反向挤压棒材的成型规律研究

摘要

本文以反向挤压铝棒材为研究对象,在参考了大量国内外文献的基础上,建立了考虑塑性功、摩擦生热、对流换热和热传导等多种边界条件的热-力耦合温度场的有限元模型。使用MSC-Superform有限元分析软件,选用刚塑性有限元法和平面轴对称单元,通过对2A11铝棒材反向挤压的数值模拟,结合影响挤压效果的各种因素,分析铝棒材反向挤压过程中金属的流动规律、应力与应变和温度场等情况,总结影响制品成形质量的原因等。主要研究成果如下:　　1.通过对正、反向挤压时的应变情况对比模拟,得到了反向挤压铝棒材成型过程中的金属变形流动规律:棒材中心的金属流动速度比边部的快,挤压速度越快,流速差越明显。无论是纵向或横向,金属的变形流动都比正向挤压时均匀。　　2.通过对正、反向挤压条件下的挤压力大小变化进行了模拟比较,得到了反向挤压时的挤压力的变化规律:反向挤压的单位挤压力最大值不是出现在突破阶段,而是出现在挤压快结束时的终了挤压阶段,即随着挤压过程进行,挤压力刚开始基本不变化,随后缓慢升高,在挤压结束时达到最大值。这种变化规律与正向挤压是相反的,只是挤压力上升速度比正向挤压的挤压力下降速度要缓慢得多。挤压相同制品时,反向挤压所需的最大挤压力小于正向挤压。　　3.通过分析应变模拟图和模面附近的法向应力图,得到了反向挤压过程中死区的位置及大小变化等规律:反向挤压时的死区范围很小,其面积、形状都不同于正挤压;挤压过程中死区大小几乎不变(正向挤压时逐渐在减小);死区面积随着挤压比λ的增大而略有增加。　　4.通过对反向挤压成型过程的温度场模拟,得到了其温度的变化规律:反向挤压时的温升较小,一般在30~60℃。挤压速度越慢,温升越小。有利于生产纵向组织性能均匀、尺寸均一的高精度制品。　　本文将CAD建模技术及有限元分析软件结合起来,运用于反向挤压生产工艺的设计与优化,建立了与生产实际更加接近的模型,模拟反向挤压的实际生产过程。因此,模拟计算的结果可以用于优化棒材反向挤压工艺参数,从而可以提高生产效率,并可获得组织、机械性能较为一致、表面质量良好的挤压制品,对实际生产起到一定的指导作用;本文得到的一些规律,对于反向挤压成型的理论研究也具有重要的参考价值。

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引 言

第一章 综 述

1.1 金属反向挤压技术的发展及研究概况

1.2 论文的研究的背景和意义

1.3 本课题研究的主要内容、思路及技术路线

1.4 本课题研究的主要创新点

第二章 反向挤压数值模拟的相关理论基础

2.1 挤压成型铝合金的组织和性能

2.2 铝合金的挤压变形

2.3 刚塑性有限元基本方程

2.4 本章小结

第三章 铝棒材反向挤压的热-力耦合场模型的建立

3.1 反向挤压铝合金棒材模型的建立

3.2 几何模型相关尺寸及工艺参数

3.3 铝棒材反向挤压的热-力耦合场模型的建立

3.4 铝棒材正向挤压的热-力耦合场模型的建立

3.5 本章小结

第四章 正、反向挤压铝棒材成型模拟结果及分析

4.1 不同挤压温度下的反向挤压模拟结果分析

4.2 不同挤压速度下的反向挤压模拟结果分析

4.3 反向挤压温度场模拟分析

4.4 不同模角情况下的反向挤压模拟结果分析

4.5 不同挤压比的反向挤压模拟结果分析

4.6 正向挤压模拟结果

4.8 本章小结

第五章 反向挤压棒材成型规律研究总结

5.1 金属变形规律

5.2 挤压力变化规律

5.3 死区的位置、大小等规律

5.4 温度场变化规律

结 论

参考文献

致谢