分流模金属挤压流动成形的数值模拟
金属薄板挤压成形过程中的数值模拟研究
金属薄板挤压成形过程中的数值模拟研究金属薄板挤压成形技术是一种非常重要的金属加工方法，适用于制造各类机械结构件、零件以及构件。
这种技术通过将金属薄板放入专用的挤压机中，并在特定的形状孔口处施加压力来对薄板进行变形，从而得到需要的形状和大小。
此过程中，数值模拟研究扮演着重要的角色。
本文将通过探讨其数值模拟研究来研究金属薄板挤压成形的过程以及其发展趋势。
一、数值模拟研究的背景金属薄板挤压成形需要重要的工会操作和工艺参数。
在过去对于该技术的研究中，有很多试错和试验的过程，耗费大量的时间和资源。
因此，在实际应用中该技术受到了严格限制。
为了降低成本和时间，并且提高该技术的可重复性和精度，数值模拟技术的应用越来越广泛。
数值模拟技术不仅可以在挤压成形过程中减少试错和试验的成本，而且可以更加容易地掌握整个过程，以使最终产品符合要求。
同时，数值模拟技术可以为金属薄板挤压成形提供更详细的信息，如应力、形变、变形量和应变等。
这些信息可以帮助操作人员了解整个成形过程中的机理，从而为相关决策提供实用的指导。
二、数值模拟研究的过程数值模拟研究的主要过程包括：建模、离散及填充。
建模时，需要用计算机软件生成模型。
在此步骤中，需要考虑材料性质、工艺参数、工具形状、挤压机参数等因素，以保证模型的准确性和合理性。
之后，将在模型中填充元素。
这仅需要在计算机中调用一个程序即可。
如此一来，元素的选取和排序就可以完成。
最后，进行离散-计算。
在此步骤中，需要对计算机程序进行调整，以满足不同的计算需要。
三、数值模拟研究的优点数值模拟分析可以为操作人员引入很多优点。
其最主要的优点就是可以降低试错和试验的成本。
其次，数值模拟分析还可以更清晰地掌握整个成形过程，并了解成形过程中存在的问题。
此外，在整个成形过程中使用数值模拟还可以增加工作效率，并提高工作安全性。
四、数值模拟研究的技术挑战虽然数值模拟技术在金属薄板挤压成形中具有许多优点，但也面临一些技术挑战。
《基于有限元的铝合金管材挤压成形数值模拟》
《基于有限元的铝合金管材挤压成形数值模拟》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，铝合金管材因其轻质、高强、耐腐蚀等优点，在汽车、航空、机械制造等领域得到广泛应用。
挤压成形技术是铝合金管材生产过程中的关键环节，其成形质量直接影响到产品的性能和使用寿命。
因此，对铝合金管材挤压成形过程进行数值模拟，不仅可以提高生产效率，还可以优化工艺参数，提高产品质量。
本文将基于有限元法对铝合金管材挤压成形过程进行数值模拟，以期为实际生产提供理论依据。
二、铝合金管材挤压成形原理及特点铝合金管材挤压成形是指将加热后的铝合金坯料通过模具挤压成所需形状和尺寸的管材。
其特点包括：1. 挤压过程中金属流动复杂，需考虑金属的塑性变形、热传导、摩擦等因素；2. 模具设计对产品质量和生产成本具有重要影响；3. 挤压成形过程中需严格控制温度、压力等工艺参数。
三、有限元法在铝合金管材挤压成形中的应用有限元法是一种有效的数值模拟方法，通过将连续体离散成有限个单元，求解各单元的近似解，从而得到整个结构的近似解。
在铝合金管材挤压成形过程中，有限元法可以用于模拟金属的流动、应力分布、温度变化等情况，为实际生产提供指导。
四、铝合金管材挤压成形的数值模拟过程1. 建立几何模型：根据实际生产需求，建立铝合金管材的几何模型；2. 设定材料属性：定义铝合金的材料属性，如密度、弹性模量、屈服强度等；3. 划分网格：将几何模型离散成有限个单元，为后续的数值计算做准备；4. 定义边界条件和载荷：根据实际生产情况，设定模具和坯料的接触条件、摩擦系数等边界条件，以及施加的压力、温度等载荷；5. 求解和后处理：通过有限元软件进行求解，得到金属的流动、应力分布、温度变化等情况，并对结果进行后处理，如绘制云图、曲线等。
五、结果分析与讨论通过对铝合金管材挤压成形的数值模拟，可以得到以下结果：1. 金属流动规律：模拟结果显示，金属在挤压过程中沿着模具流动，并在模具的作用下发生塑性变形；2. 应力分布情况：通过应力云图可以清楚地看到各部分的应力分布情况，为优化模具设计和工艺参数提供依据；3. 温度变化情况：模拟可以反映挤压过程中温度的变化情况，为控制产品质量提供参考；4. 挤压成形质量：通过对比模拟结果和实际生产结果，可以发现模拟结果与实际生产情况基本一致，说明数值模拟可以有效预测铝合金管材的挤压成形质量。
金属液流动与凝固过程数值模拟分析方法研究
金属液流动与凝固过程数值模拟分析方法研究金属液流动和凝固过程数值模拟分析方法研究概述金属液流动和凝固过程是金属材料加工中的重要环节，对于金属制品的质量和性能有着重要影响。
因此，研究金属液流动和凝固过程的数值模拟分析方法具有重要的理论价值和实际应用价值。
本文将针对金属液流动和凝固过程的数值模拟分析方法进行研究，探讨其原理、步骤和应用。
一、数值模拟方法原理数值模拟方法是通过将物理系统离散化为有限的控制体积或网格，建立物理方程组，并使用数值计算方法求解，从而获得系统的增量或离散化解。
在金属液流动和凝固过程的数值模拟中，通常采用的是计算流体力学方法（CFD）或有限元方法（FEM）。
计算流体力学方法以连续介质力学为基础，通过对连续介质流动进行方程建模和求解，获得流动场的信息，进而研究流动的性质和变化规律。
在金属液流动和凝固过程的数值模拟中，流动方程通常采用Navier-Stokes方程，并结合运动边界条件、控制方程和物理方程对金属液流动过程进行数值模拟。
有限元方法是通过将物理系统划分为有限个单元，通过使用多项式近似解的方法，得到局部解之后，通过求解单元间的关系得到整体解。
在金属液流动和凝固过程的数值模拟中，有限元方法通常采用二维或三维的网格划分方法，将金属液的流动与凝固过程离散化为有限个单元，然后针对每个单元进行方程建模和求解，最终获得整体的解。
二、数值模拟方法步骤1. 建立几何模型：首先需要建立金属液流动和凝固过程的几何模型，通过CAD软件或者网格生成软件能够实现。
2. 网格划分：将几何模型离散为有限个单元或控制体积，进行网格划分。
在金属液流动和凝固过程的数值模拟中，网格划分需要根据流场的特点和凝固过程的要求进行合理的选择。
3. 建立物理模型：在金属液流动和凝固过程的数值模拟中，需要对流动方程、凝固方程和物理方程进行建模。
根据流动的性质和过程的要求，可以选择不同的物理模型。
4. 边界条件和初始条件：通过观察实验或实际生产中的数据，确定流场和凝固过程的初始条件和边界条件，以供数值模拟求解时使用。
空心铝型材分流模挤压的复合数值模拟
形 ，则可直接输 出为 “ Ｔ ”格 式的文 件。该数 据文 件 ＳＬ
可直接输 入到有限体积模拟 系统 中。
为了将有 限元数值模拟 系统 中变形 体的物理 场量传 递到有限体积模拟系统 中 ，必须首先计算 有 限体 积网格 体系的中心格 点 在原 有 的有 限元 网 格体 系 中 的局部 坐
之 间数据 的传递 ，这些数据主 要包括变形 体和工 摸具 的 几何数据 ，以及 各种物理场量数据 。 在有 限元法 和有 限体积法 中 ，变形体 和工模具 的三
・
机技术的快速发展 ，数值模 拟技术 已在 塑性成形 领域 中
得到广泛的应用。通过数值模拟技术能 获得金 属变形过 程的速度 、温度 、应力应变等各 种物理场 量的分布 及变
化情 况。
基于拉格 朗 １ ３网格 的有 限元 法已成 为空心型材 分流
维几何外形都是采用三 角形平 面进行离 散 ，且在挤 压成
模挤 压成形 问题 的主要求解方 法。但 目 的研究 对象仅 前 局限于挤 压比 ＜１ ０的厚壁 圆管 或方 管 等简 单 的空心 型 材 。对于大挤压 比问题 ，采用传统 的有限元法进 行模拟
属 的流动规 律及 焊合过 程 ，为 分流模 设 计 、优 化提 供 了依 据。 采用 数 值模 拟优 化 的结 果进 行 了实 验研 究 ，成
功地 挤 出了合格 的空心 铝型 材。
由于挤压生产空心型材所需 的分流模结 构复 杂 ，且 空心型材 的品种趋于薄壁化 、大型化 ，易导致 在挤压 成 形过程 中产 品出现翘 曲、扭 曲及褶 皱等 质量 问题 ，使 得
一
务。依赖经验和试模返修的传统设计模 式 已经 不能满 足 现代化产业发展的需求 ，迫切需要可靠 的科学理 论指导 挤压工艺及模具的优化设计。随着数学 分析方法 及计算
Simufact软件在铝型材挤压模具设计数值模拟的应用
Simufact软件在铝型材挤压模具设计数值模拟的应用1引言我国拥有极其丰富的铝矿资源。
随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，除航空航天工业外，建筑、交通运输、电力电器、化工、石油、农机和日常用品等部门对铝的需求量也越来越大。
用挤压的方法生产铝型材，既节约金属，生产效率又高[1]。
分流组合模广泛地应用于生产各种规格和形状的管材和空心铝型材的挤压模具结构类型。
该类模具不仅可以生产复杂内腔的铝型材，而且可拆换、加工容易、成本较低[2]。
目前该类模具的设计很大程度上取决于经验和反复试模，在反复试模的过程中浪费大量的人力物力和财力。
本文采用Simufact有限元软件对我公司设计的模具进行挤压过程的数值模拟，揭示金属的真实流动规律和各种物理场的分布，预测实际生产中可能产生的各种缺陷，从而在设计阶段对模具进行优化，以提高模具的质量。
2Simufact软件介绍在传统有限元模拟中，多采用Lagrange法[3-6]，但铝型材挤压过程属于非线性大变形，挤压比非常大，金属变形剧烈，这就不可避免地遇到网格再划分的问题。
而由于铝型材壁厚一般很薄，这给网格划分带来极大的困难，从而使得金属塑性成形的有限元模拟无法进行下去[7]。
有限体积法以前多用于模拟流体的流动过程。
近年来，部分学者也逐渐将有限体积法用于模拟金属的塑性成形问题。
基于Euler的有限体积法是将网格固定在空间，材料在流动过程中Euler网格不发生变化。
因此，用有限体积法模拟大变形塑性成形问题可以很好地避免网格再划分问题。
Simufact软件是基于MSC.SuperForm和MSC.SuperForge开发的材料加工工艺仿真优化平台[8]。
同时拥有MARC（有限元法）和Dytran（有限体积法）求解器。
在铝型材的模拟过程中，一般采用Dytran有限体积法。
Simufact使用专业化语言，便于专业人士使用；提供专业的材料数据库，并可以由用户自己输入数据或修改数据；提供各种压力加工设备；拥有IGES、UG、Pro/E、CATIA、Parasolid和Solidworks等各种主流CAD接口；分析计算的自动化程度高，用户不需要输入很多计算控制参数；界面设计简单易懂。
铝合金空心型材分流模挤压成形全过程温度场的数值模拟
铝合金空心型材分流模挤压成形全过程温度场的数值模拟侯文荣;张志豪;谢建新;陈蕴博【摘要】采用焊合区网格重构技术，解决包括分流与焊合过程的空心型材分流模挤压成形全过程温度场模拟问题，以一种典型大断面铝合金空心型材分流模挤压成形为实例，分析挤压速度和坯料温度对模孔出口处型材最高温度及型材横断面温度分布的影响，提出合理的坯料温度和挤压速度范围。
结果表明：挤压速度对模孔出口处型材横断面温度分布不均匀性的影响较大，而坯料温度的影响较小：当挤压速度由0.6 mm/s增大到3.0 mm/s，坯料温度为500℃时，模孔出口处型材横断面上最高与最低温度的差值(最大温差)由28℃增大到60℃；而当挤压速度一定，坯料温度在480~520℃变化时，型材横断面上最大温差的变化不超过3℃。
6005A 型材的合理挤压条件：坯料温度520℃时，挤压速度范围为0.63~0.93 mm/s；坯料温度500℃时，挤压速度范围为0.87~1.14 mm/s；坯料温度480℃时，挤压速度范围为1.10~1.34 mm/s。
%The precision simulation problem of the temperature field of hollow profile during the whole extrusion process, including the dividing and welding stages, was solved by mesh reconstruction technology of welding zone. Taking the porthole die extrusion of a typical aluminum hollow profile with large cross section as an example, the effects of billet temperature and extrusion speed on the maximum temperature of profile near the die exit and the temperature distribution on cross section were analyzed, and the reasonable billet temperature and extrusion speed were obtained. The results show that, the influence of the extrusion speed on the inhomogeneous temperature distribution of the cross section of the profile near the die exit is significant,while the influence of the billet temperature is not obvious. When the constant billet temperature is 500 ℃, the difference of the highest and lowest temperature (maximum temperature difference) on the profile cross-section increases from 28℃to 60℃with the extrusion speed increasing from 0.6 mm/s to 3.0 mm/s. The changes of maximum temperature difference on the profile cross section are not more than 3 ℃ with the billet temperature varying from 480℃to 520℃at constant extrusion speed. The extrusion conditions are that when the billet temperatures are 520, 500 and 480℃, the reasonable extrusion speed ranges are 0.63~0.93 mm/s, 0.87~1.14 mm/s and 1.10~1.34 mm/s, respectively.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2013(000)010【总页数】10页(P2769-2778)【关键词】空心型材;分流模挤压成形;网格重构;温度场【作者】侯文荣;张志豪;谢建新;陈蕴博【作者单位】北京科技大学材料先进制备技术教育部重点实验室，北京 100083;北京科技大学材料先进制备技术教育部重点实验室，北京 100083;北京科技大学材料先进制备技术教育部重点实验室，北京 100083;机械科学研究总院先进制造技术研究中心，北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TG379在铝合金空心型材分流模挤压过程中，金属在分流和焊合过程中流动复杂，容易引起模具的局部温升和变形区金属温度的不均匀分布，显著影响挤压型材的质量和模具的强度。
钢质圆盘类工件挤压铸造成形过程数值模拟
钢质圆盘类工件挤压铸造成形过程数值模拟
钢质圆盘类工件挤压铸造是一种重要的金属成形加工方法，其成形过程受多种因素影响，需要通过数值模拟来优化工艺参数和改善成形质量。
本文将采用有限元数值模拟方法，对钢质圆盘类工件挤压铸造成形过程进行模拟。
该数值模拟方法可以较为准确地预测材料的流动情况、变形和应力分布。
首先，我们需要建立有限元模型。
钢质圆盘类工件的几何形状复杂，需要通过计算机辅助设计软件进行三维建模，并将模型导入有限元分析软件中，进一步生成数值模型。
然后，在数值模型中设置物理参数、材料模型、初始条件和边界条件等。
其次，进行数值模拟。
数值模拟过程中，需要使用合适的数值求解方法，对材料流动、变形和应力分布等物理过程进行模拟。
同时，需要根据实际工艺参数进行仿真计算，如挤压速度、温度、压力等。
通过迭代计算过程，可以得到每个时间步长的应变、应力和变形分布情况。
最后，分析和优化结果。
数值模拟得到的应变、应力和变形分布结果可以用于分析成形过程中的缺陷和质量问题，并在此基础上调整工艺参数，提高产品质量。
同时，也可以通过数值模拟来评估不同的工艺参数对于产品质量的影响，以实现成本优化的目的。
综上所述，钢质圆盘类工件挤压铸造成形过程的数值模拟是一种有效的方法，它可以较为准确地预测材料流动、变形和应力分布等物理过程，对于优化工艺参数和提高成形质量具有重要意义。
分流模挤压非对称断面铝型材有限元数值模拟分析
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ４ ３ ８ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ ～ ０ ０ ３ ２ — ０ ６
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黄东男 ， 于
洋 ， 宁
宇。 ， 马 玉
（ １内蒙古 工业 大学 材料 科学 与工程 学 院 ， 呼 和浩特 ０ １ ０ ０ ５ １ ；
２北 京航 空材 料研究 院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ９ ５ ； ３中汇 国际钢铁 冶金部 ， 北京 １ ０ ０ ０ ２ ０ ）
ＨＵ ＡＮＧ Ｄｏ ｎｇ — ｎ ａ ｎ ， ＹＵ Ｙａ ｎｇ ， ＮＩ ＮＧ Ｙｕ。 ， Ｍ Ａ Ｙｕ （ １ Ｓｃ ｈ ｏ ｏｌ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ， Ｉ ｎｎｅ ｒ Ｍ ｏｎ ｇｏ ｌ ｉ ａ Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
铝型材挤压成型数值模拟及优化设计
一 一
（ 模具三维模型 ａ ） （ｌ ｂ／ ） ４网格模 型
图 １ 模具 三维模 型及 １４网格模型 ／
关键工艺参数 ： 坯料 预热温度 、 模具预热温度 和挤压 速度进行正交试验 ，得 出了在符合模具强度条件下 的最佳工艺参数组合 ，以求借 助先进的模具设计 制 造技术 ，帮助企业快速可靠地 开发优化铝型材挤压 模具与工艺规划。
表 ２ 试验方 案结果表
Ｌ ３一 ｌ ＿ ｊ
（ 修 改后的工作带长度 ａ ） ） 出口速度分 布图 型材
图 ３ 修改后工作带设计 与型材 出口速度分布 图 ３ ２
《 装备制造技术）０ 年第 ｌ 期 ２１ １ ２
３２ 虚拟 试 验结 果分 析 ．
在满足模具挤压强度条件下 ，焊合室 内焊合 面 ５ 结束语
４ 实验验证
生产试模 ，有效地提高了生产效率 ，降低 了生产成 本， 对生产实践有着重要的指导意义。
在原始工作带和工艺参数 的情下 ，进行第一 参考文献 ： 次试模挤压 ， 结果挤出型材 出现弯曲、 扭拧 、 波浪 、 麻 点等缺陷 ，有些位置挤 出后略向上翘 ，且上部有缩 口。通过对 比分析结果 ， 发现上翘部位都在虚拟模拟
（） ａ原工作带长度
一
（ ） 出 口速度分布图像 ｂ 型材
提高成品率 和生产率 的要求。针对该铝合金方 管型 材对焊合 品质要求较高 的情况 ，为 了获得其挤压 的
最佳温度 和速度参数 ，本文采用正交试验的方法［ ４ 】 ， 通过考察各组参数组合下 ，分 流组合模焊合 室内的 压力大小 ， 来获得最佳挤压工艺参数。 选取 的 ３ 个因素为 ： 坯料温度 、 模具温度和挤压 速度 。
Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎｏ １ ， ０ １ ｎ ｆ ｃｒ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ． ２ ２ １ ｉ
金属挤压成型的数值模拟技术研究
Ｃ Ｄ／ ＡＥＣＡ 技 术 在制 造 业 中 的广 泛应 用 ， 人 们开 始使 用 数 值模 拟 技 术来 研 究 挤 压 工 艺 ，但 由于 挤 压 Ａ Ｃ ／ Ｍ 工 艺 的复 杂 性及 模 拟 软件 功 能 的局 限 性 ， 目前 的研 究 成果 还 多 局 限在 对 材 料 特 性 进 行 诸 多 简 化 后 的静 分
可信度 ．
挤 压 成 型 的数 值模 拟
１１ 研 究 内容 ，
图 ｌ 示 为金 属 条 挤进 一 管 道 的挤 压 成 型示 意 图 ． 所
金 属条开始加工 的初始温 度 为８ Ｏ℃ ， 管 道 温 度 为
２ ０℃ ． 金属 条 的 材 料 参 数 为 ： 弹 性 模 量 Ｅ＝０５Ｘ１ ａ ． ０ ＭＰ ，
维普资讯
第２ ３卷 第 ２期
大 连 铁 道 学 院 学 报
ＶｏＩ２ ＮＯ ２ ３ ０ ２年 ６ 月
Ｌ ｆ ＴＵＴＥ Ｊ ＵＲＮＡ Ｌ ０ ＯＦ ＤＡ Ｌ』 Ｎ ＲＡ ｌ Ｗ Ａ Ｙ ＮＳＴｌ Ａ
金 属条 的热 传 导 参数 为 ： 导热 率 ２ ．， 比热 ｃ ０ Ｊｋ Ｋ ． 道 为常 温 刚体 ． 属 条 与 管 道 间 的 ＝０３ 一５ ０ ／ｇ・ 管 金 对 流放 热 系数 ｈ ． ×１ ～，忽 略金 属 条 与空 气 的 热 交换 ． 属 条 与 管 道 间 的 摩 擦 系 为 ＝Ｏ ５ ＝１５ ０ 金 ． ，符 合 剪 ０
机械挤压成形技术的数值模拟与优化研究
机械挤压成形技术的数值模拟与优化研究引言机械挤压成形技术是一种常用的金属加工方法，广泛应用于制造业。
为了提高成形质量和效率，数值模拟与优化研究成为了不可或缺的一环。
本文将探讨机械挤压成形技术中的数值模拟方法，并阐述其优化研究的重要性。
1. 机械挤压成形技术机械挤压成形技术是通过对金属材料施加强制力，将其挤压至所需形状的加工方法。
该技术具有高效、低能耗、节约原材料等优点，已广泛应用于汽车制造、航空航天等领域。
2. 数值模拟方法在机械挤压成形过程中，准确的数值模拟可以帮助工程师预测成形过程中的变形、应力分布和缺陷形成等问题。
常用的数值模拟方法包括有限元法和计算流体力学方法。
2.1 有限元法有限元法是一种将复杂结构离散化为多个简单单元来近似求解问题的方法。
在机械挤压成形中，可以将挤压棒的形状和材料特性等参数输入有限元软件中，通过求解有限元方程组得到挤压过程中的应力、应变和变形等信息。
2.2 计算流体力学方法计算流体力学方法是一种数值模拟方法，用于解决流体动力学问题。
在机械挤压过程中，可以将金属材料视为可压缩流体，通过求解流体力学方程组来模拟挤压过程中的流动特性。
3. 数值模拟与优化研究的重要性数值模拟与优化研究在机械挤压成形技术中起着至关重要的作用。
3.1 提高成形质量通过数值模拟，可以预测挤压过程中可能出现的缺陷，例如裂纹和皱纹等。
工程师可以根据模拟结果进行合理的设备参数设置和工艺优化，从而减少缺陷的发生，提高成形质量。
3.2 优化挤压工艺数值模拟可以帮助工程师确定最佳的挤压参数，例如挤压速度、温度和润滑剂的使用等。
通过优化挤压工艺，可以降低能耗、提高生产效率和延长模具寿命。
3.3 减少试错成本传统的机械挤压成形技术需要通过试验来验证工艺参数的有效性，这不仅耗时费力，还会造成原材料的浪费。
而数值模拟可以在实际生产之前预测成形效果，降低试错成本。
4. 数值模拟与优化研究的挑战数值模拟与优化研究也面临一些挑战。
铝型材挤压的数值模拟及挤压模具的结构优化
铝型材挤压的数值模拟及挤压模具的结构优化铝合金型材有强度好、重量轻、耐腐蚀等优势,在交通运输、建筑工程、公共设施等领域扮演着重要的角色。
铝型材挤压过程在高温高压高摩擦环境中进行,且模具结构设计与工艺参数选择大都依赖于模具设计者的经验。
在这种传统模式下,铝型材挤压模具制造需经制模、试模、修模、试模、再修模的漫长过程。
随着计算机技术的发展,数值模拟技术已在国内外铝型材挤压领域广泛应用,成为研究模具设计结构、挤出成型规律的重要手段。
本文主要研究内容如下:1.本文的基本方法是运用数值模拟软件研究平面分流组合模挤出成型过程,并提出模具结构的优化方案。
首先运用理论公式计算并设计得出矩形薄壁空心铝型材的分流组合模。
再对模具挤出型材的过程进行数值模拟,通过模拟结果验证QForm软件的准确性和可靠性。
2.制定数值模拟的具体方案,研究焊合室高度、分流孔深度对于平面分流组合模挤出成型的影响。
根据模具有效应力值及应力云图、型芯变形位移量和挤压力等模拟结果,得出模具结构参数对于模具使用寿命和挤出型材的尺寸精度的影响,分析得出模具结构的最优值,为挤压模具设计提供参考。
3.提出上模分流桥沉桥具体方案,研究沉桥深度和沉桥位置对平面分流组合模挤出成型的影响。
模拟结果显示桥面沉桥有效降低上模型芯位移变形量和模具最大有效应力值和挤压力。
桥底沉桥能够分散分流桥桥底根部与型芯结合处的应力集中,大幅降低分流桥桥底根部与型芯结合区域的有效应力值,从根本上解决该区域开裂导致的模具早期失效问题,并延长模具使用寿命。
同时在生产中允许大幅提高挤压速度,提高生产效率。
根据数值模拟的结果
制作原始模具和沉桥模具,并进行试模挤出了合格型材。
铝合金挤压成形工艺的模拟模型研究
铝合金挤压成形工艺的模拟模型研究铝合金挤压成形工艺是一种非常重要的生产方法，被广泛应用于轻量化工程领域。
为了提升生产效率和产品质量，开发高效的挤压成形模拟模型已经成为了一种必要的措施。
1. 模拟模型的必要性铝合金挤压成形工艺的特点是在高压和高温的条件下，将坯料通过挤压模具进行成形。
在实际生产过程中，由于许多因素的影响，挤压模具的使用寿命和质量均存在一定的不确定性。
因此，为了避免因机器故障导致生产线停产，以及在挤压模具制作和修复过程中节省时间和成本，需要进行模拟分析。
通过对铝合金挤压成形工艺的模拟，可以更好地理解和优化工艺。
2. 模拟模型的实现方法在模拟铝合金挤压成形的过程中，需要考虑的因素非常多。
在实际过程中，因为涉及到坯料的物理特性、模具的材质、相互作用力等方面因素，需要使用非线性多场耦合理论。
因此，有些研究者利用有限元分析等数值模拟方法，进行铝合金挤压成形工艺的模拟模型建立。
3. 数值模拟方法的优缺点数值模拟方法可以模拟现实中复杂的物理过程，具有优异的精度和可重复性。
因此，这种方法得到了人们的广泛应用，已经成为了工业界中一种非常重要的工具。
但是，数值模拟方法的缺点也很明显，对计算机资源的依赖大大增加了计算成本，很难应对实际生产过程中的瞬时性和不确定性。
因此，为了能够更好地处理实际问题，研究者们也进行了很多创造性的思考。
4. 优化的挤压成形模拟模型为了能够更好地实现挤压成形的模拟，研究者们提出了一种新的挤压成形模型。
该模型可以对铝合金坯料进行分析，研究不同条件下的挤压成形过程，以提高挤压成形的质量和效率。
实践表明，该模型可以克服现有模拟方法的缺点，提高了模拟精度和计算效率。
5. 模拟模型的重要意义铝合金挤压工艺是轻量化工程领域中的重要工艺，其应用领域广泛。
在模拟模型的优化方面，研究者们的工作仍然有待继续推进。
通过不断创新，可以帮助实际生产过程加速转化，提高产品质量和生产效率。
同时，这种模拟方法也不断地推动着相关领域的技术发展和创新。
金属材料成型工艺中的数值模拟方法与分析
金属材料成型工艺中的数值模拟方法与分析金属材料的成型工艺在制造业中具有重要的地位，它能够将金属材料通过塑性变形、热压等方式加工成所需的形状和尺寸。
然而，传统的试验方法对于成型工艺的研究和优化存在时间长、成本高、试错率高等问题，因此，数值模拟方法成为了预测和分析金属材料成型工艺的重要手段。
数值模拟方法在金属材料成型工艺中的应用主要包括有限元方法、计算流体力学方法和细观模拟方法等。
其中，有限元方法是最常用的一种数值模拟方法。
有限元方法通过将材料划分成很多个小单元，通过求解场方程和边界条件，可以获得材料的应力、应变、温度等信息。
有限元方法适用于各种类型的金属材料成型工艺，例如拉伸、压缩、弯曲、挤压等。
通过有限元模拟，可以预测金属材料在不同载荷下的变形情况、应力分布和应力集中等。
计算流体力学方法在金属材料成型工艺中的应用相对较少，主要用于模拟金属的液态成型过程，例如压铸、浇铸等。
计算流体力学方法通过求解连续介质的流体动力学方程，可以获得金属液态成型过程中的流动状态、温度分布和应力情况。
这对于优化金属液态成型工艺的参数和工艺条件具有重要的指导意义。
细观模拟方法是一种基于金属材料微观结构的数值模拟方法。
通过对金属材料微观结构的建模和仿真，可以预测金属材料在成型过程中的细观组织演化、相变行为和力学性能等。
细观模拟方法在金属材料成型工艺中的应用越来越广泛，可以用于研究金属材料的晶粒长大、析出相的形成和变化、位错运动等过程，以及金属材料在成型过程中的塑性行为和损伤行为等。
数值模拟方法在金属材料成型工艺中的应用有以下几个优点。
首先，数值模拟方法可以提供一种经济高效的预测和分析手段。
通过数值模拟，可以在工艺实施前对成型工艺进行优化，减少试错次数和成本。
其次，数值模拟方法可以提供一种可重复性强的研究手段。
通过改变模拟条件和参数，可以对成型工艺进行多种不同的预测和分析，帮助研究人员深入了解金属材料的成型机理和行为。
最后，数值模拟方法可以提供一种非常准确的预测和分析结果。
方形管分流模双孔挤压过程中金属的流动行为
方形管分流模双孔挤压过程中金属的流动行为黄东男;李静媛;张志豪;谢建新【摘要】采用Deform-3D有限元软件,结合基于逆向工程的焊合面网格修复技术,建立方形管分流模双孔挤压时包括焊合过程在内的全过程的三维有限元数值模拟方法,分析分流孔的配置方案对金属流动行为、挤压力、挤压温度及成形质量的影响.结果表明:中间分流孔与位于两侧分流孔的面积比值Q1/Q2是影响金属流动均匀性、焊缝位置和制品平直度的重要因素,比值Q1/Q2为0.93～1.03时,挤出的方管平直度好;分流孔外接圆直径和挤压筒直径的比值对挤压过程中温升的影响较小,而对挤压力有一定的影响,当该比值为0.82时挤压力最小,该比值超过0.82时挤压力明显增加.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2010(020)003【总页数】8页(P488-495)【关键词】分流模挤压;有限元模拟;分流孔面积;金属流动行为【作者】黄东男;李静媛;张志豪;谢建新【作者单位】北京科技大学,新材料技术研究院,北京,100083;内蒙古工业大学,材料科学与工程学院,呼和浩特,010051;北京科技大学,新材料技术研究院,北京,100083;北京科技大学,新材料技术研究院,北京,100083;北京科技大学,新材料技术研究院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TG379分流模挤压是生产铝及铝合金空心型材的主要方法[1-2]。
与一次挤压生产一根制品的单孔模挤压相比，一次挤压生产两根或多根制品的多孔模挤压法，在非对称复杂断面型材挤压成形时平衡金属流动、在大吨位挤压机上生产小规格型材和提高型材生产效率等方面具有重要应用前景。
在分流挤压过程中，正确的模具设计是获得高表面质量和高形状尺寸精度挤压制品、提高挤压生产效率、提高模具使用寿命的关键[3-4]。
分析分流、焊合过程的金属流动行为，了解模具结构和尺寸因素等对金属流动变形的影响规律，是正确设计模具的前提[5-6]。
5005铝合金分流模挤压过程有限元模拟
5005铝合金分流模挤压过程有限元模拟陈灵;段亚菲;谭自盟;曾建民【摘要】采用DEFORM-3D有限元商业软件,利用焊合面重构技术实现了空心型材分流组合模挤压过程模拟,获取了挤压过程中的材料流动行为与流动速度场的规律,结合型材挤出时模拟的应力场和应变场的分布,研究型材挤压的晶粒分布规律并其成因.结果表明:挤压型材的横截面上的应力应变分布与实际晶粒尺寸分布有对应关系,型材挤压成形过程中应力应变集中分布是造成型材边部晶粒尺寸比中心部细小,拐角区域晶粒比直边区域细小的原因.%Using a mesh-reconstruction technology of welding-plane,the porthole die extrusion process of an hollow profile was successfully simulated based on software DEFORM-3D.The metal flow behaviors,velocity distribution regularities were bining with the effective stress and strain on the profile,the distribution of grain size on the profile and its causes were discussed.The result shows the stress and strain distribution of the extrusion profile has certain corresponding relation with the grain size distribution,in other words,finer grain size at the comer area and inner part of the hollow profile result from the concentration of the stress and strain during the extruding.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2017(000)018【总页数】5页(P88-92)【关键词】5005铝合金;分流模挤压;有限元模拟;网格重构;晶粒尺寸【作者】陈灵;段亚菲;谭自盟;曾建民【作者单位】广西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,南宁530004;广西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,南宁530004;广西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,南宁530004;广西大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,南宁530004【正文语种】中文5005铝合金由于具有密度低、中等强度与良好的抗腐蚀性能，常被用作导体、炊具、仪表板、壳与建筑装饰件[1]。
异形管材分流模挤压焊合过程金属流变及模具受力的模拟分析
异形管材分流模挤压焊合过程金属流变及模具受力的模拟分析黄东男;李有来;左壮壮;马玉【摘要】Existing FEM software cannot simulate the welding stage as the hollow profile with weld planes cannot be simplified as rigidity symmetric planes. In this paper, the metal flowing and die stress in the welding stage during porthole extrusion of a special pipe are analyzed based on Deform⁃3D commercial software and the reverse engineering method. The results show that the metal streams are welded as the extrusion stroke is 33.1 mm. At this moment, the wel ding temperatures are 477~496 ℃, the hydrostatic pressures in welding chamber are 169~3 463 MPa, which is enough to meet the welding requirements. The maximum stress located at the welding angle of porthole bridge is about 205 MPa, suggesting the die structure is reasonable.%针对采用有限元模拟时焊合面不能设置为刚性对称面的空心型材，其焊合过程不能模拟计算的问题，提出了基于有限元法结合逆向工程技术的焊合面网格重构技术的解决方法，并采用该方法对异形管材分流模挤压的焊合过程进行了模拟分析．研究结果表明：当挤压行程为33．1 mm时完成了焊合，焊合温度范围477～496℃，焊合室内静水压力为169～3463 MPa，满足焊合要求；分流桥的焊合角部位所受应力最大，约为205 MPa．模具结构设计合理．【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】8页(P25-32)【关键词】分流模挤压;异形管材;数值模拟;焊合;金属流动行为;模具应力【作者】黄东男;李有来;左壮壮;马玉【作者单位】内蒙古工业大学材料科学与工程学院，呼和浩特010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院，呼和浩特010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院，呼和浩特010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院，呼和浩特010051【正文语种】中文【中图分类】TG379分流模挤压是铝合金空心型材的主要加工方式，焊合过程是连接分流与成形过程的纽带，分流模模腔内金属焊合流变特征是准确判断挤压成形过程金属流变均匀性、焊缝形状与位置、合理的模具结构设计的判据，也是影响挤压产品质量和生产效率的关键因素，成为近年来金属挤压领域备受关注的研究重点之一［1-2］.分流模挤压成形时，金属几乎在密闭模具内流动，采用物理模拟方法很难获得金属流动变形行为，有限元数值模拟方法最为可行.已采用有限元法获得了圆管、方管、冷凝器、口琴管挤压时的金属流动行为，死区分布、挤压力变化、温度场、模具受力及焊合质量等信息［3-8］.但目前该方法只能针对建模时可将焊合面设置为刚性对称面，然后采用1/2或1/4的几何模型计算.当焊合面无法设置为刚性对称面时，计算时相互接触的焊合面的网格单元将产生穿透，导致计算自动终止，不能实现焊合到挤出模孔过程的模拟分析［9-10］.为此，通常采用稳态挤压法或有限体法计算.稳态挤压法，建模时，假定金属坯料已经完成分流-焊合-成形(挤出型材头部)的3个阶段，根据计算所得的速度场、应力-应变场、温度场的分布情况来推断金属流动均匀性［11-13］.但由于忽略了分流与焊合过程，不能再现密闭的模腔内的金属流变过程，对于具有多个焊缝的复杂断面空心型材，仅根据获得场量布情况很难准确判断影响金属流动不均的主要因素.有限体积法计算时不存在网格重划及穿透现象，但焊合时相互接触的网格单元仍不合并在一起，不能预测当焊合面两侧金属流速相差较大时，挤出型材产生弯曲和扭拧现象［14］.为此，本文以Deform-3D有限元软件为计算平台，结合基于逆向工程技术的焊合面网格重构技术［15-16］，实现了焊合过程的模拟分析，并对异形管材分流模挤压的焊合过程进行了模拟分析.1 焊合面网格重构技术分流模挤压时焊合面开始接触并相互穿透时的网格单元模型如图1所示，挤压方向为沿图1中y轴的正方向.网格修复准则依据塑性成形体积不变原理，当焊合面网格单元相互穿透区域和未穿透区域的体积相等时，删除相互穿透区域同时填补未充满区域，保证变形体网格模型重构前后体积不变.焊合面网格的穿透模型如图2(a)所示.图2(b)为焊合面网格穿透区和尚未充满区域的几何示意图，其中阴影部分(实线边界的bdfe区域)为穿透区域，非阴影部分(实线边界的abc和fgh漏斗形区域)为尚未充满区域.网格修复时，将图1(c)中Ⅰ区域所示的焊合面沿焊合室高度方向的轮廓简化为直线，则焊合面穿透区和尚未充满区域的体积可近似为:垂直于挤压方向的网格穿透区和未充满区域的面积(图2(b)中阴影区域和漏斗形非阴影区域)与焊合室高度的乘积.由于焊合室高度为定值，因此，可根据焊合面穿透区和尚未充满区域面积判断两者的体积是否相等.由于图2(b)是为以实线为边界的阴影区域和漏斗形非阴影区域的弧线曲率及半径，在实际模拟过程中难以测量，面积精确计算也较为繁琐，因此，将图2(b)中阴影区域的面积简化为以虚线为边界的△bde和△fed的面积，漏斗形非阴影区域的面积简化为以虚线为边界的△abc和△fgh的面积.当ac×bk+gh×fm=de×bo+de×fo 时，即△bde+△fed和△abc+△fgh的面积相等，开始对网格进行修复重构.图1 焊合面网格相互接触时有限元模型图2 焊合面单元网格相互穿透时修复准则修复流程如图3所示.采用有限元软件Deform-3D计算时，当焊合面网格单元相互穿透区域和未穿透区域的体积相等时，将四面体网格模型转化成由三角形面片为描述单元的STL(Stereolithography)模型，通过Pro/ENGINEER软件中的基于逆向工程技术的小平面特征技术删除STL模型产生穿透及畸变的三角形网格，然后依次选取3个相邻的顶点重新构建三角形面片，同时将焊合面尚未充满区域用三角形面片单元进行填充，使得原始穿透区和未充满区重新形成STL模型，将此模型导入Deform-3D软件中重新进行四面体网格单元划分，如图4所示(网格重构前为图2)，然后添加历史计算的单元节点数据，完成焊合及成形过程的模拟分析. 图3 焊合面网格修复流程图4 重构后的单元网格模型2 可行性与精度检验2.1 几何模型构建为了检验采用网格重构技术所得计算结果的可行性和精度，以方管为例，以焊合面设为刚性面的计算结果为标准，检验采用焊合面网格重构技术的计算结果.方管尺寸、焊合面位置及模具结构示意图如图5所示.根据图5(b)所示的模具结构，焊合面与方管的对角线位置一致.当取 1/4模型(图5(a)中阴影部分)模拟时，计算对象内包含了焊合面，需采用网格重构技术，几何模型及网格划分如图6(a)所示.根据其对称性特点，当取1/8模型(图5(a)中阴影部分的一半)进行模拟，此时焊合面被简化为刚性面，计算时不会产生网格穿透现象，不需要进行网格修复，几何模型及网格划分如图6(b)所示.方管尺寸为30 mm(L)×2 mm(t)，坯料直径为90 mm、挤压筒直径95 mm、挤压比31.6、分流比12.6.挤压的初始工艺条件为坯料(A6005铝合金)温度480℃、挤压筒温度400℃、模具(H13热作模具钢)温度450℃、挤压垫温度30℃，挤压轴速度4 mm/s.坯料和模具之间选用剪切摩擦模型，摩擦因子m=1.图5 方管断面尺寸及分流模实体模型图6 几何模型及网格划分2.2 模拟结果对比分析由图7的计算结果可知，从分流到焊合面开始接触阶段，采用1/4和1/8模型计算的结果相同，如图7(a)、(b)和(c)所示.当挤压行程为30.95 mm时，采用1/4模型时，根据修复准则，此时焊合面相互穿透的网格单元区域和焊合面未充满区域面积相等，如图7(d)所示.重构后的焊合面网格如图7(f)所示.此时对应的1/8模型的计算结果如图7(e)所示，由于焊合面为刚性面，因此，无网格穿透现象，当挤压行程增为31.05 mm时，焊合面完全焊合，如图7(g)所示.图7 焊合过程模拟分析采用两种模型挤出的方管外形如图8所示.由图8可知，两种模型挤出的方管外形吻合较好.网格重构法与刚性面法的计算结果相比，仅相差了0.15 mm挤压行程，因此，对于计算结果影响较小.图8 挤出方管外形挤压过程的温度分布是合理工艺制定的重要指标之一，采用两种方法获得的稳态挤压时温度场分布如图9所示.图9 稳态时温度场分布由图9可知，采用1/4模型和1/8模型，所得等温曲线分布结果在挤压筒内(Ⅰ)、模孔与挤出型材部分(Ⅲ)的基本一致，仅在分流孔和焊合室部位区域(Ⅱ)中有差异，但在此区间内两者的的温升(E-G线间)仅差1℃，同时整个模拟结果的温度仅差5℃.以无网格重构的1/8模型为比较基准，焊合面网格重构后计算所得温度场的偏差小于1%.焊合室内静水压力是表征型材焊合质量的重要指标.采用1/4模型和1/8模型，稳态挤压时的静水压力分布如图10所示.由图10可知，两个模型计算所得的焊合室内的静水压力的分布基本相同，但数值上，1/4模型比1/8模型的计算结果高了7 MPa.以无网格重构的1/8模型为比较基准，网格重构后计算所得的静水压力场偏差小于2%.综合上述挤出型材外形、温度场及静水压力场的计算结果，可得本文的网格修复技术是可行的，具有满意的模拟精度.图10 稳态时静水压力场分布3 异形管材焊合过程模拟分析3.1 网格重构异形管材模具结构及尺寸如图11所示.由图11中上模的4个分流孔的配置可知，型材的焊合面位置与中心水平线成45°，因此，焊合面无法简化为刚性对称面，须采用本文提出的网格重构方法才能进行计算.坯料直径、挤压筒直径、摩擦边界条件及挤压工艺条件与2.1节中相同.挤压比为29.1，分流比为10.7.同时为了便于观测焊合室内焊合面位置，挤压前在模具内表面涂敷少量石墨乳.图11 模具结构及主要尺寸意图当挤压行程达到33.1 mm时，提取相互穿透的网格模型，如图12(a)所示，采用上述网格重构方法进行重构后的有限元模型如图12(b)所示.然后，在有限元软件Deform-3D中对重构模型添加单元节点数据，继续计算，完成焊合与成形过程的模拟分析.图12 焊合面网格重构情况3.2 金属流动行为分析图13为型材在挤压各阶段的金属流动行为.由图13可知，在分流阶段(图13(a))，金属在分流桥的作用下被拆分为4股进入分流孔，由于各分流孔面积、各分流孔与挤压筒中心距离基本相等，因此，分流孔内挤出金属的长度及流速基本相同.在填充焊合阶段(图13(b))，4股金属相继与焊合室底面接触，形成径向流动并围绕模芯开始填充焊合室.从挤压焊合室的填充初始阶段到焊合完成的整个金属流动过程，如图13中(d)～(g)及(i)所示.随着挤压行程的增加，焊合面逐渐靠近，当挤压行程为32.9 mm时，焊合面开始接触.当挤压行程为33.1 mm时，开始采用本文提出的重构方法进行网格重构，即对于数值模拟结果，可认为已经完全焊合，如图13(g)所示.而此时实验的焊合情况如图13(h)所示.可见两者的焊缝位置吻合较好. 型材成形阶段，焊合室已经被金属完全填充满，如图13(i)所示.此时开始进入稳态挤压阶段，挤出的型材外形如图13(c)所示.图13 挤压全过程金属流动行为分析3.3 温度场分布挤压稳态阶段，变形体的温度场分布如图14所示.由图14可知，沿挤压方向温度逐渐升高，焊合过程温度范围477～496℃，模孔附近达到最大值为515℃，比初始温度升高了35℃，而挤出型材的头部由于和外界存在散热使得温度下降.图14 温度场分布(行程35.0 mm)3.4 焊合室内静水压力分布分流模挤压过程中，焊合面上的静水压力越高，型材挤出的焊合质量就越好.稳态挤压时焊合室内金属变形体的静水压力分布如图15所示.图15 焊合室内静水压力分布由图15可知，焊合室内静水压力的分布由焊合室内壁向模芯逐渐减小，模芯周围最小静水压力为169 MPa，最大为343 MPa，而根据计算表明此时焊合室内最高温度约为496℃，在此温度下，A6005铝合金屈服强度约为45 MPa，其静水压力约为合金屈服强度的4～7.6倍，能满足焊合要求.3.5 焊合过程模具应力分布当焊合面开始产生接触焊合时，上模所受的等效应力分布如图16所示，可以看到，最大应力分布在分流桥焊合角D区，最大应力为205 MPa，远小于模具的抗拉强度，满足使用要求，模具结构设计合理.图16 上模等效应力场分布(行程32.9 mm)4 结论1)采用Deform-3D有限元计算软件，根据焊合面简化为刚性对称面1/8模型与包含焊合面的1/4模型的方管分流模挤压计算结果可知，挤压焊合、成形过程金属流动行为两者吻合较好，温度场计算误差小于1%、焊合室内静水压力场误差小于2%，因此，网格重构技术具有较高的模拟精度.2)获得了异形管材焊合过程的金属流动行为，当挤压行程为31.3 mm时，开始填充焊合室，行程为32.9 mm时，焊合面开始焊合，行程增加为33.1 mm时，焊合完成.3)挤压时焊合室内温度为477～496℃，模孔附近达到最大值为515℃，比初始温度升高了35℃.焊合室内静水压力范围为合金屈服强度的4～7.6倍，能满足焊合要求.分流桥焊合角部位所受应力最大为205 MPa，远小于模具抗拉强度，模具结构设计合理.参考文献:［1］谢建新，刘静安.金属挤压理论与技术(第2版)［M］.北京:冶金工业出版社，2012.［2］谢建新.金属挤压技术的发展现状与趋势［J］.中国材料进展，2013，32(5):254-263.XIE Jianxin.Current situation and development trends of metals extrusion technology［J］.Materials China，2013，32(5):254-263. ［3］李静媛，黄东男.三孔双芯模挤压方管型材的金属流动行为分析［J］.材料科学与工艺，2010，18(2):251-255，261.LI Jingyuan，HUANGDongnan.Analysis of extrusion flow behaviors of square pipe deformed with threeporthole and two-core die ［J］.Materials Science and Technology，2010，18(2):251-255，261.［4］邸利青，张士宏.分流组合模挤压过程数值模拟及模具优化设计［J］.塑性工程学报，2009，16(2):123-127.DI Liqing，ZHANG Shihong.Porthole die extrusion process numerical simulation and optimal die design［J］.Journal of Plasticity Engineering，2009，16(2):123-127.［5］唐鼎，邹天下，李大永，等.亚毫米孔径微通道铝合金管挤压成形的数值模拟［J］.塑性工程学报，2011，18(3):25-29.TANG Ding，ZHOU Tianxia，LIDayong，etal.Numerical simulation study upon extrusion forming of 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关键词：铝合金挤压；导流模；分流模；数值模拟；有限体积法
中网分类号：ＴＧ３７
文献标识码：Ａ
模具是保证产品具有正确形状、尺寸和精度 的基本工具，它是保证产品内外表面质量最重要的 因素之一．２００７年世界铝挤压材的产量达到１ ３２０ 万吨．
数值模拟方法已成为铝型材挤压模具设汁和工 艺优化的重要手段１１４ Ｊ．而基于欧拉描述的有限体 积法，由于避免了单元网格的流动，能很好地描述材 料的高度变形，在铝型材挤压过程的数值模拟巾取 得，广泛的应用．欧拉描述相比于拉格朗日描述，它 不是处理单独的质点，而足研究在空间的某些点上 流体的速度、加速度或热力学参量随着时间变化的 函数关系，即它把流体物理量表示为欧拉坐标及时 间的函数．另一方面，有限体积法的积分方程中每一 项都有明确的物理意义，针对挤压工艺材料变形率 大的特点，文中采用有限体积法对典型的挤压模具 在生产中的使用进行分析，希望找到一种可以减少 模具出厂的试模和修模次数，提高模具的质量和 模具的使用寿命，优化铝合金型材挤压过程设计
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１：７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．
第３７卷第１１期 ２００９年１１月
华南理工大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖ０１．３７ Ｎｏ．１ｌ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００９
文章编号：１０００－５６５Ｘ（２００９）１ ｌ－０１４５—０６
的方法．
１ 有限体积法基本原理
有限体积法（也称为有限容积法）将所计算的 区域划分成一系列控制体积，每个控制体积都有一 个节点作代表．通过将守恒型的控制方程对控制体 积做积分来导出离散方程．在导出过程中，需要对界 面上的被求函数本身及其一阶导数的构成作出假 定，这种构成的方式就是有限体积法中的离散格式． 用有限体积法导出的离散方程∞引可以保汪其具有 守恒特性．
布，图４（ｂ）描述了导流模挤压过程的材料流动速度 大小方向的分布．图４（Ｃ）是经过调整后的等效应力 分布，图４（ｄ）是调整后材料流动速度大小方向的分 布．其中图４（ａ）、（ｂ）采用的是各处等长的工作带， 长度为２．５ ｍｍ；图４（Ｃ）、（ｄ）采用的是图１（ｂ）中标 示的工作带长度分布．
盯，＝ｍａｘ（矿。，Ｃ否”，矿）
（１）
式中：盯，为流动应力；盯。为最小屈服应力，范围为
１２．５—１５．０ ＭＰａ；Ｃ为屈服常量，范围为２２．５—
２３．０ＭＰａ；毒朋为应变速率；否～为应变；Ｍ为应变速率 硬化指数，取０．１５；Ｊ７、，为应变硬化指数，取０．１１．
在本次分析中，计算选项采用了以下设置：分辨 率增强技术ＲＥＴ选项中，交换类型选择ｗｏｒｋ类型， 有限体积比取０．２５，每２０％作一次交换，最小折叠 取５０；加速选项选择默认的标准形式． ２．１ 平面导流模模型
图１足编号为ＺＬ－９１５的型材产品的截面形状， 铝棒坯料直径为４＂１２０ ｍｍ．
根据平面导流模的设计准则，建立导流模三维 模型如图２所示：
图２导流模三维模型
Ｆｉｇ．２ ３Ｄ ｐｏｃｋｅｔ ｄｉｅ ｍｏｄｅｌ
２．２分流模模型 图３为一方管分流模模具型材出口的截面形
状，类似导流模模型建立计算模型图．挤压铝棒坯料 的直径同为４，１２０ｍｍ．
２模型建立
文中对某模具厂生产模具件ＺＬ－９１５进行分析， 探讨数值模拟进行模具设计及修模调整的方法．计 算的材料模型和计算控制参数如下．
挤压速度为１０ ｍｍ／ｓ，简化了铝锭几何模型的 高度‘４｜．材料参数：坯料采用铝合金６０６３，材料弹性
收稿口期：２００８—１０－２５ ｝荩金项目：广东省教育部产学研结合项目（２００６Ｄ９０３０４００５）；粤港关键领域蕈点突破项目（２００８２００７）
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（ａ）模具出１２１型腔尺寸图
（ｂ）工作带分布图
图３方管型材横截面图（单位：ｍｍ）
Ｆｉｇ．３ Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｑｕａｒｅ ｐｒｏｆｉｌｅ（ｕｎｉｔ：ｍｍ）
（ａ）模具正截面图
（ｂ）１＝作带分布图
导流模和分流模金属挤压流动成形的数东２ 陈合霭２
（１．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州５１０６４０；２．兴顺精密模具有限公司，广东佛山５２８０６１）
摘要：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
作者简介：周照耀（１９６５．），男，教授，博士生导师，主要从事模具设计与制造、精密成形、数值模拟研究．Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈｙｚｈｏｕ＠
ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
华南理工大学学报（自然科学版）
第３７卷
模量为３．６８１ Ｘ １０１０ Ｐａ，密度为２．６９ Ｘ １０３ ｋｇ／ｍ３，？白 松比为０．３３３，坯料加热温度为４８０ ｏＣ．模具材料采 用Ｈ１３模具钢，材料弹性模量为２．１０ Ｘ １０１１ Ｐａ，密 度为７．８×１０３ ｋｇ／ｍ３，泊松比为０．３．模具与挤压筒 预热温度为４３０ ｏＣ，材料摩擦采用翅性剪切摩擦模 型，其中挤压筒、模具内腔与坯料之间的摩擦系数取 ０．９，工作带位置的摩擦系数取０．３【５。７］．铝合金６０６３ 材料本构关系如下：
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７． Ｄ５
（ｃ）模具出１：３型腔尺寸图
图１导流模横截面形状（单位：ｍｍ） Ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｃｋｅｔ ｄｉｅ（ｕｎｉｔ：ｍｍ）
３ 讨论
３．１ 结果分析 图４（ａ）描述了导流模挤压过程的等效应力分