薄壁铝合金型材稳态挤压模拟分析和实验验证

1、第卷第期年月烟台大学学报（自然科学与工程版）（）文章编号：（）矿。、应用技术弋。一薄壁铝合金型材稳态挤压模拟分析和实验验证刘鹏”，谢水生，程磊，黄国杰，和优峰，付矗（北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室，北京；烟台大学机电汽车工程学院，山东烟台）摘要：采用软件模拟了薄壁铝合金型材的稳态挤压过程模拟结果显示型材的中心部位向上翘起，这是由于出口流动速度图中区域的挤出速度明显快于其他区域导致的随后的实验验证表明型材的中心部位确有向上翘起现象，测量结果表明试模实验挤出的型材平面度超差，属不合格产品，这证明模拟结果是准确的软件能够比较准确的预测挤压过程中型材各部位的流速和变形，这对于在

2、早期设计阶段就能修正模具缺陷是至关重要的关键词：数值模拟；有限元；软件；挤压模具；铝合金型材中图分类号：文献标识码：薄壁铝合金型材在航空、航天、汽车、建筑、电气、化工、机械制造等行业中有着广泛的应用生产中，如果铝合金型材的挤压模具设计不好，型材会产生扭拧、翘曲、刀弯等很多缺陷模具设计人员必须保证挤出型材的变形在图纸规定的公差范围以内，因此挤出型材在模具出口处必须有均匀的流动速度在实际生产中，出口流速控制通常依靠设计人员的经验和反复试模修模的方法解决但这种传统工艺费钱、费时、费力，有的模具由于设计上有缺陷而很难修好，只能报废，有的模具要经过数十次的试模修模才能正常使用这种传统方法很难适应现代工业

3、对缩短产品开发周期和降低生产成本的要求如今，这一难题有望利用现代的数值模拟技术得到解决，数值模拟可以获得型材挤压变形过程、材料流经模具各点的应力应变状态、流速分布、温度分布等实际生产不能获得的数据通过对模拟结果的分析，设计者可以在产品制造之前纠正原始设计中的缺陷，避免实际挤压过程中的各种缺陷，这已经成为现代挤压型材模具设计的重要手段近年来发表的论文中，采用有限元法模拟铝型材挤压过程的论文很多¨。有限元法模拟挤压过程已取得可喜的成功，但在挤压生产中的应用还有很大不足，目前流行的挤压软件一、等，只能模拟非常简单、对称度高的型材，对生产中大多数复杂型材都无法模拟公司家族中的软件是一款全新的

4、模拟软件，是专为分析验证挤压模具设计、模拟挤压过程开发的挤压专用软件，目前在国内尚处于应用早期阶段本文对薄壁铝合金型材的模拟采用软件完成，随后进行了实验验证，证明该软件的模拟收稿日期：基金项目：“十一五”国家科技支撑计划（）；山东省科技发展计；慰（）；山东省优秀中青年科学家科研奖励基金（）作者简介：刘鹏（一），男，山东烟台人，讲师，博士研究生，主要从事铝挤压、数值模拟研究万方数据烟台大学学报（自然科学与工程版）第卷结果准确，这为模拟大型复杂截面铝合金型材找到了切实可行的方法模具设计和挤压参数模具外型所设计的薄壁实心铝合金型材挤压模具上设有导流室、工作带和出口空刀，如图所示挤压的主要组件装配关系

5、如图所示模具的三维模型先由软件设计完成，然后用文件导入到软件中进行前处理所设计铝型材的外形及主要尺寸如图所示（）主视图（）后视图图模具的三维模型沁、：÷模乒多多多多弋一心篱图挤压各组件的装配图图铝型材的外形尺寸模拟参数模拟中采用的铝合金为铝，挤压模具材料为钢，种材料的有关参数如表所示，模拟挤压工艺参数如表所示工作带处采用的摩万方数据擦模型为模型，摩擦系数取，这一模型适用于模拟工作带处的热变形过程模具与型材接触的前端面、导流室壁面等其他表面采用粘着模型，即与模具表面接触的铝金属完全粘着在模具表面没有相对流动型材工作带处的网格尺寸为，保证壁厚方向至少有层网格其他位置的网格尺寸介于之间距离

6、工作带越远，网格的尺寸越大，如图所示，网格总数为万表铝和钢的性能参数表模拟挤压工艺参数坯料长度啪坯料直径粥坯料温度伽模具温度。伽工作带网格尺寸咙其他网格尺寸舢挤压垫速度“ 图划分的坯料网格模拟结果经工作站计算后，得到了型材的稳态挤压结果型材的挤压变形如图所示，型材截第期刘鹏，等：薄壁铝合金型材稳态挤压模拟分析和实验验证面的挤出速度如图所示，稳态挤压的应力分布如图所示从型材变形的前端可以看出，型材的中间部分向上翘起，这是由于图中区域的挤出速度明显快于其他区域，加上薄壁型材抵抗向变形的能力较差，导致型材的中间部分向上翘起，如图所示图型材变形图图型材出口流动速度图图稳态挤压的应用力分布图诅实验结果为

7、了验证模拟结果的正确性，我们按设计图纸试制了一套模具，然后在卧式挤压机上进行挤压试验试模后，所得型材变形照片如图所示从图中，明显可以看出型材的中部向上翘起，型材的上平面与角尺之间，呈现两边大中间小的间隙试模实验挤出的型材平面度超差，属不合格产品，必须在随后的修模工序中及时修正变形，直至将型材凸起的高度控制在图纸要求的公万方数据差范围以内，方属合格产品实验结果证明，软件所得模拟结果是正确的，模拟结果准确的预测了挤压生产中型材各部位的流速和变形，这对于在早期设计阶段就能修正模具缺陷是至关莺要的对模具设计缺陷的准确预测将改变反复试模修模的传统工艺，用数字试模取而代之，变技艺为科学，为企业缩短产品开发

8、周期、降低生产成本、提升市场竞争力提供了切实可行的解决方案图试模实验的型材变形照片结论（）采用软件模拟了薄壁铝合金型材的挤压过程模拟结果显示图中区域的材料流动速度显著快于其他区域，从而导致型材如图所示的变形（）采用卧式挤压机进行了试模试验，所得型材中间向上翘起，如图所示试模结果证明软件所得模拟结果是正确的，模拟结果准确的预测了实际生产中出现的产品缺陷参考文献：，西嚏，：，：，（）：， 烟台大学学报（自然科学与工程版），第卷，：，：，。，：，：，：一，（，；，）：，：；（责任编辑柳瑞雪）万方数据 薄壁铝合金型材稳态挤压模拟分析和实验验证作者：作者单位：刘鹏， 谢水生， 程磊， 黄国杰， 和优峰，

9、 付垚， LIU Peng， XIE Shui-sheng，CHENG Lei， HUANG Guo-jie， HE You-feng， FU Yao刘鹏,LIU Peng(北京有色金属研究总院,有色金属材料制备加工国家重点实验室,北京,100088;烟台大学,机电汽车工程学院,山东,烟台,264005， 谢水生,程磊,黄国杰,和优峰,付垚,XIE Shui-sheng,CHENG Lei,HUANG Guo-jie,HE You-feng,FU Yao(北京有色金属研究总院,有色金属材料制备加工国家重点实验室,北京,100088烟台大学学报(自然科学与工程版JOURNAL OF YANTAI

10、 UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE AND ENGINEERING EDITION2010,23(3刊名：英文刊名：年，卷(期：参考文献(8条1. Cheng Lei;Xie Shui-sheng;HUANG Guo-jie Multi-stage finite element simulation of porthole dieextrusion process 20082. Kayser T;Parvizian F;Hortig C Advances on extrusion technology and simulation of light alloys 20083

11、. Gang Fang;Jie Zhou;Jurek Duszczyk Extrusion of 7075 aluminium alloy through double-pocket dies tomanufacture a complex profile 20094. Cheng Lei;Xie Shui-sheng;HUANG Guo-jie Non-steady FE analysis on porthole dies extrusion ofaluminum harmonica-shaped tube外文期刊 20075. Wu X H;Zhao G Q;Ma X W Numerical simulation and die structure optimization of an aluminiumrectangular hollow pipe extrusion process 20066. Li F;Yuan S J;Liu G Study of the metal flow behavior during extruding with inner cone punch2006(037. Li Feng;Yuan S J;Liu G Rese