基于Lagrange插值的变过盈量对扁挤压筒变形和强度分析

应用ANSYS分析了受预紧作用的两层套扁挤压筒内孔变形规律，得到内孔变形的分段多项式插值函数。提出变过盈量的概念和方程，并对变过盈量的施加、检验的条件进行了说明，以达到改善内孔变形不均匀分布，保证预紧力和提高模具强度的目标，并进行了数值模拟，结果表明了变过盈量的可行性，为扁挤压筒修模、装配和结构优化提供了依据。     

圆度对组合式扁挤压筒内孔变形及强度分析

挤压大型整体壁板的扁挤压筒所受工况恶劣 ,承受着高温高压高摩擦作用 ,通常采用组合式结构来提高其强度。但由于扁挤压筒内孔的特殊形状 ,预紧后内腔发生不均匀变形 ,达不到产品要求的尺寸精度 ,实际生产中需要对内孔进行修整。为了减小不均匀变形 ,本文以 80MN挤压机用两层预紧扁挤压筒 ( 670mm× 2 70mm)为例 ,利用有限元法(FEM)分析得到内孔变形规律 ,结果指出产生内孔非均匀变形分布的根本原因在于 ,内套的几何特殊性以及厚度差异造成沿长短轴方向的刚度差异。在变形规律的基础上 ,提出圆度概念 ,即采用椭圆形内层的外套和椭圆形外层的内套 ,以达到改善内孔变形不均匀分布、保证预紧力和提高模具强度的目标。文中对选择过盈量以及检验标准也作了说明 ,并且通过不同圆度下的数值模拟结果比较 ,表明椭圆形内层加强套的可行性 ,这种结构能够改善内孔变形不均匀状况 ,节省模具材料 ,同时减少甚至不需要修模工作量。另外 ,结果指出 ,当圆度 0 .475≤K≤ 0 .74时可以降低不均匀度 ,圆度K为内套缝隙度 1.15倍时Km 不均匀度最小。从而为扁挤压筒修模、装配和结构优化提供依据     

三层预紧扁挤压筒变形及应力分布的数值模拟

基于ANSYS提供的FEM法，按接触非线性对大型整体壁板挤压用组合式扁挤压筒在未工作(仅受预紧作用)和工作(工作压力与预紧力综合作用)两种状态下分别进行计算，得出其变形及应力分布的一般规律，分析结果与用弹性力学基本公式及复变函数保角映射关系计算所得的解析解结果吻合，从而为组合凹模的结构优化和扁挤压筒的设计提供了技术支持。     

多层预紧圆挤压筒的数值模拟和理论验证

大型挤压机用圆挤压筒一般都采用组合式结构以提高其强度。文中应用接触单元对组合式圆挤压筒在有无工作压力的受力情况进行了数值模拟，获得了应力以及位移的分布状部，并和由Lame公式所得的理论解进行了比较和误差分析，结果非常吻合，为多层套挤压筒设计提供了依据。     

36 MN挤压筒过盈量的优化设计

通过对挤压筒的有限元模型进行参数变化曲线模拟,得出不同挤压应力分布下最佳的过盈量,结合具体的挤压筒工作工况,利用Deform塑性分析软件得出了该工况下挤压力,从而得出了优化过盈量,使挤压筒的性能发挥到了最佳值。     

基于粒子群算法的冷挤压模具结构参数优化设计

针对石油射孔弹挤压件,对一次挤压成形和先预挤压再终成形两种工艺进行了对比,确定了合理的工艺方案,模具结构采用预应力挤压组合凹模。采用拉丁超立方方法,分别对预挤压和终成形的组合凹模的径向直径比和过盈系数进行了抽样,应用有限元方法对抽样所得的不同结构进行数值模拟,将所得模拟结果作为响应,建立等效应力与组合凹模结构参数的Kriging模型。以降低凹模内壁最大等效应力为优化目标,分别对预挤压和终成形两个阶段的组合凹模结构参数进行了优化分析。应用Kriging模型结合粒子群算法,在结构参数的变量空间内进行全局寻优,得到了各组合凹模最佳的径向直径比和过盈系数,确定出优化的组合凹模结构尺寸,为该挤压组合凹模的设计提供了定量的优化依据。     

用保角映射法求解多层套扁挤压筒内的应力

生产大型铝型材用扁挤压筒内孔近似椭圆,属多连通域,难以采用常规的单连体平面问题的复变函数保角映射法,应力求解困难。结合单连体复变函数法和留数定理给出了受内压扁挤压筒的应力求解公式和例子,并与有限元模拟结果进行了比较分析。结果表明理论解和数值解在全域范围内基本一致,从而解决了保角映射法应用于扁挤压筒实际工程应力计算的主要障碍,为模具强度设计提供了依据。     

双层圆挤压筒过盈量参数优化设计和分析

对双层圆挤压筒内外衬套半径尺寸的确定进行理论计算和分析，将优选参数的计算结果进行比较。对具体的模型结构进行三维过盈-内压-热耦合分析，得出力学性能指标，确定最终设计参数。     

疲劳-蠕变交互作用下挤压筒设计理论及寿命预测模型

大型挤压筒长期在高温下承受循环高压的作用,疲劳-蠕变交互作用引起的筒体变形、开裂已成为挤压筒失效的主因,严重影响了挤压产品的生产效率和成本。着重研究疲劳-蠕变交互作用下的挤压筒服役寿命计算方法,通过对挤压过程下的复杂载荷边界条件建模,引入DDM方法分析多层挤压筒应力分布,并在此基础上通过试验获取挤压筒材料H13在服役温度下的疲劳和蠕变本构模型,通过逐步迭代计算疲劳、蠕变损伤与应力分布的演变,预测损伤累积到达临界值。提出的挤压筒疲劳蠕变寿命预测理论可为大型挤压筒设计提供新的准则,也可指导维修挤压筒修正各层筒间的过盈量和控制挤压生产工艺设计,以延长挤压筒整体的使用寿命。     

缠绕式挤压筒结构及缠绕层预应力分析

在大吨位挤压机的挤压筒结构设计中,预应力钢丝缠绕式剖分-组合挤压筒与传统挤压筒相比具有质量小、抗疲劳能力好、制造简单与成本低的优势。为了进一步减小质量,尝试设计一种斜端面的钢丝缠绕式剖分-组合挤压筒结构。这种结构在大质量支撑原理的作用下使缠绕层对芯筒的预紧能力显著增强。对斜端面芯筒的几何参数进行结构优化设计,得到确定最佳芯筒尺寸的方法。通过数值模拟比较得到,在相同的工作内压下,斜端面结构和平端面结构在预紧状态或工作状态下的芯筒应力分布基本相同,但斜端面结构的外径与芯筒质量小于平端面结构,且所需预紧力更小,对应的缠绕层钢丝使用量也可以减少,从两方面降低挤压筒模具的材料成本和制造难度。     

扁挤压筒过渡曲面建模

为改善铝型材挤压过程中金属流动状况,通过引入流函数法建立基于流曲线的扁挤压筒型腔到模口之间过渡曲面的边界条件;同时采用保角映射方法,描述扁挤压筒型腔及模口处轮廓分别向单位圆的映射关系,构造过渡曲面入口和出口复杂图形的解析函数,解决了复杂三维模型向准三维对称模型的转换问题。两者结合得到过渡曲面上各点的流线方程,完成对过渡曲面的数学描述。为验证新构建曲面的合理性,对一矩形壁板成形过程进行模拟。结果表明：流线型过渡曲面有利于金属流动,并且有利于降低型腔面上的法向压力,可减少磨损、提高模具寿命。     

基于共形映射的壁板型材挤压模具型腔建模

针对复杂铝合金壁板导流模挤压过程中出现的挤压力大、变形不均等缺陷,采用流函数理论建立扁挤压筒型腔到型材出口之间过渡曲面的边界条件。根据复变函数共形映射理论,讨论Schwarz-Christoffel积分变换的正反求解过程;应用Taylor级数凸凹分级展开技术,处理映射精度问题。最终,构造壁板外形单连通域到单位圆周的映射函数,并以此建立壁板挤压模型腔曲面数学方程,利用三维造型软件完成了复杂型材挤压“流线型”过渡曲面的三维建模。     

A photoelastic investigation of contact stresses in the backward extrusion process

Photoelasticity is used for investigating the normal and shear stress distribution at the billet-container interface in the process of backward extrusion in cylindrical and flat containers.Photoelastic gauges made from birefringent material were embedded in the side walls of special experimental dies. Cylindrical and flat lead specimens were extruded in experimental dies in a laboratory testing machine. As a result of the experiments it has been established that the contact stress distribution in backward extrusion has a complex character. The curves for the normal stresses at the container walls have a peak located ahead of the punch and this drops abruptly after the metal has penetrated into the clearance between the container wall and the punch. The shear stress changes its sign along the contact zone. The normal and shearing stresses at the cylindrical container walls are considerably higher than at the flat container walls at the same value of reduction ratio.     

Effect of inner cone punch on metal flow in extrusion process

Using numerical simulation and experiment, the mechanical mechanisms of metal flow behavior were investigated in the extrusion process with inner cone punch. The characteristic variables, second invariant of the stress deviator J ₂ and the Lode’s coefficient μ were employed to partition the deformation region. It is shown that no metal flow interface occurred at the container bottom in the extrusion with inner cone punch and the dead zone disappeared completely. The strain types of the material in the plastic deformation area decreased from three types into a single type of tension and the homogeneity of metal deformation as well as metal flow was greatly improved. It was also indicated that inner cone punch was beneficial to the extrusion process and the promotion of product quality.     

基于三点法的拟人化研磨测量仪器设计

针对目前国内尚无快速、经济、有效的模仿手工研磨抛光操作的大尺寸平面自动化研磨直线度检测的现状,通过对测量对象的深入研究,提出了基于三点法的直线度测量方法,在此基础上确定了测具的结构参数和LES1型位移传感器,选用Atmega16单片机应用于捕捉脉冲信号的传感系统,完成了测量仪器的设计和制造。研究结果表明,该测量仪器能够满足自动加工中对直线度测量精度的要求,为挤出平模头自动化研磨技术提供了一种可以选用的测量仪器。并且,此设计方案已经得到应用。     

集装箱装载矩形货物的一种启发式算法

利用启发式算法，对不同大小的矩形货物进行集装箱装载，通过将集装箱空间分为层结构，每层再进行空间分解，从而在空间中布入货物。本算法经过编程，给出试验结果。说明了其有效性，对实际的货物装载有一定的借鉴作用。     

复合挤压规范化的上限模式及变形力通式

本文应用上限法的基元技术,导出了模壁光滑时平面变形复合挤压的变形力通式,并提出了复合挤压规范化的上限模式。将该通式的计算结果与其它理论值及实测值做了比较;比较结果说明,无论是理想钢塑性材料,还是应变硬化材料,理论值与实测值吻合得都相当好。采用规范化的上限模式,可避开常规方法求上限解的浩繁数学推导过程,一目了然地确定上限模式的几何布局。因此,它是取得优化上限解的迅速、简便而有效的方法。     

扁平绕带压力容器边缘应力研究

研究了扁平绕带压力容器绕带层及其内筒的边缘应力,并与单层压力容器进行了对比。结果表明,在绕带层中不可能存在边缘应力;同时,由于绕带的细长结构和离散结构特性,其中的应力是均匀的和相互独立的;而与单层式压力容器相比,扁平绕带压力容器内筒边缘应力的分布范围较小。