分流组合模挤压过程数值模拟及模具优化设计

文章利用刚粘塑性有限元软件DEFORM-3D对分流组合模挤压小直径薄壁纯铝圆管过程进行了三维有限元模拟,得出了模具焊合室深度以及工作带长度对挤压力、应力应变、模具应力等物理场量的影响规律,从而对模具结构参数进行优化。模拟结果表明,分流模上模应力集中主要分布在分流桥和模芯部位,下模应力集中分布在工作带附近和焊合室圆角过渡区,焊合室深度和工作带长度对产品质量有很大影响。通过试验得知,加大焊合室深度和工作带长度,可提高产品焊缝强度和表面质量。     

分流桥宽度对挤压成形的影响及模具应力分析

针对铝型材分流组合模中分流桥的宽度对挤压成形的影响,采用Deform-3D有限元软件对15,20,25 mm这3种不同分流桥宽度下的3003铝合金圆管挤压过程进行数值模拟,得到了挤压力、应力等物理场量的变化规律。模拟结果表明,分流桥宽度为25 mm时,应力分布最均匀,流速均衡性最好;20 mm时,模具的应力集中分布区域最小。模拟结果为模具结构的合理设计提供理论指导。     

平面分流组合模三维实体造型与有限元分析

以有限元软件ANSYS为工作平台,建立平面分流组合模的三维实体模型,在确定边界条件和工作载荷的基础上,对模具在挤压过程中的温度场和应力场进行了有限元计算。通过对计算结果进行分析,发现在模桥与模芯相接处有较大的应力集中,与出现裂纹的位置相吻合,说明应力集中是模具桥裂的主要原因之一。这一结果与生产实际情况相吻合。     

平面分流组合模三维实体造型与有限元分析

以有限元软件ANSYS为工作平台,建立了平面分流组合模的三维实体模型,在确定边界条件和工作载荷的基础上,对模具在挤压过程中的温度场和应力场进行了有限元计算。通过对计算结果进行分析发现,在模桥与模芯相接处有较大的应力集中,与出现裂纹的位置相吻合,说明应力集中是模具桥裂的主要原因之一,这一结果与生产实际情况相吻合。     

分流组合模的数值分析及优化设计

文章针对实际生产中铝型材热挤压模具的失效问题进行数值模拟。通过模拟结果的分析,找到模具产生裂纹的主要原因是应力集中。对模具的分流比和焊合角进行优化并再次模拟,发现分流模的最大应力大大降低。校核模具优化后的强度,得出了合理的模具结构参数。     

突缘叉锻造成形预应力组合模具改进

在突缘叉锻造成形过程中,上模模腔底部容易开裂,导致锻件出毛刺,增加生产风险。利用Deform软件分析了突缘叉锻造成形过程的金属流动规律和模腔开裂原因。结果表明:模腔凸台在冲击载荷下出现应力集中并导致模具断裂失效。通过在模具上添加预应力环以抵消模具所受冲击载荷、降低模具应力,并利用Solid Works软件计算了预应力。优化结果表明:采用组合模具结构时,模具与应力环最大预应力分别为480和420 MPa,均处于安全范围内。模具原始开裂位置应力降低了约950 MPa,生产过程中,模具始开裂前锻件的产量由200件左右提高到2700件左右。     

冷锻模具应力集中的研究

应力集中往往是引起模具破坏的主要原因,以往都根据经验处理这类问题,无法进行定量分析。随着电子计算机技术的发展,研究这类问题有了有效的数值计算方法——有限元法。本文用有限元法计算了沿锻模内壁轮廓线的应力分布规律以及各种因素(圆角半径的大小、毛坯高度、凹模深度)对应力集中的影响。为模具设计提供了理论依据。文中提供的有限元计算公式和用FORTRAN语言编制的一套计算机源程序,可进行同类模具的计算工作;同时,可算出组合凹模的最佳过盈量,以及不同过盈量时沿模具内壁尺寸的变化。     

在分流组合模中使用浮动芯头套挤压管工艺试验

本文探讨了在分流组合模中使用浮动芯头套挤压铝管的有关工艺。结果表明,采用带有浮动芯头套的分流组合模挤压铝管,不仅比常规的固定芯头分流组合模具有明显的自动纠正管壁偏心效果,而且对于防止分流组合模的模芯根部断裂以及实现用分流组合模挤压铝管的模具结构轻型化、系列化均有较好的作用。     

基于Deform 3D的方管挤压模模桥结构优化研究

用于挤压空心型材的分流模较平模更易失效,其失效原因多为分流桥断裂引起的。分析了蝶形模和半球状分流模两种改进型分流模的特点,设计出一种拱形分流桥结构,并采用Deform 3D软件对拱形桥分流模挤压过程进行分析。结果表明,与传统分流模相比,采用拱形桥结构可以减小坯料对模桥的冲击,使最大挤压载荷降低11.1%。通过改善模桥的应力分布和应力集中情况,使最大等效应力降低32.2%,有效减小了模桥的开裂失效倾向。     

新型复合SPD模具应力有限元分析及结构优化

采用商用有限元软件DEFORM-3D对复合SPD (大塑性变形)新工艺——等通道球形转角膨胀挤压(ECAEE-SC)变形过程及模具应力进行了数值模拟。通过变形过程与模具应力分析,综合考虑实际模具结构、模具工作条件等因素,对模具进行了失效分析。结果表明,竖直通道与球形转角过渡圆角处应力集中最显著,与实际上半凹模裂纹源位置一致;凸模头部应力集中及偏载导致未约束的尾部发生失稳,两者都与竖直通道内坯料受反向膨胀力而发生镦粗变形有关。另外,涂覆润滑剂产生的冷热循环热应力也是导致模具早期失效的一个原因。采用预应力组合凹模和凹槽过盈卡配凸模,可以有效解决模具早期失效的问题。     

基于DEFORM的飞壳内棘齿冷挤压凹模设计

采用有限元软件DEFORM_3D模拟飞壳内棘齿冷挤压成形过程,根据对单层凹模应力分析得到的结果设计了棘齿冷挤压成形的双层组合凹模,并通过对预应力组合凹模数值模拟分析,获得内棘齿成形条件下的挤压模具应力应变分布,得出组合凹模的最大等效应力比整体式凹模的低得多,模具强度得到了较大提高,最终合理设计了模具。     

精冲凸模根部断裂的失效分析

利用扫描电镜对精冲凸模的断口进行微观分析,借助有限元软件对模具进行计算,得到凸模上的应力分布情况。结果表明:凸模根部为脆性疲劳断裂,螺纹孔处的应力集中导致该螺钉固定式凸模发生断裂。     

H13热作模具钢失效分析及工艺改进

结合实际生产针对H13热作模具钢分流桥根部过早出现开裂的现象进行研究,利用DeForm-3D有限元模拟软件对分流组合模的挤出过程进行数值模拟,研究了模具不同工作带长度对模具的应力场、金属流动均匀性的影响规律。研究发现,当工作带长度为6 mm、焊合室深度为12 mm时,分流桥根部等效应力最小且应力分布较均匀,坯料在下模工作带出口处的流速也较均匀。研究成果为铝型材热挤出成型用H13钢的模具合理设计提供了有效的理论参数。     

基于FEM的铝型材分流焊合挤压过程数值模拟

铝型材的分流焊合挤压相对于其它传统的挤压方法,在生产中空型的管类型材时具有非常大的优势.本文基于FEM方法,利用DEORM-3D对薄壁铝合金圆管型材进行了从分流-焊合-挤出成形的全过程模拟.得到了挤压过程中的网格变形图和行程载荷曲线.同时针对分流模变形抗力大的特点,进行了模具的受力变形分析,对挤压过程中模具可能出现的失效进行预测.模具应力分析结果表明,分流孔及其模芯处变形量大,应力集中明显,容易磨损,设计模具时应重点考虑这些部分,以提高模具寿命.其模拟结果为模具设计和工艺参数选择提供理论依据.     

阀螺钉冷挤压凸模断裂失效分析

针对阀螺钉冷挤压成形时出现的凸模断裂问题,通过对断口的宏观观察,发现有疲劳特征。运用Deform2D/3D对模具的模拟显示凸模台阶圆角过渡处应力集中,等效应力2 930 MPa,超过凸模材料抗弯强度(2 500 MPa),是模具在此部分发生脆性折断的重要原因。为避免凸模阶梯圆角处应力集中,采用组合凸模的设计方法。数值模拟显示,组合凸模在工作时无应力集中。根据改进后的凸模设计方案进行实验,对实验中出现的孔成形凸模硬度不足问题,确定了成形孔的凸模硬度应达到62 HRC,有效的解决了生产中凸模早期失效的问题。     

分流组合模挤压铝合金口琴管的数值模拟

采用刚粘塑性有限元法,在DEFORM-3D有限元商业软件上成功实现了铝合金口琴管分流组合模挤压过程的三维数值模拟,获得了分流组合模挤压过程中材料的流动规律,挤压力、应力场、应变场和温度场的分布,以及模具出口处金属流速的分布情况。通过数值模拟发现,型材出口流速不均匀,造成端面不齐,对此,提出了模具修改方案,通过调节模具工作带的长度,实现了型材挤压出口流速均匀的目的,从而保障了型材的产品质量。模拟结果为模具的优化设计及工艺参数的选取提供了理论参考。     

变薄拉深模具的改良设计

因设计安装在第四步工序的变薄拉深模具失效（主要表现在凸模应力集中处断裂、触点保护开关无法检测）,造成模具及传送机械手严重损坏。通过对模具结构的分析,提出了将凸模加工成整体、应力集中处在距离拉深零件稍高地方的改良方案。改良后的模具效果明显,不但改变了凸模的断裂位置,还由于加大了应力集中处的截面积,增加了抵抗各种应力的强度,提高了凸模的使用寿命。拉深次数从原来的四、五十万次提高到二、三百万次,同时也减少了关联工序的模具损坏。     

分流组合模挤压的有限元模拟与模具设计评价

为探讨分流组合模挤压成形规律,选择分流孔内斜度、外斜度、焊合室高度和工作带长度为变量设计了9副模具,提出了模具设计的无量纲单指标评价因子和综合评价函数,用DEFORM_3D软件实现了分流组合模挤压铝管材的有限元模拟,获得了挤压材料焊合面上的静水压应力场、等效应变场和模具峰值应力,进而对模具设计评价指标进行了极差分析,得到了最优模具设计,模拟分析结果与试验数据吻合良好。研究表明:分流组合模焊合室高度H与工作带长度L的比值对综合评价函数影响很大,应作为设计变量。     

冷镦螺栓凹模的结构设计

冷镦圆头凹模是冷镦螺栓生产过程中的关键模具。试验发现，整体凹模在冷镦过程中受三向拉应力作用，极易发生开裂而造成早期失效。为消除应力集中，以3层套圈组合结构代替整体凹模，在结构上采用两种形式，并给出确定组合凹模几何参数的两种方法，最后提出用组合模具结构代替整体模具结构的设计原则，使冷镦螺栓凹模达到较高寿命。     

蝶形模具挤压过程的数值模拟

在Simufact9.0软件平台上,采用基于Euler网格描述的有限体积法,对蝶形模具非稳态挤压过程进行数值模拟,并与传统模具进行对比.数值模拟结果表明:当采用蝶形模具挤压方型管材时,金属的流动及变形较传统模具挤压时的更加均匀,分流桥上端及焊合室的死区减小;挤压力曲线平稳,没有明显的突变,突破分流孔的挤压力较传统模的降低约72.2%,最大挤压力降低约17.3%;模具的等效应力分布更加均匀,最大等效应力降低约11.2%,模具的使用寿命提高,且分流桥的弹性变形减小,模芯的稳定性提高.