薄壁大挤压比铝型材挤压数值模拟及虚拟试模研究

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1、中南大学硕士学位论文摘要本文作者结合云南省科技厅项目(编号2003uAB05A050)，选取云南铝业股份有限公司当前铝型材生产中，试模次数较多、挤压成形较困难的薄壁复杂实心型材X5214和空心型材1633B为挤压模具设计研究对象，通过比较有限元法和有限体积法在数值模拟中的优劣，采用有限单元法与有限体积法相结合，并在有限体积法中再分步的数值模拟方法，实现薄壁大挤压比(平模挤压比L>60，分流组合模挤压比L>40，壁厚t<2mm)铝型材挤压过程的数值模拟。利用本数值模拟方法研究了X5214平模挤压时导流腔形状对金属流动的影响、挤压速度与挤压温度的相互影响关系，并对设计的模具进行了虚拟试模

2、和模具参数修改。同时，进行了挤压速度、挤压温度和型材表面质量等之间影响的试验研究。数值模拟结果与试验研究结果的比较表明本数值模拟方法是可行的。最后在生产现场对经虚拟试模后的8套挤压模具进行了生产试模。通过铝型材挤压过程数值模拟和试验研究，取得了以下成果：(1)通过采用有限元法与有限体积法结合及解决相关技术关键，在MSC．Superforge平台上建立了一套大挤压比铝型材挤压数值模拟方法；(2)采用上述数值模拟方法，首次在微机上实现薄壁大挤压比铝型材挤压过程数值模拟，挤压比达到98．3，壁厚为lmm；获得了薄壁大挤压比铝型材导流腔平模和分流组合模挤压过程的金属流动、应力应变和温度变化规

3、律，进一步探明了挤压速度与挤压温度的影响关系：(3)通过Gleeble．1500热力模拟试验机上热压缩实验，获得6063铝合金在温度为250．500℃，应变速率为5．30S以条件下的流变曲线，建立了6063铝合金材料数据库；(4)获得了合理的挤压模具形状与结构以及有关挤压工艺参数；(5)进行试模的8套模具一次试模成功率达到75％，经简单修模后，均挤出了合格型材产品。关键词铝型材挤压模具，大挤压比，有限元法，有限体积法，分步数值模拟中南大学硕士学位论文abstractABSTRACTThisinvestigationissupportedbytheproject(NO．2003uAB0

4、5A050)oftheScienceandTbchnologyCommitteeofYunnanProvince．Twotypes’complexthin—walledaluminumprofiles，solidprofileX5214andhollowprofile1633B，wereresearchedandtheprofileextrusiondiesweredesigned．BasedontheshortcominganalysisofFiniteElementMethod(FEMlandFiniteVolumeMethod(FVM)insimulatingthin．wall

5、edaluminumprofileextrusionwithlargeextrusionratio，amulti-stagesimulationtechnologywasproposed．Witllthemulti—stagesimulationtechnology,thesimulationofthin-walledaluminumprofileextrusionwithlargeextrusionratiowasachievedsuccessfully．Thentheexperimentalresearchonstudyingmutualinfluenceofextrusionv

6、elocity,temperatureandprofilesurfacequalitywasperformed．ThecomparisonofexperimentalresultsandnumericalsimulationresultstestifiesthatthenumericalsimulationiSpractical．Finally,eightsetsofextrusiondiesweretestedwithvirmalextrusionandusedexperimentallyinextrusionproceses．ThroughnumericaIsimulations

7、andexperiments，themainconclusionsareobtainedasfollows：(1)BasedontheMSC．Superforgeplatform，amulti·stagesimulationtechnologyiSdevelopedtosimulatealuminumprofileextrusionprocesswithlargeextrusionratiobyintegratingFEMandFVM．Keytechnol