薄壁铝型材挤压过程仿真及模具优化设计

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铝合金型材以其重量轻、强度高、加工性能好、耐腐蚀等良好的特性,在航空航天、铁道车辆、汽车和民用建筑装饰材料中得到了非常广泛的应用。铝合金型材由于壁薄且截面形状复杂,受温度场,应力应变场等因素影响,在挤压成型过程中材料的流动极其不均匀,从而易导致挤压产品出现翘曲、弯扭、褶皱等质量问题,这就对挤压模具的设计提出越来越高的要求。作者针对铝合金挤压这一大变形非线性成形过程,综合利用塑性力学、材料力学和计算机仿真技术,对挤压过程中金属流速的控制提供解决方案,对模具设计进行指导。 传统的有限元方法在分析复杂断面铝合金型材挤压这类大变形问题中,不可避免的需要频繁地进行网格重划分,严重影响了仿真精度和计算效率。本文利用MSC公司的Superforge软件,基于有限体积分步法,对铝型材挤压过程进行数值模拟。该法避开了传统有限元分析中网格重划分问题,同时由于进行分步计算,也解决了仿真过程中有限体积法对内存要求过高的问题。 本文作者分析了模具结构、尺寸参数等因素对于金属流动均匀性的影响,对模具设计以及仿真工艺参数的设定进行了指导。在SlJperforge中建立了仿真需要的CAE模型、摩擦模型、温度场模型以及材料本构关系。对仿真过程进行了若干优化处理,进一步提高了仿真效率。结合模型和工艺参数计算出仿真结果,通过对结果进行后处理,分析了挤压过程中应力应变场、温度场、金属流度分布变化情况。并以此为基础,分别对导流模、工作带参数的设计进行优化指导,对挤压温度和挤压速度的相互影响进行了规律探讨。 对XY2004-09型材的挤压模具进行了设计,结合现场试模和挤压过程仿真,对模具的结构参数进行优化,通过两次修模,挤出了流速均匀的产品,得到了合理的挤压模,从而进一步验证了仿真结果的可靠性。
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