大宽厚比（异型）扁排金属流动规律研究及模具结构优化

摘要

铜连续挤压技术作为铝及铝合金连续挤压技术的延伸与发展，主要应用于各种工业电力传输用铜导电排，市场前景巨大。随着国内铜扁排连续挤压技术日益成熟，扁排产品逐渐倾向于材质的高强合金化和尺寸的两极化、形状的宽扁异型化。
　　其中连续挤压大宽厚比（异型）铜扁排关键技术难点在于：1）采用大扩展比组合式腔体结构实现大宽展变形；2）金属流动分布特点为：中间金属流速快，边部流速慢；3）挤压轮与坯料之间的摩擦为挤压驱动力，产品最大尺寸与挤压轮所能承受最大扭矩有关。其中金属流动的不均匀是导致“小截面、大宽厚比”（异型）铜扁线产品存在产品宽度受限、容易边裂，表面粗糙、易有色差，横向厚度超差、板形不良（波浪纹），组织、性能分布不均等一系列产品质量缺陷的总根源，与金属流动规律及腔体和模具结构息息相关。因此，迫切需要掌握大宽厚比扁排在腔体及模具中流动及热力场分布规律；明确模具结构对金属流动及挤压轮扭矩和模具载荷的影响机理，进而获得腔体结构尺寸参数最优值及模具结构最优化结果，为生产实践提供理论依据。
　　论文的主要研究工作和研究成果如下：
　　（1）对连续挤压大宽厚比扁排进行有限元数值模拟，模拟结果：金属中间流速快，边部流速慢，模具出口处金属流速差达到24mm/s。中间与边部之间部位应变达到最大值为8.68。
　　（2）大扩展比组合式腔体采用中间宽、两边窄的结构，有利于阻碍中间金属流动达到流速均匀的目的。采用正交设计试验分析扩展腔中间宽度H、边部宽度h、扩展腔中间部位长度l对SDV的影响，得出最优腔体结构为：l=62mm，H=40mm，h=24mm；利用方差分析得各因素对SDV值影响的主、次顺序是H>l>h。
　　（3）模具结构两要素为：定径带及阻流角。其中各宽厚比扁排模具定径带长度为7mm时，效果最佳；采用梯形不等长定径带结构更有利于金属流动的均匀性。在模具入口处增加3o～15o的阻流角，模拟结果显示随着阻流角的增大，金属流速均方差先增大后减小，腔体及模具载荷逐渐降低，可提高模具使用寿命，阻流角为5o时，效果最佳。
　　（4）采用有限元模拟梯形排连续挤压过程，产品厚的部位金属流速更快，薄的部位金属流速慢，两者之间的速度差可达80mm/s，极易出现产品薄的部位难成形等质量问题。通过调整模孔工作带长度，增加阻流角后，模具应力集中情况明显减小，流速差减至40mm/s。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 连续挤压技术

1.3 连续挤压铜扁排技术

1.4 研究内容及目标

第二章 课题研究方案及设计

2.1 研究方案

2.2 实验设计

2.3 有限元模型的建立

第三章 大宽厚比扁排连续挤压变形物理场研究

3.1 金属流动规律

3.2 应力场分布

3.3 应变场分布

3.4 温度场分布

3.5 挤压轮扭矩—步数曲线

3.6 本章小结

第四章 大扩展比组合式腔体对扁排金属流动的影响

4.1 扩展模结构对扁排成形的影响

4.2 定径带长度

4.3 阻流角

4.4 本章小结

第五章 大宽厚比异型排金属流动规律研究及模具

5.1 连续挤压异型排技术

5.2 模拟结果分析

5.3 模具结构优化

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果