1、 精編范文 雙錐薄壁鋁合金件熱擠壓模擬探討溫馨提示：本文是筆者精心整理編制而成，有很強(qiáng)的的實(shí)用性和參考性，下載完成后可以直接編輯，并根據(jù)自己的需求進(jìn)行修改套用。雙錐薄壁鋁合金件熱擠壓模擬探討 本文關(guān)鍵詞：薄壁, 擠壓, 鋁合金, 探討, 模擬雙錐薄壁鋁合金件熱擠壓模擬探討 本文簡介：摘要：用機(jī)械切削法制造鋁合金雙錐薄壁零件, 材料浪費(fèi)嚴(yán)重、生產(chǎn)效率低。本文采用熱擠壓對(duì)其成形。借助Deform-3D軟件對(duì)擠壓過程進(jìn)行了數(shù)值模擬, 分析了不同形狀與尺寸的坯料對(duì)擠壓載荷、等效應(yīng)變分布的影響。利用模擬結(jié)果設(shè)計(jì)的模具與坯料進(jìn)行了實(shí)際成形試驗(yàn)。結(jié)果表明, 管狀坯料為最佳的擠壓坯料, 熱擠壓可獲得完雙錐薄壁

2、鋁合金件熱擠壓模擬探討 本文內(nèi)容：摘要：用機(jī)械切削法制造鋁合金雙錐薄壁零件, 材料浪費(fèi)嚴(yán)重、生產(chǎn)效率低。本文采用熱擠壓對(duì)其成形。借助Deform-3D軟件對(duì)擠壓過程進(jìn)行了數(shù)值模擬, 分析了不同形狀與尺寸的坯料對(duì)擠壓載荷、等效應(yīng)變分布的影響。利用模擬結(jié)果設(shè)計(jì)的模具與坯料進(jìn)行了實(shí)際成形試驗(yàn)。結(jié)果表明, 管狀坯料為最佳的擠壓坯料, 熱擠壓可獲得完好的鋁合金雙錐薄壁件。關(guān)鍵詞：鋁合金；擠壓成形；數(shù)值模擬；等效應(yīng)變鋁和鋁合金材料具有一系列的優(yōu)良特性, 如良好的成形性能、力學(xué)性能、物理性能以及工藝性能1。對(duì)于雙錐薄壁零件, 由于其服役須具有一定的強(qiáng)度要求, 所以使用7A04鋁合金。7A04屬Al-Zn-M

3、g-Cu系鋁合金, 是一種可熱處理強(qiáng)化的超強(qiáng)鋁合金, 有良好的鍛造性能2-3。另外, 利用機(jī)械加工方法生產(chǎn)零件時(shí), 會(huì)造成材料的浪費(fèi), 并且影響生產(chǎn)效率, 難以滿足大批量生產(chǎn)的需要4, 所以選擇熱擠壓成形, 不僅節(jié)省了材料, 而且降低了生產(chǎn)成本5。擠壓成形是最重要的壓力加工方法之一6。本文使用Deform-3D軟件模擬各種雙錐形薄壁鋁合金零件的毛坯形狀的成形過程, 并預(yù)測成形結(jié)果。通過分析其擠壓載荷隨變形位移的變化曲線以及坯料的等效應(yīng)變分布來確定最佳的坯料。1模型的建立和模擬條件的設(shè)置1.1模型的建立雙錐薄壁鋁合金零件及其尺寸如圖1所示。該零件的成形難點(diǎn)在于：底部圓臺(tái)和頂部圓環(huán)與中間的錐壁過渡

4、性較差, 尺寸有一定差異, 所以在它們的接觸處容易出現(xiàn)金屬填充不完全, 金屬流動(dòng)不均勻等情況, 造成缺陷。另外, 兩個(gè)傾斜的錐壁厚度僅有3.5mm, 在擠壓成形后期需要較大載荷。文獻(xiàn)7研究表明, 設(shè)計(jì)合理的坯料形狀不僅可以改善零件的成形, 使組織更加均勻, 而且可以提高零件的力學(xué)性能。對(duì)于雙錐薄壁零件, 根據(jù)其形狀特征, 通過Pro/E軟件計(jì)算后, 初步確定三種坯料：內(nèi)徑31mm、外徑55mm、高56.7mm的管狀坯料；直徑55mm、高38.7mm的圓柱坯料；內(nèi)徑15.24mm、外徑81mm、厚18.5mm的圓環(huán)坯料。然后將用Pro/E繪制的模具與坯料的三維圖形以STL格式導(dǎo)入Deform-3

5、D中。為了提高效率, 選取模型的1/6作為研究對(duì)象即可, 但須設(shè)定好對(duì)稱面。各個(gè)方案最終的模型圖如圖2所示。1.2模擬條件的設(shè)置采用等溫?cái)D壓成形, 擠壓溫度485, 壓頭下壓速度5mm/s, 摩擦系數(shù)0.2。對(duì)坯料進(jìn)行網(wǎng)格劃分, 最小單元尺寸0.6mm, 最大尺寸比3, 步長為0.2mm。對(duì)參數(shù)檢查無誤后, 即可運(yùn)行軟件進(jìn)行計(jì)算并得到結(jié)果。2模擬結(jié)果與分析2.1擠壓力比較分析采用Deform-3D軟件可以得到模具在變形工件上所施加的載荷大小8。采用不同形狀的坯料進(jìn)行數(shù)值模擬后得到的擠壓載荷隨變形位移的變化曲線如圖3所示。由圖可知, 在擠壓初期, 三種坯料隨著上模向下運(yùn)動(dòng)時(shí), 由于擠壓剛開始,

6、還有很多空間可供坯料流動(dòng), 所以載荷增加的都很緩慢。隨著擠壓過程的進(jìn)行, 圓環(huán)狀坯料和管狀坯料的金屬流動(dòng)方向出現(xiàn)分界線, 此時(shí)它們的擠壓載荷隨變形位移的變化曲線出現(xiàn)略微波動(dòng), 當(dāng)擠壓過程進(jìn)行到上部圓環(huán)被坯料填滿時(shí), 載荷開始快速增大, 然后再開始填充下端圓臺(tái), 此時(shí)由于圓臺(tái)與壁部呈90臺(tái)階過渡, 有較大尺寸差異, 并且摩擦?xí)顾苄宰冃卫щy, 所以載荷不僅快速增大并且伴有較為劇烈的波動(dòng)。最終, 坯料填滿圓臺(tái)部位, 載荷達(dá)到最大值, 擠壓結(jié)束。圓柱狀坯料受到擠壓時(shí), 會(huì)先填充下部圓臺(tái), 所以在坯料受擠壓開始填充下部圓臺(tái)時(shí), 金屬流動(dòng)方向會(huì)發(fā)生改變, 坯料金屬由向下流動(dòng)變?yōu)橄蛏狭鲃?dòng), 正擠壓變?yōu)榉磾D

7、壓, 載荷也逐漸增大。當(dāng)擠壓過程進(jìn)行到坯料開始填充上部圓環(huán)時(shí), 由于上部圓環(huán)與上錐壁之間有尺寸差異, 所以載荷的增加會(huì)有一定的波動(dòng)。最終, 坯料填滿圓環(huán)部位, 載荷達(dá)到最大值, 擠壓結(jié)束。由于反擠壓所需要的載荷大于正擠壓, 所以圓柱坯料成形所需要的載荷在理論上大于圓環(huán)坯料和管狀坯料所需要的載荷。由圖可以看出, 管狀坯料成形所需的載荷為2021kN, 圓環(huán)坯料成形所需的載荷為2058kN, 圓柱坯料成形所需的載荷為2205kN。所以, 管狀所需載荷最小, 分別比圓環(huán)、圓柱坯料小39、86kN, 對(duì)設(shè)備要求最低。2.2等效應(yīng)變對(duì)比分析圖4為不同坯料成形的零件等效應(yīng)變分布圖。由圖可知, 三種坯料成形

8、后等效應(yīng)變分布的規(guī)律大致相同, 上錐壁處等效應(yīng)變較小, 下錐壁處等效應(yīng)變較上錐壁略大, 而等效應(yīng)變最大的區(qū)域都是底部空心圓臺(tái)的臺(tái)階處和上端圓環(huán)頂部的內(nèi)邊緣?？傮w來說, 圓環(huán)坯料和圓柱坯料的等效應(yīng)變的大小和最大等效應(yīng)變的分布面積均大于管狀坯料, 圓柱坯料的最大等效應(yīng)變達(dá)到了15.3, 而管狀坯料的最大等效應(yīng)變?yōu)?0.4, 最小等效應(yīng)變僅為1.17。所以, 采用圓柱坯料成形時(shí), 成形后的零件具有很大的等效應(yīng)變, 組織不均勻, 在后期的加工中可能會(huì)出現(xiàn)裂紋等缺陷, 影響零件的性能。而采用管狀坯料成形時(shí), 零件變形均勻, 等效應(yīng)變整體低。因此, 管狀坯料更好。3零件試制選用H13耐熱模具鋼作為模具材料

9、, FS32-160四柱式液壓機(jī)作為擠壓設(shè)備, GY11-23箱式工業(yè)電阻爐作為模具與坯料的預(yù)熱設(shè)備對(duì)零件進(jìn)行試制。試制得到的零件如圖5所示。零件表面較為光滑, 成型度好。4結(jié)論（1）管狀坯料高度最高, 截面積最小, 最接近零件形狀, 整個(gè)成形過程最平穩(wěn), 成形效果最好；圓柱坯料與圓環(huán)坯料高度較小, 截面積較大, 對(duì)成形效果有一定影響。（2）圓柱坯料在成形過程中以反擠壓方式成形圓錐壁, 其擠壓力最大；管狀坯料和圓環(huán)坯料在成形過程中, 底端空心圓臺(tái)為最后成形部分, 成形過程較為均勻、平緩。管狀坯料所需擠壓力最小, 分別比圓環(huán)、圓柱坯料小39、86kN。（3）由等效應(yīng)變分布圖可知, 底部空心圓臺(tái)拐角處和上端圓環(huán)邊緣處的等效應(yīng)變較大, 但管狀坯料變形最均勻, 整體等效應(yīng)變最低。（4）零件試制表明, 用管狀坯料進(jìn)行熱擠壓, 更易于獲得完整的鋁合金雙錐薄壁零件。作者