门企铝型材挤压过程数值模拟及模具结构优化研究

摘要

铝合金材料具有比强度高、不易被腐蚀、易表面处理、密度小、高的回收利用性、导热性能好等优异性能，广泛应用在各行各业。在铝合金挤压工模具的设计中，采用传统的理论设计模具已无法满足铝合金挤压大型化、复杂化、精密化的发展趋势。而现今，采用数值模拟技术来研究挤压成形过程和优化模具结构已是主流。
　　门企是一种用在窗户和门框的铝型材。本研究以门企分流组合模为案例，采用有限元软件HyperXtrude，求解分析挤压稳态过程。模拟结果显示型材出口流速均匀，上模分流桥根部会产生应力集中，其平均最大等效应力为1543Mpa，超过了H13钢的屈服强度。在实际挤压生产中，上模分流桥根部会产生裂纹导致模具失效，此模拟结果与实际挤压结果一致，验证了模拟的可行性和准确性。同时分析了分流桥根部开裂的原因，由于上模进口芯部处金属“死区”区域过大，使得挤压突破压力较大；分流桥底部的“拐向设计”，导致桥根部横向两侧的变形不均匀，产生了应力差；而分流桥根部处在截面变化的区域，容易产生应力集中，导致分流桥根部开裂失效。
　　针对原始模具设计不足之处，本研究以降低挤压突破力和模具应力为目的，提出两种模具结构优化方案，即方案一——沉进口方案和方案二——蝴蝶桥方案，采用与原始方案同样的参数对两种方案进行有限元模拟，并与之对比，分析两种方案的结构优化效果。最后以方案一为算例，分析了不同挤压速度对挤压过程的影响。
　　根据模拟结果对比，得出优化方案一——沉进口方案的改善效果较好，其中挤压力降低了5.5％，分流桥根部的平均最大应力降低了9.1%，下模最大应力降低了20.7%。同时随着挤压速度的增加，型材出口流速SDV值、挤压力、模具变形、模具应力以及模具型材温度不断增大。此种模具结构对于提高模具寿命具有实际意义。

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1 绪论

1.1引言

1.2铝型材挤压概述

1.3平面分流组合模的设计

1.4铝型材挤压过程数值模拟研究现状

1.5本课题的研究目的、研究主要内容及课题的来源

2 基于HyperXtrude的铝合金分流挤压过程模拟

2.1引言

2.2 HyperXtrude软件

2.3有限元模型的建立

2.4模具数值模拟分析

2.5本章小结

3 模具结构优化设计及数值模拟分析

3.1引言

3.2上模进口处结构优化

3.3有限元模拟分析

3.4本章小结

4 挤压速度对挤压成形过程的影响

4.1引言

4.2型材出口流速变化

4.3挤压力变化

4.4模具变形量对比

4.5模具应力的变化

4.6型材与模具温度变化

4.7本章小结

5 总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献