们正在寻求新的可持续发展途径,而轻量化作为一种能有效降低能源的消耗的方法,越来越受到人们的关注,具有强度高、耐腐蚀、密度小、导热性能好的铝合金是轻量化首选的金属材料,目前已被广泛应用于交通、建筑、汽车、船舶等领域。挤压加工是铝合金材料加工生产的一种重要方法,而挤压模具的结构与工艺参数对生产的型材制品质量有很大的影响,这些参数的确定要求工程人员拥有丰富的实践经验,还要经过反复的“试修”,才能保证型材制品的质量,这严重制约着我国铝型材领域的发展。随着数值模拟技术的应用,人们可提前发现设计中的缺陷,从而有针对性的改正,获得合理的设计方案。本文首先阐述了任意拉格朗日-欧拉方法的基本原理,介绍了基于该算法的HyperXtrude,叙述了其功能、边界条件、计算流程、稳态假设等,并以某难挤压的空心异型铝型材为例,模拟分析了其挤压过程,并针对型材速度分布不均匀与变形大等问题,采用增设阻流台与调整工作带的方式,调节坯料的流速,降低型材的变形量。设定模拟方案,研究了挤压速度、坯料预热温度、模具预热温度对挤压成型过程的影响规律。结果表明：降低挤压速度与提高模具与坯料的预热温度有有效的减小挤压力和金属的流动应力；过高的挤压速度将导致坯料流速不均匀性加大,模具承受的最大等效应力增加,易造成模具的失效；模具与坯料预热温度较高时,坯料的流动均匀性提高；坯料的预热温度对型材与模具温度的影响较小,而模具预热温度的升高,型材与模具的最高温度降低且温度分布更加均匀。最后探讨了焊合室深度与焊合角度对挤压成型过程的影响规律,发现随着焊合室深度的加大,挤压力、模具承受的最大等效应力和模芯的偏移量也随着增大,且存在着一个使坯料流速最均匀的焊合室深度值；焊合角的改变影响着模芯的稳定性和挤压力的大小,并以工作带长度为设计变量,采用自适应响应面法,基于HyperStudy平台优化了工作带长度,将优化后型材的速度与变形分布与初始设计方案相比,型材的速度分布变得更加均匀,型材变形量降低。
【关键词】：铝型材 工艺参数 模具结构 工作带优化
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG379
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 铝型材挤压及模具技术10-14
• 1.2.1 铝型材挤压工作原理和特点10-12
• 1.2.2 铝型材与挤压模的分类12-13
• 1.2.3 铝型材挤压模具的设计原则13-14
• 1.3 挤压时金属的流动特性和影响因素14-15
• 1.4 铝型材挤压过程中产生的主要缺陷和原因15-16
• 1.5 国内外铝型材挤压数值模拟研究现状16-19
• 1.5.1 国外铝型材挤压数值模拟研究现状16-17
• 1.5.2 国内铝型材挤压数值模拟研究现状17-19
• 1.6 铝型材挤压数值模拟的主要方法19-20
• 1.7 课题研究目的及主要内容20-21
• 第二章 有限元基本理论及Hyperxtrude软件21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 任意Lagrangian-Eulerian方法21
• 2.3 ALE有限元的力学描述21-24
• 2.4 HyperXtrude简介24-25
• 2.4.1 收敛准则24-25
• 2.4.2 稳态假设25
• 2.5 铝型材挤压数值模拟分析算例25-32
• 2.5.1 建立有限元模型26-27
• 2.5.2 仿真材料模型27-28
• 2.5.3 创建边界条件28-29
• 2.5.4 仿真结果分析29-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 工艺参数对型材挤压成型过程的影响33-43
• 3.1 引言33
• 3.2 挤压速度对挤压过程的影响33-37
• 3.2.1 模拟参数选择33-34
• 3.2.2 模拟结果分析34-37
• 3.3 坯料预热温度对挤压过程的影响37-39
• 3.3.1 模拟参数选择37-38
• 3.3.2 模拟结果分析38-39
• 3.4 模具预热温度对挤压过程的影响39-42
• 3.4.1 模拟参数选择39
• 3.4.2 模拟结果分析39-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 模具结构参数对挤压过程的影响43-52
• 4.1 引言43
• 4.2 焊合室深度对挤压成型过程的影响43-49
• 4.2.1 方案制定44
• 4.2.2 有限元模型的建立44-45
• 4.2.3 模拟结果分析45-49
• 4.3 焊合角对挤压成型过程的影响49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第五章 挤压模具工作带优化设计52-62
• 5.1 引言52
• 5.2 挤压过程中金属流速与变形问题52-53
• 5.3 优化设计的数学模型与优化方法53-56
• 5.3.1 数学模型的建立53-54
• 5.3.2 优化算法54-55
• 5.3.3 有限元模型的建立55-56
• 5.4 工作带长度的优化设计56-60
• 5.4.1 优化模型的确立56-58
• 5.4.2 工作带长度优化的实现58-60
• 5.5 本章小结60-62
• 第六章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间主要成果68-69
• 致谢69

【参考文献】

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本文编号：366965