多孔微通道铝扁管正向挤压成形工艺与模具优化

摘要

多孔微通道铝扁管是汽车空调冷凝器上的关键零件，随着对换热效率的要求越来越高，设计扁管时孔数越来越多壁厚越来越薄，相应地成形越来越困难。本文针对的研究对象是重庆某公司生产的多孔微通道铝扁管，其主要问题是尺寸不稳定以及扁管筋部易弯曲。本研究基于此开展了多孔微通道铝扁管正向挤压工艺和模具的研究，主要研究工作如下：
　　①首先通过基于ALE算法的挤压专用软件HyperXtrude对多孔微通道铝扁管正向挤压中的材料流动进行分析，发现截面速度不均是导致筋部弯曲的主要原因。
　　②通过CCD实验设计法研究坯料加热温度、挤压筒加热温度、模具加热温度和挤压速度对下模工作带出口处扁管截面速度均方差和模具最大应力的影响，并拟合其响应面模型。通过响应面法计算得到最优挤压工艺参数为坯料加热温度517.5℃，挤压筒加热温度432.5℃，模具加热温度525℃，挤压速度1.1mm/s。
　　③研究芯部台阶高度对多孔微通道铝扁管正向挤压过程中模具应力的影响。发现随着芯部台阶高度增加，上模芯部应力降低，芯部台阶应力增加；最终确定将芯部台阶高度由1mm增加至2mm，从而显著降低模具最大应力，减小了模具断齿风险。
　　④提出增加二级焊合室的方法减小下模工作带出口处扁管截面速度的不均匀性。通过BP神经网络拟合二级焊合室结构参数与下模工作带出口处扁管截面速度均方差的映射关系，再通过遗传算法获得最优二级焊合室长度Y为0.85mm，高度H为0.55mm。
　　⑤基于HyperXtrude软件模拟分析发现，通过上述优化方法，使模具出口处扁管截面Y向速度均方差减少了76.9％，Z向速度均方差降低了19%，模具最大应力降低至1332MPa。
　　⑥开展了多孔微通道铝扁管正向挤压实验，实验结果与模拟结果较吻合；检测了扁管机械性能和微观组织均符合要求。
　　本文基于 HyperXtrude有限元分析软件对多孔微通道铝扁管正向挤压工艺和模具的进行优化，解决了某公司生产中所遇到的问题，具有一定的实际指导意义；同时文中所使用的响应面法、BP神经网络和遗传算法也可作为其他研究中预测、分析和优化的方法。

目录

封面

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 汽车空调冷凝器发展现状

1.3 多孔微通道铝扁管正向挤压成形国外研究现状

1.4 多孔微通道铝扁管正向挤压成形国内研究现状

1.5 本文的研究意义

1.6 本文的主要研究内容

2 多孔微通道铝扁管正向挤压成形数值模拟

2.1 引言

2.2 铝型材挤压数值模拟法

2.3 任意拉格朗日-欧拉方法理论基础介绍

2.4 有限元软件HyperXtrude 简介

2.5 多孔微通道铝扁管正向挤压成形数值模拟

2.6 数值模拟结果分析

2.7 本章小结

3 挤压工艺对多孔微通道铝扁管成形的影响

3.1 引言

3.2 基于响应面法的优化方法介绍

3.3 多孔微通道铝扁管正向挤压工艺实验设计方案

3.4 多孔微通道铝扁管正向挤压工艺影响规律分析

3.5 多孔微通道铝扁管正向挤压工艺优化

3.6 本章小结

4 挤压模具结构对多孔微通道铝扁管成形的影响

4.1 引言

4.2 模具芯部台阶高度对模具应力影响规律研究

4.3 二级焊合室优化方案

4.4 基于BP神经网络建立二级焊合室结构与流速关系模型

4.5 基于遗传算法的二级焊合室结构优化

4.6 优化结果分析

4.7 本章小结

5 多孔微通道铝扁管正向挤压实验验证

5.1 挤压实验验证

5.2 机械性能检测

5.3 微观组织观察

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文