高速列車用7N01高強(qiáng)鋁合金橫梁型材擠壓流動(dòng)規(guī)律研究及模具優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、近年來，高速列車發(fā)展迅猛，速度等級(jí)不斷提升，車體輕量化的需求十分迫切。鋁合金因具有重量輕、強(qiáng)度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、耐腐蝕、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)而成為高速列車制造的首選結(jié)構(gòu)材料。目前高速列車底架主要采用7N01鋁合金擠壓型材。7N01鋁合金屬于高強(qiáng)硬質(zhì)鋁合金，擠壓成形難度較大，目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中針對(duì)7N01鋁型材擠壓成形工藝與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研究較少，該類鋁型材擠壓生產(chǎn)中還存在成品率低和模具壽命短等主要問題，在一定程度上限制了該類鋁合金型材的研發(fā)

2、和應(yīng)用。因此，7N01鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)、工藝制定、產(chǎn)品質(zhì)量控制等關(guān)鍵問題迫切需要科學(xué)的開發(fā)手段。而科學(xué)的擠壓工藝和模具設(shè)計(jì)方法來源于對(duì)劇烈大變形擠壓過程中的材料變形機(jī)理、本構(gòu)關(guān)系、流動(dòng)規(guī)律、工藝模具參數(shù)的影響規(guī)律等科學(xué)問題的深刻認(rèn)識(shí)和掌握，這些問題的解決將有助于提高7N01鋁型材擠壓的成品率、產(chǎn)品質(zhì)量及模具壽命。
　　本文以高速列車7N01鋁合金橫梁型材為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，測(cè)試了7N01鋁合金鑄錠的力學(xué)和

3、熱物理性能參數(shù)，建立了描述7N01鋁合金鑄錠高溫流變行為的Arrhenius本構(gòu)模型，通過對(duì)擠壓過程進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了擠壓工藝參數(shù)對(duì)型材質(zhì)量、擠壓力及模具強(qiáng)度的影響規(guī)律，并分別采用響應(yīng)曲面方法和網(wǎng)格變形技術(shù)對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　(1)系統(tǒng)測(cè)試了7N01鋁合金鑄錠的力學(xué)和熱物理性能參數(shù)。通過熱壓縮實(shí)驗(yàn)獲得了7N01鋁合金鑄錠在不同溫度和不同變形速度下的力-位移曲線，并采用逆向分析方法獲得了

4、7N01鋁合金鑄錠材料的Arrhenius本構(gòu)模型參數(shù)。
　　(2)基于HyperXtrude軟件，對(duì)7N01鋁合金橫梁型材擠壓全過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過與實(shí)際生產(chǎn)的料頭形狀、擠壓機(jī)出口處型材表面溫度歷史曲線及擠壓力歷史曲線進(jìn)行對(duì)比，兩者吻合良好，驗(yàn)證了本項(xiàng)目所建立的本構(gòu)模型及數(shù)值模型的準(zhǔn)確性。
　　(3)采用Taguchi實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，研究了鑄錠直徑、擠壓速度、模具溫度、鑄錠預(yù)熱溫度及擠壓筒溫度對(duì)型材出口截面材料流動(dòng)均勻性