薄壁铝合金型材稳态挤压模拟分析和实验验证

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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。

铝合金薄壁挤压管在准静态和动态载荷下的有限元模拟

维普资讯
第３卷第２期３
２Ｏ年４月Ｏ７
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Ｖｏ．３Ｎｏ２１３．
Ａｐ．Ｏ７ｒ２Ｏ
ＪｕｎｌｆＬｎｈｕＵｎｖｒｉｆＴｅｈｏｏｙｏｒａａｚｏｉｅｓｔｏｃｎｌｇｏｙ
Ｎｏ－ｅｒｕｅａｌｙｓｎｆｒｏｓＭｔｌＡｌｏ，ＴｈｉｓｒｆＥｄｃｔｏｅＭｎｉｔｙｏｕａｉｎ，ＩｚｕＵｎｖｏｃ，Ｌａｚｏ７０５ｍｎｈｏｉｆＴｅｋｎｈｕ３００，Ｃｈｎ）ｉａ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＦＥｓｍｕａｉｎｏｈｅ－ｏｎｅｄｎｎｙａｃａｉｌｒｓｉｇｗｅｅｐｅｏｍｅｏｈｎｗａｌＭｉｌｔｆｔｒｅｐｉｔｂｎｉｇａｄｄｎｍｉｘａａｈｎｒｒｆｒｄｆｒｔｉ— ｌｏｃ
摘要：使用韧性损伤判据，剪切损伤判据和ＭＳＬＦＤ损伤判据分别对铝合金薄壁管在三点弯曲（Ｐ）３Ｂ和轴向冲击载
荷作用下的试验进行有限元模拟．拟结果表明：模铝合金薄壁管在三点弯曲（Ｐ）３Ｂ和轴向冲击载荷作用下，随着薄
壁管上的应力状态的不断变化，损伤形式主要是韧性损伤，剪切损伤和ＭＳＬ损伤的组合，ＦＤ单一的损伤模型无法全面地描述铝合金薄壁管在复杂应力条件下的损伤及变形行为．模拟结果的载荷一移曲线与试验的载荷一位位移曲线吻合得很好．同时，向冲击模拟结果显示出铝合金薄壁管具有很好的吸能性．轴关键词：铝合金薄壁管；韧性损伤判据；剪切损伤判据；ＦＤ损伤判据；有限元模拟；吸能性ＭＳＬ

薄壁铝型材挤压成形的一种有效模拟方法

有限元系统与有限体积系统的几何数据传递过程中, 首先将有限元数值模拟系统中变形体的表面网格分解成一系列有序的三角形小平面, 然后以 STL 格式输出到数据文件, 该数据文件便可直接输入到有限体积模拟系统中.
有限体积法将材料流动所要经历的空间采用
Eu ler 网格进行离散. Eu ler 网格是一个固定在空间的参考框架, 物质从一个单元流到另一个单元, 材料的质量、动量和能量也随之从一个单元流到另一个
基于taggeredid11方法对上述控制方程进三维弹塑性有限元理论弹塑性体发生温度耦合的塑性变形时行有限体积展开然后采用龙格2库塔法求解各微分方程从而得到有限体积内变形体的各种物理为变形率张量可表示em?fvm复合模拟方法为弹性变形温度以及塑性变形引起的变形率之在铝型材挤压过程中由于挤压比特别大很难由坯料直接挤出产品实际生产中往往采用导流模或分流模进行预成形
着计算机技术的飞速发展, 有限元方法 (F EM ) [3～ 7] 与有限体积法 (FVM ) [8～ 10] 在金属挤压成形的模拟方面都得到了应用. 然而, 对于铝型材产品特别是薄壁类产品, 这两种模拟方法都存在着不足之处: ① 由于有限元计算中需要不断进行网格重划分, 在成形过程中网格会不断发生畸变导致体积损失过大,
收稿日期: 2003205225 作者简介: 罗超 (19632) , 男, 广东湛江人, 高级工程师, 博士生, 研究方向为铝型材挤压模具设计与制造. 李大永 (联系人) , 男, 副教授,
电话 (T el. ) : 021262835728; E2m ail: dyli@m ail. sjtu. edu. cn.
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单元. 在材料流动的过程中, 必须满足质量守恒、动量守恒、能量守恒等控制方程:

改进设计的SX-JH-LZ102-380X250铝型材挤压模具仿真模拟研究与分析结果

改进设计的SX-JH-LZ102-380X250铝型材挤压模具仿真模拟研究与分析结果潘卫国2016年2月28日1、铝型材断面图及模孔设计图模具编号：SX-JH-LZ102-380X250；壁厚：5.0mm；材质：6063-T5；截面图如图1所示。

模具使用要求：在3600吨挤压机上使用，挤压筒直径为Φ300mm，选用Φ280mm的铝棒进行挤压。

图1 型材截面图（左）及模孔设计图（右）2、初始模具设计模型该型材挤压模具为分流组合模，初始几何模型由上模分流腔、下模焊合腔室、工作带成形腔、后置空刀和出口空腔组成。

模具统一外径为Φ380mm，总厚度为250mm，其中上模分流腔深度为135mm，模芯高度42mm，下模厚度为125mm，下模止口深度为10mm，下模焊合腔深度为30mm。

根据原始模具设计图（dwg 格式），使用Solid works软件做三维造型, 获得三维模型如图2所示，上模三视图如图3所示，下模三视图如图4所示，工作带三维模型如图5所示。

图2 模具几何模型初始设计3维立体图图3 上模三视图图4 下模三视图图5 模具工作带初始设计3维立体图3、挤压模具与工艺仿真模拟分析目的目的：依据在初始模具设计方案及第一次仿真模拟分析结果基础上改进的模具设计方案和与第一次仿真模拟相同挤压工艺参数，第二次建立三维挤压模具及其工艺的分析模型，利用有限元仿真模拟分析专业软件进行仿真数值模拟，分析仿真模拟结果中涉及铝合金在模具中流动部分的变形位移、速度、温度、应力与应变、压力等物理场量信息，预测铝型材成形后的变形位移、温度、速度，以及模具各部位结构的变形位移、温度、应力与应变、承受压力分布情况，同时提出针对模具设计和工艺参数设置的优化调整解决方案。

4、挤压坯料及模具材料的物理性能参数表１ 6063铝合金的化学成分（质量分数）%Si Mg Fe Cu Mn Cr Zn Ti Al0.65 0.65 0.35 0.15 <0.10 0.10 0.10 0.10 其余表２模具材料的物理性能参数材料类型H13钢（HRC52,540℃）密度[Kg/m3] 7870杨氏模量[Pa] 2.1E+11泊松比0.35导热系数[W/(m•k] 24.3比热[J/(kg•k)]460抗拉应力σb[MPa] 1305屈服应力σ0.2[MPa] 1000剪切应力τ[MPa] 652.5-783延伸率δ[%] 13.94、建立数值模拟分析模型和边界条件采用有限元数值分析软件HyperXtrude对型材挤压过程进行数值模拟分析，结合挤压工艺参数建立铝合金金属流体部分的分析模型。

挤压实验报告

挤压实验报告挤压实验报告引言挤压是一种常见的物理实验方法，它通过施加外力将物体压缩或变形。

在实验中，我们使用了一个挤压机来对不同材料进行挤压实验，以探究挤压对材料的影响。

实验目的本次实验的目的是研究挤压对不同材料的影响，了解挤压过程中材料的力学性质和变形特点。

实验设备和材料本次实验使用的设备包括挤压机、压力传感器和数据采集系统。

实验材料为铝合金、塑料和橡胶。

实验步骤1. 准备工作：将实验设备进行校准，确保其正常工作。

2. 材料准备：将铝合金、塑料和橡胶分别切割成相同的样品形状和尺寸。

3. 实验操作：依次将样品放入挤压机中，施加逐渐增加的挤压力，并记录下每次施加的力值。

4. 数据采集：通过压力传感器和数据采集系统实时监测并记录挤压过程中的力值和变形情况。

5. 实验结束：完成所有样品的挤压后，关闭挤压机，结束实验。

实验结果与分析通过实验数据的分析，我们得到了以下结果：1. 铝合金：在挤压过程中，铝合金样品受到外力的作用下发生了明显的压缩变形。

随着施加的挤压力的增加，铝合金的长度逐渐缩短，体积逐渐减小。

同时，铝合金的形状也发生了变化，原本平整的表面逐渐出现了凹陷和变形。

2. 塑料：与铝合金相比，塑料在挤压过程中的变形特点有所不同。

塑料样品在受到外力挤压时，呈现出明显的流动性。

随着施加的挤压力的增加，塑料样品逐渐变薄，并且形状发生了拉伸和延展。

塑料的流动性使得其在挤压过程中更容易发生形变。

3. 橡胶：橡胶样品在挤压过程中表现出了较大的弹性变形。

橡胶在受到外力挤压后，能够迅速恢复原状，不易产生永久性的变形。

这是因为橡胶具有较高的弹性模量和可延展性，使其能够承受较大的挤压力而不破裂。

实验结论通过本次实验的研究，我们得出了以下结论：1. 挤压过程对不同材料具有不同的影响。

铝合金在挤压过程中发生明显的压缩变形，塑料呈现出流动性的变形，而橡胶具有较大的弹性变形。

2. 材料的力学性质决定了其在挤压过程中的变形特点。

QForm extrusion铝型材挤压工艺模拟

焊合线位置预测和验证
型材横截面上标记焊合线位置1
不同分流孔内的轨迹点用不同颜色显示
箭头显示焊合线的位置
焊合线位置用双线标记
1) With kind permission of Compes, Italy
模拟结果
连续挤压工艺中的横向焊合区域型材形状2
2) With kind permission of SAPA technology, Sweden
模拟也得到了相同的结果。
*) The profile design by COMPES S.p.a
实验结果
焊合线位置
ICEB 2011 benchmark test
Experimental data by Alessandro Selvaggio, Antonio Segatori, Ahmet Guzel, Lorenzo Donati, Luca Tomesani, A. Erman Tekkaya, Extrusion Benchmark 2011, p. 9, Fig 11.
内置的工作带编辑器允许对工作带长度和导流角在程序中直接进行交互式的修改
模型的实验验证
国际公开会议-算例测试: 2005 苏黎世瑞士
2007 博洛尼亚意大利 2009 多特蒙德德国 2011 博洛尼亚意大利
下一届会议2013在德国的多特蒙德
2007年算例：挤出速度
*The test was done by Donatti L., Tomesani L., Schikorra M., Tekkaya E. Extrusion Benchmark 2007 // Proceedings of the Conference Latest Advances in Extrusion Technology and Simulation in Europe. – Bologna, 2007. pp. 89–95.

分析铝合金挤压成形过程及模具负载的数值模拟

分析铝合金挤压成形过程及模具负载的数值模拟作者：李营来源：《科学与财富》2017年第29期摘要：本文借助MSC.Marc与MSC.SuperForge等计算分析平台，对材料挤压和模具应力分布变化两个关键环节实施了数据模拟与分析。

通过对模拟方法的合理运用，达到减少试模和修模数量，保证模具结构合理性，并延长模具使用寿命的目的，从而为铝合金材料挤压成形工艺的优化设计提供可靠的参考依据。

关键词：铝合金挤压成形；模具负载；数值模拟铝合金材料挤压是一个动态过程，具有很高的复杂性，其最终目标为获得理想的型材，满足厚度均匀和使用性能要求等。

而想要加工出合格的型材，需要使用模具，并对加工过程中的每一个环节和参数进行严格控制。

数值模拟是实现正式加工前掌握最佳工艺方法和生产参数的重要手段，它的应用能最大限度的规避错误和不合理，确定材料和模具在正式生产时可能发生的变化，从而为模具结构设计调整、生产工艺优化调整等提供可靠的依据。

1数值模拟方法——有限体积法有限体积法又称有限容积法，是指将待模拟区域分为若干控制体积，各控制体积均建立一个节点进行表达。

采用控制方程处理各控制体积得到离散方程，在这一过程当中，须对被求函数和一阶导数组成给出相应的假设，此组成方式即为该方法的离散格式。

借助有限体积法得到的离散方程能使其有良好守恒性[1]。

质量、动量与能量的守恒方程分别为：式（1）～（3）中，ρ表示材料密度；vi表示速度矢量；Sij表示应力张量；E表示内能。

2数值模拟建模2.1有限元模型对规格尺寸为（30×30）mm的型材施以分析，以此提出具体数值模拟方法。

2.2参数设置材料参数如表1所示。

表1 材料参数统计表在材料的摩擦方面，主要选择塑性剪切模型，该模型摩擦系数为0.9。

材料本构关系可表示为：式（4）中，σy表示流动应力；σs表示屈服应力，在12.5MPa-15.0MPa范围内；C表示屈服常量，在22.5MPa-23.0MPa范围内；M表示应变速率的硬化指数，取0.15；N表示应变的硬化指数，取0.11；ε表示应变；挤压速度确定为10mm/s。

铝合金薄壁件加工变形试验验证及分析

实验中所采用测量设备为千分表，其测量精度为
9
-5.90E-04
10
2.14E-04
-6.90E-04 1.07E-04
-4.20E-04 2.10E-04
表 6 实验测量变形量
测点实验 3 实验测量实验 3 实验测量实验 3 实验测量
编号 x1 处变形量/mm x2 处变形量/mm x3 处变形量/mm
分析，得出典型薄壁件加工变形的一般规律。在不同切削参数组下，进行实际铣削加工试验，测量其加工变形误差。由此
来验证铣削力模型和有限元仿真的有效性。
关键词：薄壁板；加工变形；ANSYS10.0
中图分类号：TG7
文献标识码：A
文章编号：1002－2333（2010）06－0014－03
Experimental Verification and Analysis of the Deformation in Processing Aluminum-alloy Thin-walled Part HE Yong-qiang
机械工程师 2010 年第 6 期 15
学术交流
ACADEMIC COMMUNICATION 理论 / 研发 / 设计 / 制造
0.001
10
0.0002
0.0001
0.0002
如图 4 所示，在 x3 处理论分析与实验分析的最大误差为 0.00597mm，但整体趋势还是保持着一致。
0.002mm。从上述可以看出，在工件下端，三个位置变形相 5 结语
差不大，而上端差别较大，这是因为对于每个位置处随着
通过上述的有限元法和实验验证，对指定位置进行
-0.020
工作台上，精铣型腔到尺寸。精铣参数：准4 立铣刀，硬质

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）（ｌｂ／）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
Ｌ３一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３２
《装备制造技术）０年第ｌ期２１１２
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。
ＥｑｉｍｅｔｕｐｎＭａｕａｔｎｅｈｏｏｙＮｏ１，０１ｎｆｃｒｇＴｃｎｌｇ．２２１ｉ

薄壁空心铝型材挤压过程数值模拟及模具优化

薄壁空心铝型材挤压过程数值模拟及模具优化薄壁空心铝型材挤压过程数值模拟及模具优化一、引言薄壁空心铝型材是一种常用的轻质结构材料，广泛应用于汽车、航空航天、装饰等领域。

挤压是生产薄壁空心铝型材的主要工艺之一，对于提高产品质量和降低生产成本具有重要意义。

本文旨在通过数值模拟的方法，研究薄壁空心铝型材的挤压过程，并优化模具设计，以提高产品质量和生产效率。

二、薄壁空心铝型材挤压过程数值模拟1. 挤压过程简介薄壁空心铝型材挤压过程是指将加热后的铝棒通过模具挤压成空心截面的型材。

挤压过程中，铝棒在模具中受到一定的压力和温度作用，经过塑性变形形成型材。

2. 数值模拟原理数值模拟是通过计算机模拟挤压过程中的物理现象和参数变化，以得到各工艺参数对产品质量的影响规律。

常用的数值模拟方法有有限元法和计算流体力学方法等。

3. 模型建立与参数设定在数值模拟中，需要建立模具和工件的几何模型，并设置材料参数、边界条件和加载条件等。

通过合理地设定模型参数，可以准确地模拟挤压过程中的各种物理现象。

4. 模拟结果分析通过数值模拟，可以得到挤压过程中的各种工艺参数和产品质量指标的变化规律。

可以分析各工艺参数对产品质量的影响程度，并进一步优化模具设计，以提高产品的机械性能和表面质量。

三、模具优化设计1. 模具结构优化通过数值模拟的结果分析，可以得到挤压过程中的应力、应变和温度分布等信息。

根据这些信息，可以对模具的结构进行优化设计，以提高产品的均匀性和一致性。

2. 模具材料选择模具材料的选择直接影响到模具的寿命和产品质量。

需要根据挤压材料的特点和模具的工作条件，选择合适的模具材料，并进行热处理和表面处理等工艺，以提高模具的耐磨性和抗腐蚀性。

3. 模具表面处理模具表面的处理对于减少摩擦和磨损，提高产品表面质量具有重要作用。

可以采用涂层、硬化等表面处理技术，以提高模具的使用寿命和生产效率。

四、结论通过数值模拟和模具优化设计，可以有效地提高薄壁空心铝型材的挤压生产过程。

铝型材挤压过程仿真模拟基础介绍

铝型材挤压过程仿真模拟基础介绍作者：刘晓飞来源：《科学与财富》2016年第34期（江西环境工程职业学院江西省赣州市 341000）摘要：铝合金型材在日常生活中到处可见，已成为了人们现实领域中不可或缺的生产原材料，建筑铝型材和工业铝型材产业已经成为了衡量一个国家经济的重大指标。

铝合金型材一般常用的生产方式是挤压成形，挤压加工方法已成为了人们的研究对象，在挤压加工过程中挤压工艺参数的选择是核心要领。

关键词：铝合金型材；挤压模具；仿真模拟铜、铝等有色金属是国民经济和社会发展的重要基础材料，2004 年以来，我国铜铝生产量和消费量一直稳居世界第一。

随着国民经济建设的高速稳步发展，带动各行业轻工业的迅速发展，建筑铝型材和工业铝型材在各个领域得到了高度的重视和广泛的应用。

挤压技术从 18 世纪开始发展跨度到 20 世纪，相对于其他加工方法，挤压法在金属塑性加工领域里发展的比较晚。

经过两百多年的发展，金属挤压成形发生了质的飞越，已成为金属成形工艺中一个重要的分支，在技术、工艺与装备方面均取得了巨大进步。

挤压产品凭借其优良的性能已广泛用于很多重要领域如民用、航空航天、舰船、电子、交通运输、能源、冶金化工及国防军工等重要领域。

作为生产管、棒、型材以及线坯，挤压成型无非是最具有优势的。

挤压成型技术具有理论性强、加工工艺技术含量极高等特点。

但从另外一方面来看，挤压法同时也存在诸多不利因素，优点越多，缺点也越明显，挤压的历史就是不断克服这些缺点，它的加工过程是一个复杂非线性的过程，加工后型材发生了很多复杂变形，伴随着大压力下产生的设备高负荷、高能耗、高摩擦、大变形热有关，又与材料跟工具长时间紧密接触而产生的工具温升有关，而且还和密闭的工具内加材料和取出残料而中断操作不利因素有关。

挤压模具作为挤压成型工艺的核心部分，它的设计以及使用寿命已经成为人们研究的主要领域。

中国铝型材模具本身材质以及模具结构方面如结构参数的确定和寿命的预测上都得到了很大的提升。

铝合金型材实验报告

一、实验目的1. 探究铝合金型材的物理和机械性能。

2. 了解铝合金型材在工业应用中的导电性、导热性和抗腐蚀性。

3. 分析铝合金型材的加工性能和成型工艺。

二、实验原理铝合金型材是通过熔炼、铸造、挤压等工艺制成的，具有良好的导电性、导热性、抗腐蚀性和加工性能。

本实验主要针对铝合金型材的以下性能进行测试：1. 导电性：通过测量铝合金型材的电阻值，评估其导电性能。

2. 导热性：通过测量铝合金型材的导热系数，评估其导热性能。

3. 抗腐蚀性：通过浸泡实验，观察铝合金型材在特定腐蚀环境中的耐腐蚀性能。

4. 加工性能：通过模拟加工过程，评估铝合金型材的加工性能。

三、实验器材1. 铝合金型材样品2. 电阻测试仪3. 导热系数测试仪4. 浸泡实验箱5. 模拟加工设备6. 相关测试仪器和工具四、实验步骤1. 导电性测试：a. 使用电阻测试仪测量铝合金型材的电阻值。

b. 记录测试数据，分析导电性能。

2. 导热性测试：a. 使用导热系数测试仪测量铝合金型材的导热系数。

b. 记录测试数据，分析导热性能。

3. 抗腐蚀性测试：a. 将铝合金型材样品放入浸泡实验箱中。

b. 在特定腐蚀环境下浸泡一定时间。

c. 观察样品表面变化，评估耐腐蚀性能。

4. 加工性能测试：a. 使用模拟加工设备对铝合金型材进行切割、弯曲等加工操作。

b. 观察加工过程中的现象，评估加工性能。

五、实验结果与分析1. 导电性测试结果显示，铝合金型材的电阻值在0.1～0.5Ω之间，具有良好的导电性能。

2. 导热性测试结果显示，铝合金型材的导热系数在100～200W/(m·K)之间，具有良好的导热性能。

3. 抗腐蚀性测试结果显示，铝合金型材在浸泡实验中表现出良好的耐腐蚀性能，表面无明显腐蚀现象。

4. 加工性能测试结果显示，铝合金型材在切割、弯曲等加工过程中表现出良好的加工性能，无明显的加工缺陷。

六、结论1. 铝合金型材具有良好的导电性、导热性和抗腐蚀性能，适用于工业应用。

7075铝合金薄壁件高速切削变形仿真分析

㊀第３９卷第１期㊀㊀㊀㊀㊀佳木斯大学学报(自然科学版)㊀㊀Ｖｏｌ.３９Ｎｏ.１㊀２０２１㊀年０１月㊀㊀㊀ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｍｕｓｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ)㊀Ｊａｎ.㊀２０２１文章编号:１００８－１４０２(２０２１)０１－００７７－０５７０７５铝合金薄壁件高速切削变形仿真分析①陈晓雨１ꎬ㊀王仲民２ꎬꎬ㊀张本松１(１.安徽省宣城市宣城职业技术学院ꎬ安徽宣城２４２０００ꎻ２.天津职业技术师范大学ꎬ天津３００３５０)摘㊀要:㊀针对ＡＬ７０７５零件设计中会采用大量薄壁和翼缘结构ꎬ加工中如何控制因零件刚度较差而产生的变形非常关键ꎮ本文利用ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅＦＥＭ有限元软件对ＡＬ７０７５高速切削过程中切削参数变化对工件的变形进行预测ꎮ以ＪＣ本构模型为基础ꎬ基于高速㊁拐角㊁切深和切削力的变化仿真对工件变形的位移量进行分析ꎮ设计的刀具模型添加了加工动态点ꎬ加工模型采用节点分析法ꎬ使薄壁变形建模中切削参数和部件的属性相关程度更好ꎮ此有限元仿真方法可用于预测薄壁部分的变形ꎬ亦可用于选择最佳工艺参数ꎬ以实现端铣工艺的稳定性ꎮ关键词:㊀７０７５铝合金ꎻ薄壁变形ꎻ建模仿真ꎻ切削参数中图分类号:㊀ＴＨ１６１㊀㊀㊀㊀文献识别码:㊀Ａ０㊀引㊀言在使用７０７５铝合金加工零部件时ꎬ在刚度不足情况下ꎬ如何保证高精度尤为关键ꎮ有很多学者对这一问题做了相关研究ꎮ比如关于铣削过程中对薄壁铝合金工件加工变形的影响ꎬ星铁太郎和孙宝元教授注意到切削力Ｆ与切削面积成线性关系[１]ꎻ若建立一个能够将每层切削刃上切削厚度具体化的解析式将会对铣削变化问题的分析大有好处ꎻ每个切削刃上的接触长度和切削长度的变化都会影响切削ꎮ李忠群博士和刘强教授在圆角铣削变化稳定域研究中ꎬ建立了切削稳定域的模型并进行了仿真[２]ꎮ但是该模型和理论分析却停留在固定的速度条件下ꎬ真实切削过程中可能会与拐角减速的情况出现偏差ꎮ由此可见现在对于切削变形的研究当中基于变速㊁拐角㊁切深和切削力对变形的相互关系还没有深入的理论研究和实验验证ꎮ本文将会针对这些情况分析薄壁变形问题ꎮ１㊀有限元仿真与分析本文用有限元分析方法建立的薄壁切削实验模型的目的是(１)使以后建模分析的过程更加简洁高效ꎬ更易于提高不同工件的仿真ꎬ大大减少分析时间ꎻ(２)使切削模型建立的时候可以添加加工过程中的加工参数以及在材料切除的过程中的详细几何参数ꎻ(３)本软件在应用的时候ꎬ建模分析会更加容易执行ꎬ这样会帮助我们加快整个分析的过程ꎻ(４)使用的建模软件拥有更好的兼容性ꎬ这样在使用不同软件打开的过程中尽量减少不同平台产生的数据相关联错误ꎻ(５)通过使用大数据分析的预测方式来实现软件对模型的分析结果高效准确ꎮ用有限元建立模型的过程所用运算都采用了新的建模方式和计算方法ꎮ在对表面误差的预测时使用此模型有限元分析ꎬ可以使薄壁工件的表面误差补偿策略达到更好的结果ꎮ在考虑因去除材料ꎬ而导致的零件刚度的变化时ꎮ使用有限元分析的关键所在是节点的问题ꎬ一个固体零件的结构平衡方程求解作用力和位移关系将会被引入分析过程ꎬ如式(１)所示{Ｆ}＝[Ｋ]{ｄ}(１)其中ꎬ{Ｆ}为结构载体的节点力ꎬ[Ｋ]是刚度矩阵ꎬ{ｄ}是节点位移的矢量ꎮ研究中使用的７０７５航空铝合金材料的参数和ＪＣ本构模型较为成熟ꎬ为此本文的各项性能参数主要以Ｊｏｈｎｓｏｎ－Ｃｏｏｋ模型从材料手册中查到ꎬ具①收稿日期:２０２０－１２－０６基金项目:２０１９年度教育部科技发展中心高校产学研创新基金项目(２０１８Ｂ０２０１６)ꎻ安徽省职业与成人教育学会２０１９年度教育科研规划课题(Ａｚｃｊ１０８)ꎮ作者简介:陈晓雨(１９８４－)ꎬ男ꎬ安徽淮南人ꎬ硕士ꎬ中级ꎬ研究方向:机械制造与加工ꎮ佳木斯大学学报(自然科学版)２０２１年体值如表１ꎮ表１㊀ＡＬ７０７５力学性能屈服强度/ＭＰａ拉伸强度/ＭＰａ延伸率/％弹性模量/ＧＰａ硬度/ＨＢ４７５.３０５４０.９６１１.５７１１５０㊀㊀工件处于铣削的时候ꎬ不仅由高应变率变形区和应变率较低但温度较高变形区组成ꎬ同时包含摩擦等问题ꎬ所以建模材料参数的选择在模拟中的变化难以确定ꎮ在切削过程中ꎬ被切削层中各处的应变㊁应变速率和温度并不均匀且存在很大的差异[９]ꎮ只有能反映出应变㊁应变速率㊁温度对材料的屈服应力和流动应力影响的本构模型ꎬ才能在有限元模拟金属切削过程时获得较正确的结果ꎮ因此在有限元模拟时采用ＪＣ本构模型ꎮＪＣ模型认为材料在高应变率下表现为应变硬化㊁应变率强化和热软化效应ꎬ具体可表示为:σ－＝(Ａ＋Ｂε－ｎ)(１＋Ｃｌｎε－ε－０)１－(Ｔ－Ｔ０Ｔｍｅｌｔ－Ｔ０)ｍ[](２)其中:ＡꎬＢꎬＣꎬｍꎬｎ均为模型的结构常量ꎬε－为等效塑性应变ꎬε－为等效塑性应变速率ꎬε－０为参考等效塑性应变速率(准静态应变速率)ꎬＴｍｅｌｔ为材料熔点温度ꎬＴ０为参考环境温度ꎬ通常取２０ｏＣꎮ在实际切削当中ꎬ根据修正的Ｃｏｕｌｏｍｂ摩擦定律ꎬ把前刀面的摩擦区分为粘结区和滑动区ꎬ粘结区的摩擦状态与材料的临界剪应力有关ꎬ滑动区近似认为摩擦系数为常值[７]ꎮ该模型结合本构模型ꎬ能很好地反映切削时的前刀面摩擦状态ꎮ刀具前刀面与切屑接触区某点的摩擦应力表示如下:当τｆｒ<τ－ｍａｘ(滑动区)当τｆｒ⩾τ－ｍａｘ(粘结区){(３)其中:τｆｒ为接触面的摩擦应力ꎬτ－ｍａｘ为较软材料的临界剪切屈服强度ꎬμ为滑动区摩擦系数ꎬσｎ为接触面上的法向应力ꎮ通常取τ－ｍａｘ＝σ－ｓ/３ꎬ其中ꎬσ－ｓ为第二变形区等效应力ꎮ本文使用的ＪＣ本构通过修正后使用如公示(４)计算σ＝２６５(１＋０.４１８ε０.７９８)(４)２㊀仿真模型的建立本文设置的仿真模型采用了经典的ＪＣ本构模型ꎬ基本符合７０７５铝合金材料在铣削过程中产生变形情况的预测ꎮＪＣ模型已经有了比较成熟的参数ꎬ可以直接拿来参考ꎮＪＣ本构模型的函数关系包含有应变函数㊁应变率函数以及温度函数ꎮ所以这个模型能够很准确的模拟高应变率变形材料的变形数值ꎬ其公式如(５)所示:ｓ＝(Ａ＋Ｂγｎ)(１＋ｍｌｎγ)[１－(Ｔ∗)ｖ](５)在公式(５)中ꎬＡ表示静态试验下的屈服应力ꎬＢꎬｍꎬｎ和ν为经验系数ꎬ从文献[４]得到表２ꎮ表２㊀ＡＬ７０７５ＪＣ本构模型参数Ａ(ＭＰａ)Ｂ(ＭＰａ)Ｎｍｃ４３５.７５３４.６２４０.５０４０.９７０.０１９㊀㊀而温度系数Ｔ∗是变形温度ꎬ则由公式(６)所示:Ｔ∗＝(Ｔ－Ｔ０)/(Ｔｍ－Ｔ０)(６)建立了一个自定义的刀具模块为基础ꎬ在这个模块的基础上加入了刀具的几何要素以及加工动态点ꎬ使该模型所计算的表面误差分布于工件加工进给方向的每一步ꎮ刀具的具体参数如表３所示ꎮ表３㊀刀具参数Ｄ(ｍｍ)ｄ１(ｍｍ)Ｌ(ｍｍ)Ｌ２(ｍｍ)Ｒ(ｍｍ)螺旋角１２１２１２７１４０.５３０ʎ１６１６８９１８０.７５３０ʎ㊀㊀材料去除的过程分为若干个独立的单元并对每个单元计算分析ꎬ同时模型设定了切削刀具的每一个增量ꎬ从而大大降低了数据计算的时间ꎮ铣刀模型是四刃立铣刀ꎬ和工件模型一样在创建的时候它们都是一个完整的外表面ꎮ根据实际加工毛坯外形基本尺寸建立了包含有几何特征的分析模型ꎮ该模型在创建时添加了相关的特征属性包括材料的密度ꎬ杨氏模量ꎬ泊松比ꎬ强度ꎬ硬度和伸长率等相关参数ꎬ数值参考文献[３]得到表４ꎮ为了设计合理避免模型转换数据的缺失ꎬ该零件模型是在ＣＡＴＩＡ零件设计工作台创建ꎬ这样就能够很好的对材料切削过程进行模拟仿真ꎮ为了设定刀具切削的起始位置ꎬ以刀具半径和径向切削深度为参考ꎬ添加了上下水平的约束条件和垂直约束条件ꎬ同时也添加了材料的切削参数ꎮ８７第１期陈晓雨ꎬ等:７０７５铝合金薄壁件高速切削变形仿真分析表４㊀工件和刀具室温下参数密度(ｇ/ｃｍ３)传导率(Ｊ/ｍＫ)膨胀系数(μｍ/ｍＫ)比热(Ｊ/ｋｇＫ)泊松比杨氏模量(ＧＰａ)工件２.８３１５７２３.５８６００.３３７０.３刀具１５４６４.７２０００.２８００㊀㊀如图１所示的刀具切削方向ꎬ从刀具的刚开始切削的平面开始沿着轴向切深方向设置了２５个约束ꎬ来分析刀具切深对材料变形的影响ꎮ第一材料去除模型被保存为一个新的ＭＲＲ第(ｉ＋１)ꎮｉ被定义为０到ｎ的变量ꎬｎ表示刀具从材料切削起始位置到到工件切削结束的切削进给步骤ꎮ图１㊀工件表面预先定义的切削位置图２㊀ＦＥＭ预测模型图３㊀５０Ｎꎬ１００Ｎꎬ１５０Ｎꎬ２００Ｎ的㊀㊀㊀㊀线性负载对薄壁零件变形的影响(ｍｍ)材料去除模型的建立能计算出在加工过程中对工件所产生的变形影响ꎮ分析模型加工过程中变形的影响所包含的所有节点分析信息和每个单元处材料静态特性ꎬ同时边界条件和加工负荷所预测的切削力也会输入给有限元进行静态分析ꎬ有限元把所得信息汇总ꎬ最终得出工件加工变形的预测ꎮ利用切削力的变化来模拟加工载荷的变化ꎬ当从刀具开始切削的节点中ꎬ每个节点都设置了过渡面ꎮ从材料去除模型调出预先定义的ＭＲＲꎬ这样对工件的切削变形就可以在切削过程当中任意的选择点开始仿真ꎮ材料去除模型的每一步切削步骤都会被有限元进行分析ꎬ并将结果存储起来ꎬ然后再进行下一步的切削分析ꎮ下一步ＭＲＲ(ｉ＋１)的仿真分析是先调取上一步的分析结果作为材料的预处理模型进行的ꎮ最终ꎬ在刀具切削进给方向上重复选择不同的位置多次仿真分析之后发现工件的变形会因为切削的加深而异ꎮ图４㊀刀具不同位置处的薄壁板的变形ꎬＸ方向(ｍｍ)图５㊀薄壁为６ｍｍ和１０１ｍｍ下的薄壁变形(ｍｍ)３㊀仿真分析为了修正仿真模型的变形预测偏差ꎬ一组切削用量相同的切削仿真实验已经进行了ꎮ有限元仿真和实验已经证明了该模型修正后确实具备预测能力ꎬ仿真使用的是２０节点六面体抛物线实体单元ꎮ工艺参数选择中ꎬ切削速度(Ｖ)㊁进给量(Ｆ)㊁９７佳木斯大学学报(自然科学版)２０２１年轴向切削深度(Ａｐ)和径向切深(Ａｅ)在Ａｌ７０７５工件中被确定为主要影响因素ꎮ要素的工作范围设定为两个级别ꎮ所选择的因子和它们的数据如表５所示ꎮ实验将通过铣削铝７０７５金属获得结果ꎮ表５㊀加工参数参数单位名称ｌｅｖｅｌ１ｌｅｖｅｌ２１进给量ｍｍ/ｔｏｏｔｈＮ０.１２０.０８２切削速度ＲｐｍＶ１６０００１１０００３工件长度ＭｍＴ２００２００５工件厚度ＭｍＨ４５４５６零件薄壁厚度ＭｍＡ２２７螺旋角ｄｅｇｒｅｅΦ３０３０８刀具直径ＭｍＤ１６１６㊀㊀为了区分影响因素等级ꎬ本次实验将会将实验分为如下表６的(ａ)(ｂ)两个等级ꎮ该模拟的结果由图２所示ꎮ该模型参数Ｘ(薄壁长度)＝２００ｍｍꎬ零件薄壁的高度Ｙ＝４５ｍｍꎮＲ(圆角半径)＝６ｍｍꎬＴ＝２ｍｍ为壁厚ꎬＲ＝８ｍｍ瞬态刀具半径ꎮ３.１㊀有限元模型负载对薄壁板变形仿真的影响分析图３中所示的是在切削过程中作用力分别为５０Ｎꎬ１００Ｎꎬ１５０Ｎ和２００Ｎ的变形仿真ꎬ在仿真中该零件的薄壁的底部边缘被设定为固定载荷ꎮ每个作用力随着切削深度的加深符合线性关系ꎬ切削深度越小变形误差越大ꎮ不同的作用力之间ꎬ作用力越大变形误差越大ꎮ但是我们也发现ꎬ当切削深度达到１０ｍｍ时ꎬ不同的作用力所产生的变形误差基本接近且符合工件设计的误差要求ꎮ如果切削深度继续加大ꎬ各作用力产生的变形误差一致ꎮ高速切削拥有较高的切削力ꎬ随着切削深度不同零件变形呈线性不断增加ꎬ将会超越表面形状误差范围内的最小的变形ꎬ而最终影响加工ꎮ因此ꎬ根据使用刀具先选择切削深度ꎬ适当的改变切削参数以减小切削力对零件的精度将会有极大的改善ꎮ当１５０Ｎ的切削力被施加到零件薄壁上ꎮ如图４所示ꎬ薄壁零件壁的较高部分有更大的变形ꎬ而在壁的下部有较小的变形ꎮ另外ꎬ最大变形量是在该薄壁零件的中间部位ꎮ刀具切削薄壁零件时ꎬ中间部位是最薄弱环节ꎬ这个部分的零件变形往往是最大也是最难于控制的ꎮ为了减小变形可以采取减小切削用量的方式来降低切削力ꎬ进而达到减小薄壁变形的要求ꎮ表６㊀(ａ)１级参数Ｓｎｏ参数单位名称ｆａｃｔｏｒｌｅｖｅｌ㊀１１轴向切深ＭｍＡｐ５３４５６８２径向切深ＭｍＡｅ０.５１.５０.５１.５１.５３表６㊀(ｂ)２级参数Ｓｎｏ参数单位名称ｆａｃｔｏｒｌｅｖｅｌ㊀２１轴向切深ＭｍＡｐ３３５８１０１０２径向切深ＭｍＡｅ１.７５０.２５１.７５３１.７５３图６㊀刀具行进位置对薄壁的Ｘ和Ｙ轴方向变形的影响(ｍｍ)０８第１期陈晓雨ꎬ等:７０７５铝合金薄壁件高速切削变形仿真分析３.２㊀有限元模型切削部位对薄壁板变形仿真的影响分析㊀㊀图５所示为刀具沿Ｘ＝６ｍｍ(该模型的转角)和Ｘ＝１０１ｍｍ(该模型的中间部位)进行切削的变形结果ꎬ在铣削过程中的薄壁模型的变形随着切削深度的增加而变小且呈现线性ꎮ薄壁变形分为三个区间ꎬ当切深在０－６ｍｍ以下时ꎬ模型中间部位的变形量较大且超过转角起始部位ꎮ当切深在６－９ｍｍ时ꎬ中间部位和转角起始部位的变形基本相近ꎮ但是当切深达到１０ｍｍ时ꎬ中间部位受到两边作用力的影响变形反而比转角部位小ꎮ使用Φ１６刀具仿真薄壁工件切削部位的模型如图６所示ꎬ不同的切小部位将会对变形产生较大的影响ꎬＹ轴方向初始位置时变形最大ꎮ刀具越大对零件加工产生的变形越大ꎬ选择不要太大的刀具进行加工ꎮ如果是小切深ꎬ尽量选择转角作为加工起始端ꎬ如果是大切深且零件形状复杂ꎬ可以选择从中间部位开始加工ꎮ４㊀结㊀论在７０７５铝合金薄壁板上进行了铣削模拟仿真ꎮ从模拟结果可知线性载荷㊁铣刀位置和所述板的厚度对变形有显著影响ꎮ如果在铣削薄壁板的过程中保持切削参数不变ꎬ它会导致效率低下或零件公差过大ꎮ因此在高速铣削过程中ꎬ为了铝合金工件的加工部得到更好的精度和质量ꎬ不同的切削参数应对应不同加工零件ꎬ以满足更小的切削力和加工效率的需求ꎮ表面误差的预测使用此模型有限元分析ꎬ可以使薄壁工件的表面误差补偿策略达到更好的结果ꎮ这次采用新的软件建模方法具有以下优点ꎮ１)刀具尽量仿真了真实刀具的几何外形ꎮ２)工件的材料参数仿照了ＪＣ本构模型ꎬ但进行一定程度的变形仿真修正ꎮ３)刀具和工件的几何外形参数不会在不同的软件传输过程中丢失ꎮ４)切削力的切向ꎬ径向和轴向方向的参数对薄壁零件变形的优化分析ꎮ５)不同刀具及切削部位对薄壁零件变形的优化分析ꎮ参考文献:[１]㊀裴宏杰ꎬ刘成石ꎬ王贵成ꎬ等.ＭＱＬ高速车削７０７５铝合金的试验研究[Ｊ].工具技术ꎬ２０１８ꎬ(０３):３２－３４.[２]㊀沈春根ꎬ马殿文.ＰＣＤ刀具高速车削高强度铝合金切削力仿真[Ｊ].工具技术ꎬ２０１９ꎬ(０２):８１－８５.[３]㊀鹏臣西ꎬ吴运新ꎬ易守华ꎬ等.ＪＣ本构模型对７０７５铝合金二维切削仿真影响的研究[Ｊ].工具技术ꎬ２０１８ꎬ(１２):５９－６２. [４]㊀刘战强ꎬ张克国.Ｊ－Ｃ本构参数对绝热剪切影响的敏感性分析[Ｊ].航空学报ꎬ２０１１ꎬ３２(１１):２１４０－２１４６. [５]㊀ＺＨＩ－ＣＨＡＯＳＵＮꎬＬＩ－ＳＨＵＡＮＧＺＨＥＮＧꎬＨＥＹＡＮＧ.Ｓｏｆｔｅｎ￣ｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆａｓ－ｅｘｔｒｕｄｅｄ７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｄｕｒｉｎｇｈｏｔｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈａｒ￣ａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎꎬ２０１４:７１－８０.[６]㊀Ｙ.Ｃ.ＬＩＮꎬＬＥＩ－ＴＩＮＧＬＩꎬＹＵ－ＣＨＩＸＩＡ.ＨｏｔｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍａｐｏｆａｔｙｐｉｃａｌＡｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－Ｃｕａｌｌｏｙ[Ｊ].ｊｏｕｒｎａｌｏｆａｌｌｏｙａｎｄＣｏｍｐｏｕｎｄｓ:ＡｎＩｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙｊｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＳｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＰｈｙｓｉｃｓꎬ２０１３:４２８－４４５.[７]㊀韩变枝ꎬ陈明ꎬ王栋.钛合金高速铣削的切削力实验与建模[Ｊ].机床与液压ꎬ２０１８ꎬ４６(１７):１０４－１０８.[８]㊀陈世平ꎬ曾凡宇ꎬ王振振ꎬ等.高速切削条件下ＨＳＫ与ＢＴ工具系统仿真实验比较分析[Ｊ].实验室研究与探索ꎬ２０１８ꎬ３７(３):１１４－１１７ꎬ１３０.[９]㊀孙会来ꎬ李丹ꎬ赵方方ꎬ等.基于ＡＢＡＱＵＳ的航空７０７５铝合金切削二维仿真[Ｊ].天津工业大学学报ꎬ２０１７ꎬ３６(１).ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｉｇｈＳｐｅｅｄＣｕｔｔｉｎｇＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙＴｈｉｎ－ＷａｌｌｅｄＰａｒｔＣＨＥＮＸｉａｏｙｕ１ꎬ㊀ＷＡＮＧＺｈｏｎｇｍｉｎｇ２ꎬ㊀ＺＨＡＮＧＢｅｎｓｏｎｇ１(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＸｕａｎｃｈｅｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅꎬＸｕａｎｃｈｅｎｇＡｎｈｕｉ２４２０００ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈ￣ｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｄｕｃａｔｉｏｎꎬＴｉａｎｊｉｎ３００３５０Ｃｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:㊀Ｂｅｃａｕｓｅａｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄａｎｄｆｌａｎｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｌｌｂｅｕｓｅｄｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆＡＬ７０７５ｐａｒｔｓ.ꎬｉｔｉｓｖｅｒｙｃｒｉｔｉｃａｌｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｉｓｃａｕｓｅｄｂｙｐｏｏｒｒｉｇｉｄｉｔｙｏｆｐａｒｔｓｄｕｒｉｎｇｍａ￣ｃｈｉｎｉｎｇ.ＴｈｉｓｅｓｓａｙｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅＡｄｖａｎｔＥｄｇｅＦＥＭｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｄｅｆｏｒｍａ￣ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｏｒｋｐｉｅｃｅｄｕｅｔｏｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆＡＬ７０７５.ＢａｓｅｄｏｎＪＣｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌꎬａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｐｅｅｄｃｈａｎｇｅꎬｃｏｒｎｅｒꎬｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｓｍａｌｌｃｕｔｔｉｎｇｄｅｐｔｈꎬｗｉｌｌｄｅｄｕｃｅａｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｗｏｒｋｐｉｅｃｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ.Ｍａｃｈｉｎｉｎｇｄｙｎａｍｉｓｐｏｉｎｔｓａｒｅａｄｄ￣ｅｄｔｏｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｏｌｍｏｄｅｌꎬｎｏｄｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓａｄｏｐｔｅｄｉｎｔｈｅｍａｃｈｉｎｉｎｇｍｏｄｅｌ.ｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅｂｅ￣ｔｗｅｅｎｃｕｔｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎｔｈｉｎ－ｗａｌｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎｇｗａｓｂｅｔｔｅｒ.Ｔｈｉｓｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｎｏｔｏｎｌｙｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄｐａｒｔｓꎬｂｕｔａｌｓｏｓｅｌｅｃｔｔｈｅｂｅｓｔｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｅｎｄｍｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:㊀７０７５Ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙꎻｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎꎻｍｏｄｅｌｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｃｕｔｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ１８。

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。

210978738_5083铝合金型材挤压过程的仿真模拟研究

C omputer automation计算机自动化5083铝合金型材挤压过程的仿真模拟研究冷文兵，吴锡坤，罗铭强，黄和銮摘要：5083铝合金应用广泛，为获得更佳的加工工艺，本文对稳态有限元模拟与非稳态有限元模拟的挤压过程展开仿真模拟分析。

试验结果表明：挤压速度对挤压过程中金属温度有重要影响，随着速度增大金属温度急剧升高，挤压力也显著增大，但对焊合效果影响不大；若分流孔远离模具中心，在模具设计中应采用多个较小的分流孔以保证焊合效果；控制45°焊合面上的焊合效果可避免因免分流孔太小导致挤压温度过高而造成金属过热过烧的问题。

关键词：5083铝合金型材；挤压过程；仿真模拟5083铝合金属于Al-Mg系合金，具有中等强度，具有优良的冷加工性、耐腐蚀性、焊接性等优点，广泛应用于船板、换热器、汽车飞机焊接件、冷藏集装箱等海工船舶、轨道交通、汽车运输领域。

目前对5083铝合金研究主要涉及合金组织、力学性能与焊接。

肖晓玲等人研究5083铝合金H116态退火组织中第二相的形态和微观结构，观察到三类不同形态和晶体结构的第二相，丁浩晨等人对5083铝合金超快速退火组织的演变规律进行研究。

闫德俊等人采用变极性等离子焊接工艺实现了5mm厚船用A5000系铝合金立向上位置焊接并分析了接头的组织和力学性能，能获得质量较好的焊接接头。

随着产品轻量化要求越来越高，对工业铝型材的需求也日渐增大，工业用大型铝合金型材的挤压关键技术亟待取得突破。

本文通过对铝合金型材挤压过程的仿真模拟研究，旨在为生产加工提供理论和技术支持。

1 挤压模具在金属挤压过程中的作用挤压模具分类平模和分流模两种。

平模只能生产实心截面的挤压型材，而分流组合模能够挤压空心截面的型材。

一个分流组合挤压模，分流模的特点是具有多个模具分流孔。

在挤压过程中金属首先从挤压筒流经分流孔到达焊合室，经过焊合之后再通过模孔挤出，形成符合形状和表面质量的型材。

2 工作带和分流孔设计的要点无论平模还是分流模都在模具出口位置设置工作带，工作带的设计决定了型材形状和尺寸，所以也称为定径带。

铝合金轴材挤压成形挤前回退的数值仿真研究

铝合金轴材挤压成形挤前回退的数值仿真研究铝合金轴材挤压成形是一种常用的金属加工方法。

在轴材的挤压成形过程中，挤压过程中的各个参数对轴材的形状和质量有很大的影响。

其中，挤前回退是指在挤压过程中，脂压腔边缘与金属坯材之间保留的一段空间，用于控制金属的流动。

它的数值大小会影响到轴材的形状、尺寸以及材料的均匀性。

因此，对铝合金轴材挤前回退进行数值仿真研究非常重要。

在进行铝合金轴材挤压成形挤前回退的数值仿真研究时，需要先建立合适的数学模型。

模型中需要考虑轴材的几何形状、力学性质以及材料的流动行为等因素。

通过采用建模软件，如ANSYS、ABAQUS等，可以对挤压过程进行仿真分析，得到与实际相似的结果。

在建立数学模型时，需根据铝合金的等温强化、时效硬化等热物理性质参数进行实验研究和数据分析，以确保模型的准确性和可靠性。

挤压过程中的挤前回退数值是影响轴材形状和质量的重要因素之一。

适当的挤前回退数值可以控制金属的流动，获得理想的形状和尺寸。

如果挤前回退数值太小，金属流动不畅，可能会导致轴材出现沟槽、翘曲等缺陷；如果挤前回退数值太大，金属流动过多，可能会造成轴材局部过薄，影响其强度和使用寿命。

因此，确定合适的挤前回退数值对于轴材挤压成形至关重要。

通过数值仿真的方法进行铝合金轴材挤前回退数值的研究，可以减少实验的时间和成本，并能够得到更加详细和全面的分析结果。

数值仿真可以模拟挤压过程中的各个环节，包括材料变形、流动和应力分布等方面。

通过对不同挤前回退数值进行仿真分析，可以得到不同参数下的轴材形状和质量的变化规律，为压力机的操作提供理论依据和优化参考。

在进行数值仿真研究时，需要考虑一些关键的因素。

首先是材料的本构模型，需要选择适合铝合金的本构模型来描述其力学性质。

其次是摩擦因数，摩擦对于金属的流动和变形有很大的影响，需要合理选择摩擦因数以保证仿真结果的准确性。

此外，还需要考虑挤压温度、压力和速度等因素的影响。

通过数值仿真研究可以得出挤前回退数值与轴材形状和质量之间的关系。

铝材连续挤压过程稳定性的研究

铝材连续挤压过程稳定性的研究摘要：铝材连续挤压过程的稳定性不仅会影响到挤压制品的尺寸精度、表面形状以及卷取质量,而且会影响到连续挤压生产线设备的使用情况和生产效率。

关键词：铝材；连续挤压；间隙；稳定性；铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，其产量占有色金属的首位。

铝合金资源丰富，容易制取，成本低廉，有密度低，强度接近或超过优质钢，导电、导热性能好，耐蚀性好，加工性好等优点，广泛应用于航空航天、汽车、机械制造、船舶、化学工业等。

一、挤压工艺因素对连续挤压过程稳定性的影响1.为了保证稳定地进入正常挤压阶段,升温挤压时间不能太短、挤压轮速度不能太高,否则虽然挤压轮槽会很快地达到正常挤压温度,但挤压模腔和变形区的温度并没有真正达到要求,这样反而会使正常挤压过程的稳定性难以建立.一般情况是升温时间约25-30分钟,挤压轮速度为7-8 r/min。

正常挤压时,挤压温度对连续挤压过程稳定性的影响包括两个方面:一方面挤压温度过低,金属的流动性变差而难于流出模口,致使连续挤压过程的稳定性变差;另一方面挤压温度过高,金属的泄漏量增大而难以控制,相应地连续挤压过程的稳定性易于破坏。

几种软铝合金保持稳定连续挤压的挤压温度,它依合金牌号、挤压制品形状等而有所不同。

连续挤压过程中,挤压温度来源于挤压轮、坯料和靴块三者之间的摩擦热,以及金属本身的塑性变形热。

这样,连续挤压过程就被分为升温挤压和正常挤压两个阶段。

升温挤压过程中,由于工模具与变形区处于一种非热平衡状态,因此,在这个阶段上,连续挤压是一个非稳定性挤压过程。

2.挤压轮速度对连续挤压过程稳定性的影响。

连续挤压是一个动态的压缩过程,铝在模子与整个变形区内将引起周期性的“粘着”与“滑动”现象,挤压轮速度越高,这种“粘一滑”频率越高,致使连续挤压过程的稳定性变差.生产实际发现:当挤压制品出线速度大于50m/min时,连续挤压过程的不稳定性变得明显,往往给制品的卷取带来困难。

挤压模具的仿真模拟分析

挤压模具的仿真模拟分析摘要: 基于 HyperXtrude 铝型材模具热挤压仿真系统，以建筑幕墙铝合金型材为例，分析了型材模具在稳态挤压过程中应力场、速度场和温度场的分布，指导模具结构优化设计，确立 HyperXtrude 铝型材模具热挤压仿真系统在生产中的指导作用，提高模具设计水平和模具使用寿命，从而提高生产效率，倡导了国家现行要求的低碳环保的经济模式。

关键词: 建筑幕墙铝型材；挤压模具；仿真模拟；HyperXtrude1引言在现代建筑中随着人们对生活要求的不断提高，对建筑幕墙的要求也随之变化。

这使幕墙建筑外观达到更高的审美观的同时，也使其向低碳环保发展。

从而使幕墙铝型材的截面形状更趋于复杂。

模具设计是铝型材生产的最主要环节[1]，而模具的成功与否很大程度依赖设计者的经验，而且还要经过试模来验证模具设计的合理性。

当模具在试模过程出现与设计者预期不一致的时候，只能对模具修改再进行试模。

利用计算机仿真技术可以达到缩短设计周期，减少试模次数和节约生产成本的目的。

本文采用Altair公司的HyperXtrude专业铝型材挤压工艺仿真和模具优化有限元软件，对模具设计进行分析，并根据结果修改模具结构。

2几何模型及分析的挤压工艺参数挤压工艺参数设置直接影响仿真模拟的效果的准确性，挤压参数越贴近实际参数仿真模拟的效果越准确，同时给设计者提供了与实际相符合的数据，及时根据计算结果优化原有设计方案。

型材截面和初始模具如图1、图2所示：图1 幕墙铝型材的截面图2 型材凸模的三维模型挤压工艺参数棒料直径： 237mm 挤压比：27.55棒料温度：470℃ 挤压机吨位；2750T模具温度：450℃ 挤压垫速度：36.2mm/sec坯料与工作带间采用库仑摩擦模型, 摩擦系数取μ= 0.143仿真模拟结果3.1流速仿真模拟结果图3为分流孔不同位置流速截面分布标示图及型材流速分布图。

从分流孔流速截面分布标示图可以知道分流孔1和5流速最快，直到铝合金流动到焊合室位置时，其流速还是过快。