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基于HyperXtrude的复杂截面铝合金空心型材模具设计及多级焊合模拟研究与试验

作　者: 刘超
导　师: 王孟君
学　校: 中南大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铝型材 HyperXtrude 多级焊合数值模拟生产试模
分类号: TG375.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

铝合金型材挤压过程中金属流出速度的均匀性受型材尺寸和形状、温度、挤压速度等一系列挤压参数的影响。在生产形状较为复杂的铝合金空心型材时,仅仅依靠修改工作带结构有时并不能很好的控制金属流动速度,往往要经过多次的试模-修模的重复过程。本文基于型材结构特点及挤压模具设计原则,对某公司生产的复杂截面铝合金型材(JN165A04)模具结构及尺寸进行了设计,并首次运用HyperXtrude软件对具有等长工作带、多级焊合室结构的铝合金平面分流模挤压过程进行模拟和分析。模拟结果表明,采用多级焊合模具挤压时,金属流动受焊合室层数、每层高度分布以及焊合室形状尺寸等因素的影响。当各层焊合室高度之和一定,每级焊合室高度相等时金属的流动随着焊合室级数的增加而逐渐趋于均匀。在同时进行三次焊合的情况下,各级焊合高度采用不同的分布方案时,每级焊合室高度相等时的三级焊合模设计方案金属流出模孔速度最为均匀,其次是前进型多级焊合模,后退型多级焊合模金属流动状态最差。当多级焊合模具焊合室形状类似时,金属速度分布趋势也类似。当多级焊合室层数及每层高度一定时,焊合室尺寸及形状可以影响金属速度。焊合室总面积增加时,金属流动速度整体加快。增大型材流速慢处的焊合室宽度或者减小型材流速快处的焊合室宽度均可以使金属流动较为均匀。以JN165A04型材为例,对多级焊合模具进行了实际挤压试验,试验表明实际挤出变形与模拟变形基本一致,试模料头和虚拟试模料头基本吻合,说明采用多级焊合技术可以调整金属流动速度,在挤压复杂截面型材时具有较高的实用性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 文献综述  9-25
  1.1 引言  9-11
  1.2 铝合金型材挤压概述  11-16
    1.2.1 金属挤压基本原理及其分类  11-13
    1.2.2 金属型材挤压技术的特点  13-16
  1.3 挤压过程中模具的重要作用  16-18
    1.3.1 挤压模具的作用  16-17
    1.3.2 挤压模具材料的要求  17-18
  1.4 挤压流动研究方法  18-21
    1.4.1 论解析法  18-20
    1.4.2 模拟实验法  20
    1.4.3 数值模拟法  20-21
  1.5 挤压技术研究进展  21-23
    1.5.1 挤压技术研究进展  21-22
    1.5.2 数值模拟研究现状  22-23
  1.6 本文的研究意义及内容  23-25
2 有限元基本理论和本构模型  25-32
  2.1 金属成形有限元法基本理论  25-28
    2.1.1 塑性力学基本方程  25-26
    2.1.2 有限元变分原理  26
    2.1.3 塑性变形传热学  26-27
    2.1.4 计算热力耦合的步骤  27-28
  2.2 本构模型  28-32
    2.2.1 HyperXtrude软件介绍  28-29
    2.2.2 收敛准则  29
    2.2.3 本构模型  29-32
3 模具设计  32-41
  3.1 型材分析和挤压力计算  32-33
    3.1.1 型材分析  32-33
    3.1.2 挤压力的计算  33
  3.2 模具结构设计  33-40
    3.2.1 分流比的选择  34
    3.2.2 分流孔的设计  34-36
    3.2.3 分流桥的设计  36
    3.2.4 模芯及模孔工作带的设计  36-38
    3.2.5 模孔尺寸设计  38-39
    3.2.6 招型材模具设计图  39-40
  3.3 模具材料的选择  40-41
4 多级焊合室挤压数值模拟  41-56
  4.1 模型前处理  41-43
    4.1.1 几何模型建立及网格划分  41-42
    4.1.2 挤压工艺参数的设定  42-43
  4.2 焊合室级数对挤压成形的影响  43-48
    4.2.1 焊合室设计  43-45
    4.2.2 型材模拟结果分析  45-48
  4.3 各层焊合室高度对挤压成形的影响  48-51
    4.3.1 焊合室设计  48-49
    4.3.2 型材流速及变形分析  49-51
  4.4 多级焊合室形状及尺寸对挤压成形的影响  51-55
    4.4.1 焊合室面积对挤压成形影响  51-52
    4.4.2 增加速度较慢处焊合室宽度对挤压成形的影响  52-53
    4.4.3 减小速度较快处焊合室宽度对挤压成形的影响  53-55
  4.5 本章小结  55-56
5 挤压试模  56-64
  5.1 工作带设计  56-57
  5.2 挤压试验  57-58
  5.3 一次焊合试模结果  58-59
  5.4 多级焊合模具生产试模  59-63
  5.5 本章小结  63-64
6 结论  64-65
参考文献  65-69
致谢  69

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