鋁型材擠壓過(guò)程數(shù)值模擬及擠壓模具結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及人們環(huán)保理念的提升,對(duì)資源和能源的損耗提出了更高的要求。因此,如何有效地提高鋁合金型材的生產(chǎn)效率,降低其成本,已經(jīng)成為我國(guó)鋁型材行業(yè)的一個(gè)重要研究課題。傳統(tǒng)鋁型材擠壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)的設(shè)定主要依靠經(jīng)驗(yàn)和類比,需要通過(guò)多次試模和修模才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品,增加了生產(chǎn)成本,制約了我國(guó)鋁型材行業(yè)的發(fā)展。隨著CAD/CAM/CAE技術(shù)的進(jìn)步,塑性成形理論與有限元理論的不斷發(fā)展,將數(shù)值模擬技術(shù)與傳統(tǒng)鋁型材擠壓工藝相結(jié)合

2、,對(duì)鋁型材擠壓成型過(guò)程和擠壓模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究,已經(jīng)成為鋁型材行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。
　　本文首先介紹了模具的主要結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)原則,論述了任意拉格朗日歐拉法的基本原理和方程,并以一空心雙壁鋁合金管材為例,采用基于任意拉格朗日歐拉法的HyperXtrude有限元仿真軟件對(duì)其擠壓過(guò)程進(jìn)行數(shù)值穩(wěn)態(tài)模擬,得到了金屬在模具中的流動(dòng)與分布情況并預(yù)測(cè)了擠出型材的變形趨勢(shì),將模擬結(jié)果與試模結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了軟件模擬結(jié)果的可靠性。其次,以平面導(dǎo)流模具

3、為研究對(duì)象,在對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上,分析不同擠壓工藝參數(shù)對(duì)擠壓過(guò)程的影響,為實(shí)際生產(chǎn)中工藝參數(shù)的制定提供理論依據(jù)。在分析模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)平面分流組合模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,并探討了焊合室深度和分流橋?qū)挾葘?duì)擠壓過(guò)程中壓力、模具變形和受力情況的影響。
　　基于模具結(jié)構(gòu)對(duì)擠壓過(guò)程影響的探討,本文最后通過(guò)將模具應(yīng)力分析結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)中模具開裂失效情況進(jìn)行對(duì)照,表明模具體內(nèi)的應(yīng)力集中是模具產(chǎn)生裂紋,進(jìn)而失效的重要原因。在此基礎(chǔ)上,選用圓形

4、鋁管的平面分流組合模具為研究對(duì)象,選取其上模厚度,分流橋的寬度,分流橋夾角,以及焊合室深度四個(gè)模具結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量,以模具在擠壓過(guò)程中的最大等效應(yīng)力為優(yōu)化目標(biāo),采用正交試驗(yàn)表建立了訓(xùn)練樣本,運(yùn)用GABP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立起設(shè)計(jì)變量與優(yōu)化目標(biāo)之間的響應(yīng)預(yù)測(cè)模型,并結(jié)合模擬退火遺傳算法對(duì)該模型進(jìn)行非線性全局尋優(yōu)。將迭代優(yōu)化后得到的參數(shù)組合重新建模并進(jìn)行數(shù)值模擬,與樣本數(shù)據(jù)中的最優(yōu)值進(jìn)行對(duì)比,模具的最大等效應(yīng)力下降了15％,從而延長(zhǎng)了模具的使