铝合金半固态反挤压过程的数值模拟

材料在半固态下具有特殊性质,运用有限元数值模拟技术,研究材料在半固态成形过程中的应力场、应变场和温度场的分布规律,预测金属在成形过程中的充型行为、可能产生的缺陷和最佳工艺参数等信息,可为实际生产提供理论依据。对半固态2017铝合金的反挤压过程进行了数值模拟,研究了变形温度、凸模速度、凸模压下量、挤压比和摩擦因子等工艺参数对变形过程中应力、应变和温升的影响,并优化了变形工艺参数。     

不锈钢管件滚弯成形工艺的有限元模拟

应用ANSYS有限元分析软件中的LS—DYNA求解器,对薄壁不锈钢管件弯曲成形过程进行了弹塑性数值模拟．通过对管件弯曲角度的试验结果与模拟值的对比分析,证明了建立管件有限元模型的正确性．在此基础上对管件滚弯过程的模拟结果进行了应力应变分析,揭示了其成形时的塑性变形流动规律及其对管件质量的影响．研究结果表明：薄壁不锈钢管件弯曲冷成形的主要失效形式是内侧部分的起皱和外侧部分的失稳;管件弯曲内侧等效应雯和壁厚变化呈跳跃式条状分布,是管壁起皱变形的前兆,管件弯曲外侧的壁厚减少导致其弯曲刚度降低,是管壁失稳变形的原因;最大等效应变和等效应力的部位出现在管件弯曲区域的、与滚动轮和旋轮接触部位,其弯曲成形后,部位的应力值逐渐减小,且沿两端方向应力逐渐减少．     

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。     

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.     

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。     

1633B铝合金空心型材挤压过程的数值模拟及虚拟试模

通过将有限元法与有限体积法相结合,在MSC.SuperForge商业软件上实现了挤压比λ＝62.6的空心薄壁铝型材挤压过程的数值仿真,获得了该型材挤压过程的材料流动速度场、应力场、应变场、温度场分布图以及焊合过程.通过与生产试模结果的比较表明,基于数值分析的虚拟试模对挤压模具设计和挤压工艺的优化有直接指导意义.     

7050铝合金热挤压成形过程的有限元模拟

针对传统工程机械用销轴数量多、重量大、工况差等不足,以7050高强轻质铝合金代替传统钢质材料,采用DEFORM‐3D有限元分析软件,对7050铝合金热挤压成形过程进行有限元数值模拟,分析了挤压载荷、金属流动速率、等效应变、等效应力和温度场等参量的变化规律。结果表明,销轴的热挤压变形过程可分为4个阶段,即挤压填充阶段、开始挤出阶段、稳定挤压阶段和终了挤压阶段;工件内部等效应变分布横向均匀性较好,除了尾部变形不均匀外,其他部位应变分布基本一致;在挤压凹模模口处形成死区,工件内部等效应力达到最大值。     

端盖热挤压成形方案优化设计及多目标模具磨损失效的分析

为了优化端盖零件的成形质量,为端盖零件的实际生产加工提供理论依据,本文设计采用模拟端盖零件的2种成形方案及过程,对最优方案利用追踪点的方法获取符合加工挤压件要求的直径,并基于正交试验与数值模拟技术研究多目标参数对凸模模具磨损的影响以及凸模磨损的具体位置,最后利用反求法探寻加工后凸模是否发生损坏或者继续加工是否会造成凸模损坏。模拟结果表明:利用方案一成形方法加工端盖零件效果最好,Φ27. 54、Φ27. 62两种直径下端盖的成形效果最为理想,符合加工要求;端盖在热挤压成形过程中以凸模磨损深度为判断依据的最优水平为C1D4组合,即挤压速度为100 mm/s,凸模初始硬度为60 HRC;挤压速度为100 mm/s时凸模的抗磨损能力比300 mm/s时提高1. 3倍以上;凸模初始硬度为60 HRC时其抗磨损能力比52 HRC时提高1. 3倍以上,在很大程度上增加了模具使用寿命; P3、P6点位置的凸模磨损最严重,但模具的表面压强、表面温度等均符合加工要求,故凸模磨损符合生产要求。上述结果表明:本文端盖热挤压成形的优化设计符合生产加工要求。     

弧齿锥齿轮成形工艺及模具设计

针对弧齿锥齿轮开式模具存在的问题,提出了弧齿锥齿轮闭式挤压新工艺及其模具结构。该模具采用浮动凹模和浮动凸模结构,工件在2个凹模和2个凸模形成的封闭模腔中成形,生产的工件无飞边。工艺试验表明,新工艺可显著降低挤压变形力、材料消耗和生产成本,提高模具寿命和生产效率。     

空心管件压形模的设计

为设计实现空心管件压形模,通过对空心管件的变形分析,考虑具体模具设计要求,介绍了模具结构及工作过程.结果:完成了在曲柄压力机上使用的空心管件压形模的设计,并给出了模具结构、工作过程及主要零件的设计要点.此模具灵活可靠、操作方便,可以运用到类似的管件成形模设计中,填补了空心管件在压力机上利用模具成形的空白.     

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.     

用刚塑性有限元法分析超塑性反挤压成形

本文用刚塑性有限元法分析超塑性反挤压成形的流动规律，定量地分析了影响超塑性变形抗力的因素，预测了反挤压变形抗力和变形区的应力应变分布规律，为预测超塑性材料的反挤压变形抗力、速度场及等效应变速率提供了计算机模拟实验的通用程序。     

聚合物熔体在直线型异型材挤出口模内三维粘弹流动分析

利用罚函数有限元法，采用PTT粘弹模型，对聚合物熔体在直线型异型材挤出口模内的三维等温流动进行了数值模拟，得出了不同挤出量下的速度和应力分布．结果表明：口模截面上流动中心位于流动阻力较小的部分，而且这部分的流速较快；必须依据流动阻力的大小来匹配组成口模截面的各部分所对应的成型区长度，流动阻力大的部分，长度应较小，以免产生流动不平衡从而导致挤出物离模后的扭曲；过渡区对熔体在其上游的稳流区和在其下游的成型区内的流动均有明显影响；聚合物熔体的松弛时间对熔体流速无影响，对剪切应力的影响非常小，随着松弛时间的增大，熔体的粘弹性拉伸应力下降，而且熔体粘弹性拉伸应力对总拉伸应力的贡献很大．     

复杂型材挤出模结构优化设计方法

采用APDL建立了面向CAE的模头流道参数化模型,用分步单元划分策略和壁面滑移边界条件,完成了复杂型材熔体在模头内流动过程的三维数值模拟,获得了流道内的速度分布和压力分布.在此基础之上,以模头出口处型材截面上各子区域平均流速相等为优化目标,对模具流道的结构参数进行了优化设计,优化后流动平衡性有显著提高.复杂型材SF56流道结构参数的优化设计和实验,证明了该方法的正确性和有效性.     

高温合金管材挤压变形及挤压工艺的流函数法研究

针对IN690高温合金管材在挤压过程中挤压力大及预测不准等问题,以优化设计挤压工艺和参数进而实现降低挤压力、减少能耗为目标,应用流函数法建模分析挤压变形过程和建立挤压力求解模型,得到了稳定挤压时金属的速度流线.研究了挤压温度、摩擦因数和模具角度等因素对挤压力的影响规律,建立了IN690高温合金管材挤压工艺参数与挤压力的关系.以挤压力最小为优化目标,优化设计了最佳挤压温度和模具角度.     

双金属挤压成形过程的数值分析

基于刚粘塑性有限元理论，在双金属相互接触的两种材料之间引入摩擦单元，对双金属挤压的非稳态过程进行了有限元分析．获得了变形体内的应力、应变分布，从而揭示了双金属在挤压成形过程中材料的流动规律．     

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。