帶長懸臂結(jié)構(gòu)空心截面鋁型材擠壓過程數(shù)值模擬及模具-工藝優(yōu)化.pdf

1、鋁型材擠壓制品因其比重小、力學(xué)性能優(yōu)良和耐腐蝕等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于民用建筑、軌道交通、航空航天和船舶等領(lǐng)域。目前，軌道交通的高端裝備對鋁型材提出了更高的要求，鋁型材斷面已從原來的簡單截面轉(zhuǎn)向大型、多腔復(fù)雜截面。傳統(tǒng)上，以工程類比為主的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計和以反復(fù)調(diào)試為主的工藝參數(shù)設(shè)置已經(jīng)無法滿足該類鋁型材的擠壓生產(chǎn)需求。本文選取某軌道車輛用長懸臂結(jié)構(gòu)空心截面鋁型材為研究對象，借助模擬軟件HyperXtrude13.0對其擠壓過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，

2、優(yōu)化得到合理的模具結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)，并根據(jù)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行實際生產(chǎn)。
　　首先，介紹鋁型材及其擠壓技術(shù)的簡要內(nèi)容，并闡述基于任意拉格朗日歐拉法的模擬軟件HyperXtrude13.0及其理論基礎(chǔ)。
　　其次，針對某帶長懸臂結(jié)構(gòu)空心截面鋁型材分析其成形工藝性，根據(jù)平面分流組合模設(shè)計原則設(shè)計初始模具結(jié)構(gòu)尺寸，基于HyperXtrude13.0建立有限元分析模型并進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬分析。針對出現(xiàn)的型材出口流速極差大且分布不均的問題，先后對模具

3、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了3次優(yōu)化，改善了型材出口截面流速分布均勻性，模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化合理。結(jié)果表明：通過調(diào)整初始模具的擠壓中心、分流孔布局、焊合室輪廓、工作帶長度分布后，型材出口流速極差從75.37mm/s驟降至14.50mm/s，降低幅度高達(dá)80.76％，型材出口流速分布較為理想。
　　隨后在模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，采用正交試驗法考察工藝參數(shù)（擠壓速度、棒料預(yù)熱溫度、擠壓筒預(yù)熱溫度、模具預(yù)熱溫度、棒料直徑、棒料長度）對型材出口流速均方差（SDV）和

4、型材出口溫度均方差（SDT）的影響規(guī)律。對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行極差和方差分析，找到最優(yōu)工藝參數(shù)方案，即擠壓速度1mm/s，棒料預(yù)熱溫度440℃，擠壓筒預(yù)熱溫度420℃，模具預(yù)熱溫度400℃，棒料直徑150mm，棒料長度450mm。最優(yōu)方案下的SDV值和SDV值分別為1.37與1.91，型材擠出溫度范圍為557.98℃～565.54℃，上模和下模最大偏移量分別為0.041mm與0.031mm，上模和下模最大應(yīng)力分別為714MPa與762MPa，上