基于非正交结构网格有限体积法的铝型材挤压过程数值模拟关键技术

文章基于非正交结构网格,建立了大变形铝型材非稳态挤压过程有限体积法数值模拟的数学模型。给出了非正交结构网格上有限体积法的基本控制方程,研究了非正交网格上有限体积法模拟铝型材挤压过程的关键技术。将流体体积法(VOF)应用于三维非正交网格来捕捉材料流动前沿,采用塑性剪切模型施加了摩擦边界,结合本构方程和粘度迭代,开发了铝型材挤压过程数值模拟程序。针对一大挤压比的典型薄壁铝型材挤压过程进行了数值模拟,得出了速度场、等效应力、等效应变速率等。将模拟结果与有限元软件DEFORM-3D的模拟结果进行对比,验证了该文所建立数学模型的可行性和正确性。     

有限体积法模拟铝型材挤压成形过程

研究了有限体积法模拟金属塑性成形的基本理论和关键技术，得到了适用于塑性成形的有限体积控制方程，给出了模拟过程中有限体积网格体系的建立、成形过程中金属流动的跟踪描述和时间增量步长的确定等技术处理方法。然后采用该数值模拟方法，对铝合金门窗型材的挤压成形过程进行了仿真。详细地分析了该零件在挤压成形过程中金属的流动情况，给出了成形各阶段等效应变、温度和速度等物理场量的分布情况以及整个成形过程中模具载荷／行程曲线的变化情况。研究结果证明有限体积法是一种行之有效的铝型材挤压数值模拟方法，它可以为铝型材新产品的开发设计提供理论指导。     

薄壁铝合金型材FVM数值模拟及模具优化

建立了三维铝型材挤压过程有限体积法(FVM)数学模型,研究了此模型的基本理论和关键技术。采用块结构化的非正交网格划分复杂的计算区域,采用流体体积法(VOF)追踪变形材料的自由表面。根据上述理论编写了铝型材挤压过程有限体积法程序AE-FVM。针对典型的大挤压比薄壁铝型材挤压过程进行了数值模拟并进行工作带优化。将模拟结果与有限元软件Deform-3D及有限体积法软件SuperForge的模拟结果进行对比,验证了所建立数学模型的可行性和正确性。     

基于有限体积法的异形空心型材挤压模具设计

采用有限体积法,对异形空心铝合金型材挤压过程进行数值模拟,得到了挤压过程中材料流动速度场、应力场、应变场、温度场和挤压力的分布规律。以数值模拟结果为依据,针对模具设计存在的问题提出了解决方案,并通过分析得到了模具的最佳设计方案。结果表明：对于薄壁、结构复杂的异型空心型材,挤压模具设计的关键是合理地分配金属流量和平衡金属的流动速度。     

铝合金型材挤压模工作带长度优化方法研究

针对铝合金型材挤压过程中金属流动的均匀性问题,提出了一种铝型材挤压模工作带长度的优化设计方法,该法以有限体积法数值模拟技术为基础,以获得均匀流动为目标进行工作带长度的迭代计算。经实际算例模拟验证,优化方法可行,结果有效。     

大挤压比铝型材挤压过程的数值模拟

通过采用有限元法与有限体积法相结合,并在有限体积法中进行分步计算的模拟方法,在MSC Super-forge有限元商业软件上成功实现了薄壁大挤压比铝型材挤压过程的数值模拟仿真,获得壁厚t=1.0 mm、挤压比λ=98.27的卷闸门型材挤压过程的材料流动速度场、应力场、应变场、温度场分布图,数值模拟结果与理论分析结果吻合较好。结果表明:采用带导流槽的平模挤压大尺寸、大挤压比型材,可有效分配金属,平衡金属流动速度。     

有限体积数值模拟技术在型材挤压变形规律研究中的运用

对基于欧拉描述的金属成形有限体积数值模拟技术进行了概括，通过6063铝合金坯料在挤压模具中变形的过程模拟，分别得到不同时刻的、与实际情况接近的材料变形的速度场、温度场等；该模拟结果反映了挤压时金属的实际变形规律，这表明有限体积数值模拟技术适合解决如挤压这种大变形的三维模拟问题。     

异形铝型材挤压模具优化设计

采用有限体积法,对异形空心铝合金型材挤压过程进行了数值模拟,获得了挤压过程中材料流动速度场、应力场、应变场和挤压力等的变化规律,设计出了合理的模具.在此基础上,选取焊合室深度、焊合角以及工作带长度为因素,设计了三因素三个水平的正交试验方案,对试验方案进行了模拟虚拟试验,确定了最优水平组合,优化了模具结构.     

铝型材挤压过程有限体积法数值模拟技术研究

采用有限体积法对Euler基本公式进行离散,利用SIMPLE算法,辅以边界条件的施加,建立铝型材稳态挤压过程数值模拟的数学模型,研究铝型材挤压过程有限体积法数值模拟关键技术,并开发了相应的模拟程序。分别以截面形状为圆形、工字形的平模挤压过程为例进行模拟,得到挤压过程的三维稳态速度场、温度场,并根据求出的速度场,得到其等效应变速率场,验证了所建立的铝型材挤压过程有限体积法数学模型的可行性。     

大口径铝管平面分流模挤压过程数值模拟

针对大口径铝管平面分流模挤压过程,分别建立了有限元法和有限体积法数值模拟的数学模型,对大口径铝管的平面分流模挤压过程进行了数值模拟,比较了2种模拟方法在大型铝型材挤压过程数值模拟中的优缺点及适用性,得出了有限体积法更适用于大变形挤压过程的结论,同时给出了挤压过程各个阶段的应力、应变的分布情况以及金属的流动规律,为大型铝型材挤压模结构的设计和工艺参数的优化提供了依据。     

FEM and FVM compound numerical simulation of aluminum extrusion processes

1　INTRODUCTIONThefiniteelementmethod (FEM )iswidelyusedinthesimulationofmetalforming processessinceitcandescribethedeformationbehaviorsofma terialsindetails ,especiallyforfreesurfacetracking .ButthemeshsystemiseasytobedistortedfrequentlyduringthedeformationprocessduetoLagrangecoor dinatesareadaptedinFEM .Therefore ,therezoninghastobedoneinordertosimulatethelargedeforma tionprocesses .However,therezoningwilldecreasetheprecisionofsimulationresultsandevenleadthesimulationprocesstobetermi…     

新能源汽车电池架空心铝型材挤压模设计

针对新能源汽车电池架空心铝型材,设计分流挤压模,结合有限元模拟技术获得铝型材挤压过程中铝合金的流动速度分布情况。分析模拟得到的数据,针对铝合金挤出速度的不均匀性,对模具的芯模结构提出改进方案,改进后的模拟结果显示型材出口处金属流速均匀,试模试验与有限元模拟结果相符,为相关型材的模具结构设计和改进提供了指导。     

套筒类7A04铝合金挤压成形金属流动规律研究

根据等温压缩实验得出7A04铝合金应力一应变数据，拟合出材料温成形应力一应变曲线。应用有限元法模拟7A04铝合金管材的挤压成形，着重探讨7A04铝合金挤压成形过程中，温度、速度等因素对金属流动的影响．为套筒类零件挤压成形工艺提供科学的依据。     

An experimental study on local thickening laws based on multi-plate extrusion

Sheet-bulk metal forming is an important manufacturing process for the production of parts with three-dimensional features on a thick plate using a typical local thickening process. The process of boss extrusion is usually applied to study the filling ability by measuring the boss height. In this paper, multi-plate extrusion process is examined as an alternative to the boss extrusion process. Based on boss extrusion, multi-plate extrusion was demonstrated using three groups of experiments in which parts on the thick plate with a much higher boss were produced from sheet metal via the multi-plate method and tested for strength. A partition of the process into three periods is proposed and demonstrated empirically, during which it is shown that the key period in boss extrusion is an efficient flowing period and that extending the flowing period can aid in boss growth. The law developed may also be applied to other local thickening processes.     

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.     

斯太尔转向节热挤压成形工艺数值模拟

运用三维弹塑性有限元法对斯太尔转向节热挤压成形过程进行了数值模拟分析,获得了热挤压成形的载荷和行程的关系曲线,应力、应变和温度的分布信息。在设定工艺参数的情况下,通过模拟结果分析比较得出不同工艺对转向节成形的影响,揭示了热挤压成形过程中的金属流动规律。为实际生产所用工艺方案提供了理论依据。     

6061铝合金灯具散热底座芯轴挤压成形研究

为了满足6061铝合金LED灯具散热底座芯轴精密制坯要求,根据零件的形状结构特点,制定了复合挤压成形工艺方案;并利用DEFORM-3D有限元分析软件,分别对不同铝坯规格和挤压成形速度下的挤压工艺进行了模拟仿真计算,研究分析了各种方案模拟结果的行程-载荷曲线及金属流线分布。最终确定相对较优的制坯规格尺寸为Φ56 mm×43 mm,挤压速度为30 mm·s^-1。然后进行了设备调试及生产验证。实践表明,挤压成形件与模拟结果基本吻合,产品质量合格、稳定,性能得到提高;与原切削加工方法相比,节省原材料66%。