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铝型材模具液氮冷却技术的研究

作　者: 吴亭
导　师: 王孟君; 李林
学　校: 中南大学
专　业: 材料工程
关键词: 液氮冷却 挤压模 模垫通道 有限元 出口温度 挤压速度
分类号: TG379
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


挤压成形技术是铝型材生产的主导技术和核心环节,因此如何保障型材质量、缩短投产时间和提高模具寿命成为挤压成形过程中的核心问题。液氮冷却模具技术因其能有效解决铝型材挤压过程中的温升问题,并且对提高铝型材挤压速度、延长模具使用寿命、改善制品表面质量及组织力学性能有显著的效果,因此该技术也越来越多的被铝型材企业所关注。本文结合现场试验,研究了液氮冷却模具技术在铝型材挤压过程中应用。研究结果显示：1.运用HyperXtrude模拟了6063铝合金挤压过程中型材、模具及模垫的温度场分布,结合温度场分布合理设计了液氮冷却模垫通道。运用该方法能在很大程度上精简模垫通道设计的流程,大量节约模垫通道的设计以及加工成本；2.在挤压6063铝型材时,采用液氮冷却模具技术可以将挤压速度由0.2m/s提高到0.3m/s,提高型材挤压速度50%,当液氮开度值达到40%--70%时,出口温度出现显著的下降,合理的开度既能有效起到冷却作用,又能在很大程度上提高生产效率。模具液氮冷却自动控制系统能在很大程度上提高生产效益,但是对型材出口温度控制不稳定；3.液氮冷却模具过程中,形成的惰性保护氛围很好的防止了型材的氧化,在一定程度上保护了型材表面质量；液氮冷却能在一定程度上细化晶粒,当开度值70%时,细化晶粒效果最明显；手动调节液氮开度值能提高型材的力学性能,而采用液氮冷却自动控制模式将降低型材各项力学性能。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 文献综述  8-23
  1.1 引言  8
  1.2 液氮冷却模具技术国内外研究状况  8-15
    1.2.1 挤压温升的原理  8-10
    1.2.2 液氮冷却模具法  10-12
    1.2.3 液氮冷却模具控制系统  12
    1.2.4 液氮冷却模具技术在国内的应用性  12-13
    1.2.5 液氮冷却国外研究现状  13-14
    1.2.6 液氮冷却模具技术前景  14-15
  1.3 工艺参数对铝型材挤压过程的影响  15-17
    1.3.1 铝型材挤压速度在挤压过程的影响  15-16
    1.3.2 铝型材出口温度对挤压过程的影响  16-17
  1.4 数值模拟在铝型材挤压成形过程中的应用  17-20
    1.4.1 有限元法在数值模拟中的发展  17-18
    1.4.2 有限元模拟在铝型材挤压中的应用  18-19
    1.4.3 铝型材挤压温度场模拟  19-20
  1.5 有限元软件HyperXtrude简介  20-21
  1.6 本课题研究目的和意义  21-23
第二章 实验过程与方法  23-31
  2.1 实验材料及实验设备  23-27
    2.1.1 实验材料  23-24
    2.1.2 实验设备  24-25
    2.1.3 液氮控制系统  25-27
  2.2 实验方法  27-29
    2.2.1 不通液氮冷却  27-28
    2.2.2 手动调节开度法  28
    2.2.3 自动调节开度法  28-29
  2.3 微观组织观察及力学性能测试  29-31
    2.3.1 金相组织(OM)观察  29
    2.3.2 力学性能测试  29-31
第三章 液氮冷却模具技术模垫通道优化设计  31-43
  3.1 引言  31-32
  3.2 数值模型的建立和网格划分  32-37
    3.2.1 几何模型的建立和网格的划分  32-35
    3.2.2 挤压工艺参数的确定  35-37
  3.3 HyperXtrude模拟结果分析  37-39
  3.4 液氮模垫通道设计  39-42
  3.5 本章小结  42-43
第四章 实验结果与讨论  43-56
  4.1 引言  43
  4.2 液氮冷却模具技术对型材出口温度及挤压速度的影响  43-49
    4.2.1 手动调节液氮开度模式  43-47
    4.2.2 自动调节液氮开度模式  47-49
  4.3 液氮冷却模具技术对型材表面质量及组织力学性能的影响  49-54
    4.3.1 表面质量分析  49-50
    4.3.2 金相组织(OM)观察  50-52
    4.3.3 力学性能分析  52-54
  4.4 铝型材模具液氮冷却技术的不利影响  54-55
  4.5 本章小结  55-56
第五章 结论  56-57
参考文献  57-61
致谢  61-62
攻读硕士期间发表的论文  62

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属压力加工 > 挤压 > 有色金属及合金挤压
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