网格重构在铝合金空心型材分流模挤压过程数值模拟中的应用

采用作者等人开发的基于Deform-3D与Pro/Engineer的网格行重构技术,对典型大断面空心铝合金工业型材分流模挤压全过程(包括焊合过程)进行了模拟分析.结果表明,采用某企业的现行模具设计方案,挤压初始阶段,型材两侧焊合面率先产生焊合,中间部位焊合面的焊合相对滞后,导致挤出型材断面的中间位置金属流量不足,同时模芯出现弹性偏移,易造成壁厚超差;挤压稳态阶段,模孔附近型材的最高温度为520℃、焊合室内的静水压力约为A6005铝合金屈服强度的5～10倍、模芯弹性偏移量为0.43 mm,基本满足型材挤出温度、焊合质量及壁厚尺寸公差的要求.     

铝合金空心型材分流模挤压成形全过程温度场的数值模拟

采用焊合区网格重构技术,解决包括分流与焊合过程的空心型材分流模挤压成形全过程温度场模拟问题,以一种典型大断面铝合金空心型材分流模挤压成形为实例,分析挤压速度和坯料温度对模孔出口处型材最高温度及型材横断面温度分布的影响,提出合理的坯料温度和挤压速度范围。结果表明：挤压速度对模孔出口处型材横断面温度分布不均匀性的影响较大,而坯料温度的影响较小：当挤压速度由0.6 mm/s增大到3.0 mm/s,坯料温度为500℃时,模孔出口处型材横断面上最高与最低温度的差值(最大温差)由28℃增大到60℃;而当挤压速度一定,坯料温度在480~520℃变化时,型材横断面上最大温差的变化不超过3℃。6005A型材的合理挤压条件：坯料温度520℃时,挤压速度范围为0.63~0.93 mm/s;坯料温度500℃时,挤压速度范围为0.87~1.14 mm/s;坯料温度480℃时,挤压速度范围为1.10~1.34 mm/s。     

铝合金型材分流模挤压过程焊合行为的研究进展

空心铝合金型材分流模挤压过程中,不可避免地会在整个型材长度上形成若干条纵向焊缝,焊合质量的优劣对型材的整体力学性能影响很大。综述了铝合金型材分流焊合行为及其机理的研究进展,介绍了焊合室、分流孔、分流桥、工作带等模具结构和挤压速度、棒料温度等工艺参数对焊合质量的影响规律,总结分析了现有K准则、Q准则、J准则及其对焊合质量的预测方法,阐述了铝合金分流焊合机理及其微观组织演变规律。最后,展望了铝合金型材分流焊合挤压过程的研究方向,指出应在复杂大断面铝合金型材焊合质量控制、铝锂合金挤压过程焊合行为等方面加强相关研究。     

基于HyperXtrude的铝合金矩形型材挤压工艺优化设计

采用HyperXtrude软件模拟了7005铝合金矩形型材的挤压过程,系统地研究了7005铝合金矩形型材挤压温度与挤压速度对挤压结果的影响。结果表明:合金的应力随挤压温度的增大而减小,挤出型材温度随挤压温度的升高而升高。合金的应力随挤压速度的增大而增大,挤出型材温度随挤压速度的增大而升高。适宜的挤压工艺为:挤压温度450℃、挤压速度6 m/min。     

焊缝对ZK60镁合金方管分流挤压成形的影响

分流挤压型材的焊缝质量是影响型材综合性能的关键因素。基于有限元法可以获取挤压过程中坯料温度、应力应变、焊合压力等生产现场难以测量的物理参数的优势,针对不同焊合位置对某规格ZK60镁合金方管分流挤压过程的影响规律进行了有限元仿真分析和实验研究。研究发现:焊缝位于边中间可有效降低载荷约8%,型材挤压更省力;焊缝位于直角处可分别提升9.7%的焊合压力和约6~15℃的焊合温度,有助于细化金属晶粒和提高ZK60镁合金方管的焊缝质量和型材整体的力学性能。实验研究和模拟结果吻合良好。     

基于网格重构技术的空心铝型材挤压温度场分析

采用焊合区网格重构技术,解决了大断面空心铝型材分流模挤压全过程的温度场模拟问题,分析了模孔出口处型材横断面温度分布情况,提出了合理的挤压速度范围。研究结果表明,挤压过程中型材横断面上最高与最低温度的位置并不固定,主要原因与模孔出口处不同位置的金属流速的变化有关。挤压初始阶段,型材横断面上圆弧半径较小端的金属流速较大,该部位的温度最高;随着挤压进行,型材横断面直边中部的金属流速逐渐增大,当挤压行程大于90 mm时,直边中部的金属流速大于圆弧半径较小端的金属流速,型材横断面最高温度出现在直边中部。根据6005A铝合金挤压生产中模孔出口处型材温度应为520℃~570℃的要求,该大断面空心型材合理的挤压速度为0.35 mm/s~1.05 mm/s。     

基于HyperXtrude的ZK60镁合金型材挤压成形数值模拟和实验验证

应用Hyper Xtrude软件对ZK60镁合金空心型材的挤压成形过程进行了有限元数值模拟研究,分别得到了型材在稳态挤压下的温度场、速度场、应变场和位移场,分析了金属流动情况、焊合室入口和出口处的压力。通过不同挤压速度下的稳态模拟分析,确定了合适的型材挤压速度为10 mm·s-1。在挤压温度为350℃和挤压速度为10 mm·s-1条件下进行实验验证,得到了形状外观均合格的产品。对比分析发现,模拟结果与实验结果的型材断面宏观组织形貌具有一致性,证明了应用Hyper Xtrude软件可以有效预测镁合金型材成形过程中的金属流动和焊合情况。     

工艺参数对分流组合模挤压6005A铝合金型材焊合质量的影响

采用正交试验法分析了挤压工艺对轨道交通车体用6005A铝合金空心型材焊合质量的影响,并通过低倍组织检验、焊合线扩口检验、电子显微观察和能谱分析等手段,对焊合不良的形成机制进行研究。结果表明,挤压比对型材焊合质量的影响最大,其次是挤压速度,最后是铸锭温度。模腔内金属的焊合压力及焊合时间不足是焊合不良的主要原因。通过增大挤压比并优化工艺参数可以避免焊合不良,同时获得力学性能优良的轨道交通用型材。     

焊合角和焊合室深度对复杂悬臂空心铝型材挤压成形质量的影响

应用Hyper Xtrude有限元分析软件,考察了带长悬臂结构空心截面铝型材挤压时的焊合角α和焊合室深度h对其挤压成形质量的影响。结果表明:当α在15°~45°时,型材悬臂处及空心部位四周分流桥下金属的流动速率较大,开始焊合的时间早,焊合历程长;当α增加到60°时,相应区域金属的流动速率明显降低,焊合推迟;在α达到90°时,该情况最为严重,焊合历程变短。α为45°时,模芯最大偏移量达到最小值0.045 mm。随着h的增加,焊合面静水压力最小值与上模最大等效应力及模芯最大偏移量均逐渐增大。综合考虑各因素的影响,确定该型材挤压模具的最佳焊合角和焊合室深度分别为45°与20 mm,并将其用于挤压模具设计,试模发现模拟结果与试模结果吻合较好,挤出型材的综合质量较高。     

动态再结晶对Al-Mg-Si铝合金分流模挤出型材焊合区组织和力学性能的影响（英文）

通过实验与数值模拟相结合的方法,研究动态再结晶对6063铝合金多孔分流模挤出型材焊合区显微组织和力学性能的影响,并采用EBSD技术观察晶粒形貌。结果显示,在初始低速挤压时,随着挤压速度的增大,挤出型材温度升高和应变速率增大,挤出型材动态再结晶分数增大;而在高速挤压时,挤出型材温度随挤压速度的增大增幅较小,型材动态再结晶分数因应变速率的增大而减小。焊合区硬度和小角度晶界分数低于基体区的,较小的再结晶分数使得焊合区晶粒尺寸大于基体区的。减小晶粒尺寸和提高挤出温度有利于提高焊合区型材的硬度。     

铝合金型材挤压模优化设计

通过对铝合金型材挤压模具造型,并采用软件Hyper Xtrude对其挤压成形过程进行了模拟。通过对型材截面形状特征与对原模具的模拟结果的分析,以模拟的挤压参数的精确预测为依据,结合设计经验,对模具进行了优化设计。同时,为了获得更好的型材质量与更高的生产效率,探究多级模具焊合室对型材质量的影响。通过对各方案的模拟,最终得出挤压速度更均匀、型材质量更好、更适合于生产的模具。     

难变形金属L截面型材挤压过程有限元模拟

采用数值模拟方法对镍基高温变形合金(GH4169)、不锈钢(AISI316)L形截面的型材挤压过程进行热力耦合分析发现:随着挤压速度增加,挤压速度对挤压力影响越显著;初步得到模具的最佳预热温度。正交实验研究表明:GH4169合金中,挤压工艺参数对坯料温升影响的顺序为,挤压速度最大、坯料温度次之、模具预热温度最小;挤压比对挤压力影响显著。获得GH4169合金L形型材挤压较优工艺方案为:挤压温度1060℃,模具预热温度450℃,挤压速度50mm/s。     

挤压速度对6063铝合金管材焊合强度的影响

通过建立6063铝合金多孔分流模挤压过程的三维有限元模型,研究不同挤压速度下挤压力、焊合面温度、焊合压力和材料有效应力等参数的演变规律及其对焊合质量的影响,建立预测铝合金方管焊合质量的评价模型,并采用膨胀实验验证模型的准确性。结果表明:随着金属流入分流孔、焊合室和定径带,挤压力逐渐增大并达到峰值,而后缓慢降低;随着挤压速度的增大,焊合面温度、焊合压力和有效应力逐渐升高,焊合质量系数k值逐渐降低。膨胀结果表明,最大载荷处的位移与k值呈正相关,说明所建立的k值模型具有较高的精度。     

焊合室深度及焊合角对方形管分流模挤压成形质量的影响

基于Deform-3D有限元分析平台,采用所开发的焊合过程网格重构技术,分析方形管分流模双孔挤压时焊合室深度及焊合角对成形质量的影响。结果表明:焊合面平均静水压力、分流桥底部等效应力及模芯最大偏移量随焊合室深度的增加而增加;综合考虑焊合质量、模具应力集中及型材尺寸精度等因素,分流模合适的焊合室深度为10～16mm;随着焊合角的增加,焊合室内死区体积及挤压力均增大,而模芯最大变形偏移量呈减小趋势;综合考虑焊合角对挤压过程死区大小、模芯的稳定性及挤压力大小的影响,分流模合适的焊合角为30?～45?。实验结果和模拟结果在金属流动景象、死区位置、死区形状等方面吻合较好。     

铝合金空心型材挤压截面内凹变形有限元分析及模具结构优化设计

截面变形是复杂空心型材挤压过程中经常遇到的难题,实际生产中需通过反复试模、修模才能得到合格的产品。针对6063铝合金空心型材截面内凹问题,采用数值模拟方法获得了挤压过程中不同方向上的金属流速及模具焊合室内不同高度的压力分布,分析与讨论了产生缺陷的原因,并优化了模具结构。模拟仿真结果表明,添加阻流块后挤压过程中型材不同位置和不同方向上的流动速度更加均匀,挤出型材向内凹的现象得到改善。实测结果显示,采用改进后的模具结构,挤压型材最大内凹量减小为0.15 mm,可以满足实际应用要求。     

大尺寸ZK60镁合金型材挤压成形数值模拟及实验研究

应用HyperXtrude有限元模拟软件,对大宽厚比ZK60镁合金型材正挤压成形过程进行了数值模拟,优化了模具结构,研究了不同挤压速度对型材成形效果的影响。对模拟得到的速度、位移、应变和温度场进行分析,优化了挤压工艺。在挤压温度为350℃,挤压速度为20mm·s-1下进行正挤压试验,成功挤出宽度225mm,厚6mm的ZK60镁合金型材。型材横截面微观组织为动态再结晶组织,晶粒沿变形方向被拉长,变形中的温度场和金属流动方向是影响微观组织的主要因素。对该型材采用不同热处理工艺处理后进行力学性能测试。结果表明,该型材经250℃保温2h的退火工艺可以获得较高的综合力学性能。     

轨道车辆用超宽幅薄壁铝型材的挤压速度仿真优化

挤压速度是铝型材挤压过程中的一个重要工艺因素,对挤压力、生产率和挤压产品的质量等具有直接影响。以某轨道车辆用6N01铝合金型材为例,在Hyper Xtrude商业软件平台上,采用不同的挤压速度对其稳态挤压成形过程进行数值模拟仿真,获得了挤压过程的挤压力、温度场及速度场的变化情况。结果表明:随着挤压速度的增大,挤压力、金属的出口温度及不均匀性增大。根据数值模拟结果与理论分析,确定了该规格6N01铝合金型材在150 MN挤压机上的合理挤压速度范围为0.6~0.9 mm·s-1。在实际试模生产中,采用数值模拟优化的工艺参数进行挤压,挤出合格的型材,验证了数值模拟的可行性。     

工艺参数对分流宽展挤压空心镁合金壁板挤压力的影响

通过有限元法对大型镁合金空心壁板的挤压过程进行了仿真,获得了挤压成形过程中的挤压力,研究了不同模具结构和工艺参数的挤压力-行程曲线。结果表明,挤压载荷在到达峰值之前有三个阶段,分别对应于分流、宽展和挤出过程;挤压比λ、挤压速度v、初始坯料温度T_0、通道转角角度α和焊合腔纵向深度d对挤压载荷的影响显著性顺序为:λvT_0αd。根据挤压力峰值确定的合理工艺参数范围为:λ≤14,α=145°～155°,d≤240mm,T0≥440℃,v5 mm/s。     

基于有限元法的空心铝型材挤压过程瞬态分析

采用有限元软件,对一非对称截面列车上侧梁型材挤压分流、焊合直至稳态挤出的整个非稳态过程进行了数值模拟。着重研究了挤压成形过程中变形体的速度、温度、应变速率等物理场量的分布与变化情况,以及模具应力分布情况。针对模拟过程中出现的挤出物前端存在严重变形的问题,对模具的二级焊合室尺寸、阻流块高度以及工作带尺寸作出优化。模具结构优化后模孔出口截面速度均匀性得到明显改善,其速度差从22 mm·s-1减小到7 mm·s-1。通过分析等效应变速率与温度分布的关系,发现坯料温度升高所需的热量主要来源于坯料变形产生的塑性变形能。通过模具应力分析得知模具在各挤压阶段的应力分布情况。     

6061铝合金异形管材分流挤压模拟研究与优化

基于刚粘塑性有限元理论,采用DEFORM-3D有限元软件,对6061铝合金异形管材分流挤压工艺过程进行了数值模拟,揭示了挤压力的变化规律和坯料金属温度的分布规律.通过虚拟正交试验,获得了影响挤压力峰值的因素主次顺序为:工作带长度L＞焊合角θ＞焊合室深度h.以降低挤压力峰值为优化目标,获得了该规格6061铝合金异型管材分流挤压工艺最优水平组合为焊合室深度h=20mm,焊合角θ=35°,工作带长度L=5mm.