列车车体106XC型材挤压过程数值模拟及模具优化

以列车车体106XC型材为例进行挤压模具结构设计;在HyperXtrude10.0软件平台上,采用基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)网格描述的有限元方法,实现大断面复杂截面铝型材挤压过程的数值模拟。通过增加模芯处引流孔直径、增大引流槽的斜度、调整二级焊合室的大小和工作带长度等措施,对模具进行结构优化,优化后型材最大变形量明显减小,出口处金属流速得到均衡。研究结果表明:数值模拟结果与生产试模结果吻合良好,表明数值模拟结果能为大型复杂截面铝型材挤压模具结构设计提供有效指导。     

基于Altair HyperXtrude的空心铝型材挤压成型仿真模拟

以6063工业铝型材为研究对象,将建立好的三维模型导入有限元Altair HyperXtrude分析软件进行仿真模拟,获得金属流动的温度场、速度场、应力应变场及型材的形变场,研究其金属流动规律,预测实际挤压过程中可能出现的挤压型材缺陷.结果表明:当模具结构设计不当时,型材会产生严重的扭拧、波浪、弯曲和裂纹等缺陷;HyperXtrude可以准确地预测挤压模具初始设计方案中潜在的缺陷,实时跟踪描述金属的流动行为,揭示金属的真实流动规律,获得金属试验现场难以测量的物理量,及时对模具结构进行改进,缩短实际模具制造周期.     

X5214铝合金型材挤压过程的数值模拟

通过采用有限元法与有限体积法相结合,在MSC.SuperForge有限元商业软件上实现了挤压比λ=98.28的X5214铝型材挤压过程的数值模拟;对比了3种不同导流孔形状对型材挤出模口处z向的流速均匀性:获得该型材挤压过程的材料流动速度场、应力场和温度场分布图,并对金属的流动过程进行分析.模拟分析结果表明:对于X5214铝型材,采用对称导流模可获得较佳的流速均匀性.     

导流模和分流模金属挤压流动成形的数值模拟

建立了铝合金导流模和分流模挤压分析模型,利用有限体积法(FVM)分别对导流模和分流模模具在铝合金挤压过程中坯料的应力分布和速度场分布进行了比较和分析,发现坯料应力的分布与工作带高度的设定、出材流动是否均衡没有直接的联系,而工作带的调节对改善金属的流动有一定的作用.针对型材出口处的金属流动均匀性,提出了一个判定能否获得稳定合格型材的依据.计算出口型材的标准速度场偏差(SDV),当SDV随时间增加逐渐减少,并且其收敛值小于一个临界值时,认为能够获得稳定合格的型材.     

铝合金圆管挤压成形的切线分流桥模具结构分析

挤压成形是铝合金产品成形的主要手段之一。对一般的空心型材制品,由于挤压成形本身的工艺特点,不可避免的会在产品表面产生挤压焊合线,影响到产品的表面质量。对圆管型材制品,给出了一种切线分流桥的结构,能够减轻甚至避免圆管表面出现明显焊合线;并通过数值模拟分析,发现了该种模具设计方案增加了金属在焊合室中的横向流动能力,有效的改善了金属挤压焊合的质量和流动均匀性。     

铝合金导流模和分流模金属流动成形的数值模拟

建立了铝合金导流模和分流模挤压分析模型,利用有限体积法（FVM）分别对导流模和分流模模具在铝合金挤压过程中坯料的应力分布和速度场分布进行了详细的比较分析,发现坯料应力的分布与工作带高度的设定,出材的流动是否均衡没有直接的联系,而工作带的调节对改善金属的流动有一定的作用。针对型材出口处的金属流动均匀性,提出了一种判定是否能获得稳定合格型材的判断依据。     

热挤压工艺对Ti-6Al-4V钛合金组织与性能的影响

研究了挤压温度和挤压比对Ti-6Al-4V钛合金挤压型材显微组织、织构及力学性能的影响.挤压温度在相变点Tβ以上150～350℃、挤压比λ为25～85范围内时,型材动态再结晶均已完成,形成均匀的魏氏组织.型材的晶粒随挤压温度的降低和挤压比的提高而细化.型材织构在挤压比较低(λ=25)时强度较弱且为随机分布;当挤压比增加时,织构增强并有形成(1219)面纤维织构的趋势;当挤压比提高至85时,形成完整的(1219)面纤维织构.由于织构与晶粒细化的共同作用,使不同挤压条件下得到的Ti-6Al-4V钛合金型材综合力学性能比较稳定,即强度差异均不大于35 MPa,且延伸率和断面收缩率差值均不超过3%.     

薄壁铝合金型材稳态挤压模拟分析和实验验证

采用HyperXtrude软件模拟了薄壁铝合金型材的稳态挤压过程.模拟结果显示型材的中心部位向上翘起,这是由于出口流动速度图中A区域的挤出速度明显快于其他区域导致的.随后的实验验证表明型材的中心部位确有向上翘起现象,测量结果表明试模实验挤出的型材平面度超差,属不合格产品,这证明模拟结果是准确的.HyperXtrude软件能够比较准确的预测挤压过程中型材各部位的流速和变形,这对于在早期设计阶段就能修正模具缺陷是至关重要的.     

工字形铝合金偏心压杆平面内稳定承载力研究

运用ANSYS软件对常用的铝合金挤压型材偏心压杆的平面内稳定承载力进行了研究,分析了不同长细比和偏心率杆件的稳定性能,并讨论了残余应力与初弯曲对杆件承载力的影响.研究结果表明:除相对偏心率很大及长细比很小的情况外,工字形截面偏心压杆受拉翼缘不会进入塑性状态;初弯曲对杆件的影响随长细比和弯矩的增大而减小;铝合金挤压型材残余应力峰值很小,对杆的承载力影响不大,可忽略不计.在大量数值分析的基础上,拟合出了工字形铝合金偏心压杆的平面内稳定计算公式,可供工程设计参考.     

复杂铝型材挤压成形有限体积仿真

根据型材挤压成形属于特大变形、热-力耦合、坯料头部存在变形死区等特点,采用欧拉描述有限体积法(FVM)模拟了3级复杂型材的挤压成形过程,避免了传统刚塑性有限元法无法模拟变形死区,拉格朗日描述有限变形弹塑性有限元法难以重划特大变形网格等难题．模拟过程中,采用欧拉描述FVM仿真坏料流动,采用拉格朗日描述有限元法仿真模具变形和应力,采用显式动态接触算法仿真坏料与模具之间的相互作用．确定了兼顾仿真精度和速度的有限体积网格的最小尺寸和单元最大数量,提高了计算效率;建立了6063-T5铝合金在不同变形温度下的系列热-本构-摩擦模型,获得了金属流动、力能、温度、密度变化分布．为工艺和模具参数优化提供了依据．     

铝型材挤压模具导流孔结构优化

基于MATLAB平台,将BP人工神经网络、遗传算法和数值模拟技术应用于铝型材挤压模具的导流孔形状优化设计。由正交实验法安排模拟实验组合,采用SuperForge软件对进行型材挤压过程进行数值模拟,并以挤压时金属流出模口平面的z向质点流速的均方差作为模型目标值;将模拟结果作为人工神经网络的输入样本对进行网络训练并建立网络知识源;通过遗传算法求得模型的全局优化解;最后通过有限体积法数值模拟技术验证并比较优化所得导流孔形状与经验法确定的导流孔形状对金属流动均匀性的影响。分析结果表明,通过调整导流孔形状能使金属流出模口的速度分布更均匀,表明对挤压模具导流孔形状的优化是有效的。     

数值模拟技术在高铁用7050铝合金型材挤压中的应用

采用Hyper Xtrude软件模拟了高铁用7050铝合金结构型材的稳态挤压过程.模拟结果显示型材筋板中部流动速度较慢,导致型材上下大平面与筋部连接处产生凹陷.随后的万吨挤压试模生产证明型材确实存在此缺陷,并存在焊合不良的现象,且型材筋板壁厚超差.试模结果证明模拟结果是准确的.该方法将有望实现挤压模具的"零试模"目标.     

CONFORM连续挤压金属变形行为的模拟实验研究

为了模拟研究CONFORM连续挤压过程中金属的变形行为,本文设计了一种专门的模拟实验装置,并利用莫尔云纹法研究了模拟实验时金属塑性变形的分布情况。研究结果表明,CONFORM连续挤压时的金属塑性流动不同于常规挤压时的情形,在塑性变形区内存在一个剧烈剪切变形带。剧烈剪切变形带的存在有助于减缓挤压塑性变形的不均匀性,尤其是对于金属颗粒挤压时,非常有利于增强颗粒之间的结合能力。     

反挤压单位挤压力理论计算公式的探讨

对反挤压单位的挤压理论计算公式的计算值与实测值相差较大的情况进行了分析,认为“二值”相差较大的原因是,原公式在推导时假设金属流动方向在反挤过程中不变,与反挤压时金属实际流动方向随变形程度变化而变化不一致引起的。据此,对原公式进行了修正,并结合实测值推导了一个半理论半经验的新的反挤压单位挤压力计算公式。新公式考虑了变形程度和毛坯的初始硬度使反挤时金属流动方向改变对单位挤压力的影响。该公式的计算值与实测值比较接近,其误差不超过10％。     

扁挤压筒挤压的光塑性模拟

文章利用三维光塑性方法,以聚碳酸酯为材料,模拟了具有流线型过渡型腔的扁挤压筒挤压整体铝壁板型材时的挤压变形,获得了三维塑性应变场。结果表明,挤压变形主要集中在流线型型腔内,扁挤压筒型腔内则为难变形区,两者的过渡处存在应变集中现象;变形区内未出现死区;挤压变形沿厚度方向基本成对称分布,有类似于拉拔(中间)、镦压(两侧)以及摩擦力影响(边缘)3个区域,且越到模口处对称性越好。模拟实验获得的应变场为扁挤压筒挤压的数值模拟和优化设计提供了依据。     

一种挤压铝型材自动牵引中断设备的设计及应用

在铝型材挤压过程中,铝型材从挤压机挤出后长度较长,且米重不等。为了防止型材挤出过程中偏离轨道及满足一定张力的要求,并减少型材的弯曲或扭曲,在铝型材冷却后需要用牵引中断设备匹配挤压机速度,同时准确无误地牵引到所需型材长度处,并进行锯切。设计开发了一种铝型材牵引中断设备结构,阐述了结构设计理念、具体结构组成以及实际应用等内容,采用理论联系实际的研究方法,最终产品已经试制完成,投入使用。一种挤压铝型材自动牵引中断设备辅助挤压生产顺利进行,满足了不同挤压工艺型材的生产需要,实用性较强,提高了企业生产效率。     

三通管接头径向挤压的刚塑性有限元研究

本文从实验和理论两方面验证了等径三通管接头径向挤压时的金属流动过程属于平面应变问题,应用Lee和Kobayashi S提出的刚塑性有限元法导出了模拟平面应变问题的刚塑性有限元数学模型的具体显式,编制了一套微机上模拟等径三通管接头径向挤压过程的程序.成功地模拟了等径三通管接头的径向挤压过程,计算了应变速率场和应力场的分布值,初步掌握了径向挤压时的金属流动规律.     

上限元(UBET)的研究及其在轴对称挤压工艺中的应用

本文采用UBET(Upper Bound Element Technique)对轴对称挤压工艺进行了多方面的分析研究,包括挤压时的变形抗力、流动以及体积分配率规律。提出了一种新的单元速度场的构造方法,并克服了平行单元速度场无法反映金属流动时剪切现象的缺陷,同时对凸模拐角处的流动作了一定的处理,使成形分析时整个变形区域内的金属流动保持连续。结果表明,用 UBET 获得的结果与实验结果较吻合。     

超硬铝合金无缝管材挤压成形工艺优化

为了揭示大型铝合金无缝管材挤压成形中的关键技术问题,以7075铝合金为例,采用刚黏塑性有限元法分析工艺参数对铝合金管材挤压成形过程的影响。研究结果表明:随着成形温度增加,挤出模口处所受附加拉应力逐渐降低,但过高挤压温度反而会增大黏附力;随着挤压速度增大,所需挤压载荷明显增加,且管材挤出过程中金属变形流动的均匀性随之降低;在挤压温度为430℃、挤压速度为2 mm/s时进行工艺实验,一次性成形大型铝合金无缝挤压管材,且所得制品的表面质量良好,符合使用要求。     

金属正挤压时塑性变形区和死区的边界形状

本文研究了金属正挤压时塑性变形区和死区的边界形状以及影响它們的各种因素。实驗結果証明,变形区的开始边界形状为一凹向金属流动方向的凹形曲面,而終了边界形状为一伞形,显然它們不同于以模子漏斗頂点为中心的球面。而死区的边界形状为由凹向挤压筒和模子方向的滑移线所組成的曲面。实驗指出,对于型材而言,死区的大小、高度和形状不仅取决于模孔周边到挤压筒壁的距离,而且也取决于模孔形状。实驗表明,在影响死区的大小和高度的所有因素之中,尤职模具的表面状态为最甚,表面越粗糙,所形成的死区越大。