薄壁鋁合金型材穩(wěn)態(tài)擠壓模擬分析和實驗驗證

1、第卷第期年月煙臺大學學報（自然科學與工程版）（）文章編號：（）礦。、應(yīng)用技術(shù)弋。一薄壁鋁合金型材穩(wěn)態(tài)擠壓模擬分析和實驗驗證劉鵬”，謝水生，程磊，黃國杰，和優(yōu)峰，付矗（北京有色金屬研究總院有色金屬材料制備加工國家重點實驗室，北京；煙臺大學機電汽車工程學院，山東煙臺）摘要：采用軟件模擬了薄壁鋁合金型材的穩(wěn)態(tài)擠壓過程模擬結(jié)果顯示型材的中心部位向上翹起，這是由于出口流動速度圖中區(qū)域的擠出速度明顯快于其他區(qū)域?qū)е碌碾S后的實驗驗證表明型材的中心部位確有向上翹起現(xiàn)象，測量結(jié)果表明試模實驗擠出的型材平面度超差，屬不合格產(chǎn)品，這證明模擬結(jié)果是準確的軟件能夠比較準確的預測擠壓過程中型材各部位的流速和變形，這對于在

2、早期設(shè)計階段就能修正模具缺陷是至關(guān)重要的關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬；有限元；軟件；擠壓模具；鋁合金型材中圖分類號：文獻標識碼：薄壁鋁合金型材在航空、航天、汽車、建筑、電氣、化工、機械制造等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用生產(chǎn)中，如果鋁合金型材的擠壓模具設(shè)計不好，型材會產(chǎn)生扭擰、翹曲、刀彎等很多缺陷模具設(shè)計人員必須保證擠出型材的變形在圖紙規(guī)定的公差范圍以內(nèi)，因此擠出型材在模具出口處必須有均勻的流動速度在實際生產(chǎn)中，出口流速控制通常依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗和反復試模修模的方法解決但這種傳統(tǒng)工藝費錢、費時、費力，有的模具由于設(shè)計上有缺陷而很難修好，只能報廢，有的模具要經(jīng)過數(shù)十次的試模修模才能正常使用這種傳統(tǒng)方法很難適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)

3、對縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和降低生產(chǎn)成本的要求如今，這一難題有望利用現(xiàn)代的數(shù)值模擬技術(shù)得到解決，數(shù)值模擬可以獲得型材擠壓變形過程、材料流經(jīng)模具各點的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、流速分布、溫度分布等實際生產(chǎn)不能獲得的數(shù)據(jù)通過對模擬結(jié)果的分析，設(shè)計者可以在產(chǎn)品制造之前糾正原始設(shè)計中的缺陷，避免實際擠壓過程中的各種缺陷，這已經(jīng)成為現(xiàn)代擠壓型材模具設(shè)計的重要手段近年來發(fā)表的論文中，采用有限元法模擬鋁型材擠壓過程的論文很多¨。有限元法模擬擠壓過程已取得可喜的成功，但在擠壓生產(chǎn)中的應(yīng)用還有很大不足，目前流行的擠壓軟件一、等，只能模擬非常簡單、對稱度高的型材，對生產(chǎn)中大多數(shù)復雜型材都無法模擬公司家族中的軟件是一款全新的

4、模擬軟件，是專為分析驗證擠壓模具設(shè)計、模擬擠壓過程開發(fā)的擠壓專用軟件，目前在國內(nèi)尚處于應(yīng)用早期階段本文對薄壁鋁合金型材的模擬采用軟件完成，隨后進行了實驗驗證，證明該軟件的模擬收稿日期：基金項目：“十一五”國家科技支撐計劃（）；山東省科技發(fā)展計；慰（）；山東省優(yōu)秀中青年科學家科研獎勵基金（）作者簡介：劉鵬（一），男，山東煙臺人，講師，博士研究生，主要從事鋁擠壓、數(shù)值模擬研究萬方數(shù)據(jù)煙臺大學學報（自然科學與工程版）第卷結(jié)果準確，這為模擬大型復雜截面鋁合金型材找到了切實可行的方法模具設(shè)計和擠壓參數(shù)模具外型所設(shè)計的薄壁實心鋁合金型材擠壓模具上設(shè)有導流室、工作帶和出口空刀，如圖所示擠壓的主要組件裝配關(guān)系

5、如圖所示模具的三維模型先由軟件設(shè)計完成，然后用文件導入到軟件中進行前處理所設(shè)計鋁型材的外形及主要尺寸如圖所示（）主視圖（）后視圖圖模具的三維模型沁、：÷模乒多多多多弋一心籬圖擠壓各組件的裝配圖圖鋁型材的外形尺寸模擬參數(shù)模擬中采用的鋁合金為鋁，擠壓模具材料為鋼，種材料的有關(guān)參數(shù)如表所示，模擬擠壓工藝參數(shù)如表所示工作帶處采用的摩萬方數(shù)據(jù)擦模型為模型，摩擦系數(shù)取，這一模型適用于模擬工作帶處的熱變形過程模具與型材接觸的前端面、導流室壁面等其他表面采用粘著模型，即與模具表面接觸的鋁金屬完全粘著在模具表面沒有相對流動型材工作帶處的網(wǎng)格尺寸為，保證壁厚方向至少有層網(wǎng)格其他位置的網(wǎng)格尺寸介于之間距離

6、工作帶越遠，網(wǎng)格的尺寸越大，如圖所示，網(wǎng)格總數(shù)為萬表鋁和鋼的性能參數(shù)表模擬擠壓工藝參數(shù)坯料長度啪坯料直徑粥坯料溫度伽模具溫度。伽工作帶網(wǎng)格尺寸嚨其他網(wǎng)格尺寸舢擠壓墊速度“ 圖劃分的坯料網(wǎng)格模擬結(jié)果經(jīng)工作站計算后，得到了型材的穩(wěn)態(tài)擠壓結(jié)果型材的擠壓變形如圖所示，型材截第期劉鵬，等：薄壁鋁合金型材穩(wěn)態(tài)擠壓模擬分析和實驗驗證面的擠出速度如圖所示，穩(wěn)態(tài)擠壓的應(yīng)力分布如圖所示從型材變形的前端可以看出，型材的中間部分向上翹起，這是由于圖中區(qū)域的擠出速度明顯快于其他區(qū)域，加上薄壁型材抵抗向變形的能力較差，導致型材的中間部分向上翹起，如圖所示圖型材變形圖圖型材出口流動速度圖圖穩(wěn)態(tài)擠壓的應(yīng)用力分布圖詛實驗結(jié)果為

7、了驗證模擬結(jié)果的正確性，我們按設(shè)計圖紙試制了一套模具，然后在臥式擠壓機上進行擠壓試驗試模后，所得型材變形照片如圖所示從圖中，明顯可以看出型材的中部向上翹起，型材的上平面與角尺之間，呈現(xiàn)兩邊大中間小的間隙試模實驗擠出的型材平面度超差，屬不合格產(chǎn)品，必須在隨后的修模工序中及時修正變形，直至將型材凸起的高度控制在圖紙要求的公萬方數(shù)據(jù)差范圍以內(nèi)，方屬合格產(chǎn)品實驗結(jié)果證明，軟件所得模擬結(jié)果是正確的，模擬結(jié)果準確的預測了擠壓生產(chǎn)中型材各部位的流速和變形，這對于在早期設(shè)計階段就能修正模具缺陷是至關(guān)鶯要的對模具設(shè)計缺陷的準確預測將改變反復試模修模的傳統(tǒng)工藝，用數(shù)字試模取而代之，變技藝為科學，為企業(yè)縮短產(chǎn)品開發(fā)

8、周期、降低生產(chǎn)成本、提升市場競爭力提供了切實可行的解決方案圖試模實驗的型材變形照片結(jié)論（）采用軟件模擬了薄壁鋁合金型材的擠壓過程模擬結(jié)果顯示圖中區(qū)域的材料流動速度顯著快于其他區(qū)域，從而導致型材如圖所示的變形（）采用臥式擠壓機進行了試模試驗，所得型材中間向上翹起，如圖所示試模結(jié)果證明軟件所得模擬結(jié)果是正確的，模擬結(jié)果準確的預測了實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的產(chǎn)品缺陷參考文獻：，西嚏，：，：，（）：， 煙臺大學學報（自然科學與工程版），第卷，：，：，。，：，：，：一，（，；，）：，：；（責任編輯柳瑞雪）萬方數(shù)據(jù) 薄壁鋁合金型材穩(wěn)態(tài)擠壓模擬分析和實驗驗證作者：作者單位：劉鵬， 謝水生， 程磊， 黃國杰， 和優(yōu)峰，

9、 付垚， LIU Peng， XIE Shui-sheng，CHENG Lei， HUANG Guo-jie， HE You-feng， FU Yao劉鵬,LIU Peng(北京有色金屬研究總院,有色金屬材料制備加工國家重點實驗室,北京,100088;煙臺大學,機電汽車工程學院,山東,煙臺,264005， 謝水生,程磊,黃國杰,和優(yōu)峰,付垚,XIE Shui-sheng,CHENG Lei,HUANG Guo-jie,HE You-feng,FU Yao(北京有色金屬研究總院,有色金屬材料制備加工國家重點實驗室,北京,100088煙臺大學學報(自然科學與工程版JOURNAL OF YANTAI

10、 UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE AND ENGINEERING EDITION2010,23(3刊名：英文刊名：年，卷(期：參考文獻(8條1. Cheng Lei;Xie Shui-sheng;HUANG Guo-jie Multi-stage finite element simulation of porthole dieextrusion process 20082. Kayser T;Parvizian F;Hortig C Advances on extrusion technology and simulation of light alloys 20083

11、. Gang Fang;Jie Zhou;Jurek Duszczyk Extrusion of 7075 aluminium alloy through double-pocket dies tomanufacture a complex profile 20094. Cheng Lei;Xie Shui-sheng;HUANG Guo-jie Non-steady FE analysis on porthole dies extrusion ofaluminum harmonica-shaped tube外文期刊 20075. Wu X H;Zhao G Q;Ma X W Numerical simulation and die structure optimization of an aluminiumrectangular hollow pipe extrusion process 20066. Li F;Yuan S J;Liu G Study of the metal flow behavior during extruding with inner cone punch2006(037. Li Feng;Yuan S J;Liu G Rese