轮胎胎面胶料共挤出过程的数值模拟

以某复合胎面胶料(TWR/FB)的共挤出过程为研究对象,利用Polyflow软件,采用Phan-Thien and Tanner(PTT)本构模型和Navier滑移模型对2种胶料熔体在口模内外的流动进行了三维数值模拟,并将模拟得到的挤出断面和试验挤出断面进行了对比分析。同时分析了牵引速度和预口型板的收敛角对共挤出的影响,结果表明,牵引速度对胶料离开口模后的形状和面积胀大比的影响显著,但对胶料在口模内部的流动状态影响不大;适当地增加预口型板收敛角可以增强胶料在口模内的流动性,提高挤出制品的质量。     

聚合物共挤出过程的挤出胀大有限元分析

采用有限元方法模拟了非牛顿流体在共挤出过程中的挤出胀大现象,分析了模具流道收敛角、模具内壁的表面质量以及平直段长度对共挤出聚合物挤出胀大的影响。结果表明:当流道收敛角α在0°~30°区间变化时,角度的大小对两种熔体的挤出胀大率均有一定的影响;当30°≤α≤90°时,角度的变化对熔体挤出胀大率几乎没有影响。模具内壁的表面质量对挤出胀大率影响较大,改善模具壁面质量可以有效地减小挤出胀大率。适当增加流道出口平直段长度可以显著减小挤出胀大率。     

苯乙烯自由基聚合反应挤出过程的数值模拟

聚合反应挤出过程的数值模拟有助于实现化学反应控制、材料结构控制与极限加工条件的预测。建立了异向旋转双螺杆挤出机的等效模型、苯乙烯自由基聚合反应动力学模型和化学流变模型,数值分析了单体转化率、单体浓度、引发剂浓度、重均分子量以及材料黏度等物理量在反应挤出过程的演变规律。模拟结果与实验结果符合较好。     

聚合物熔体复合挤出胀大过程的数值模拟及可恢复弹性形变分析

建立了两种聚合物熔体流经矩形流道共挤出的三维数值计算模型,采用有限元方法数值模拟了共挤出成型过程及胀大过程,得到了速度场、压力场、应力场,并利用数值计算方法得到了共挤出流动过程的可恢复弹性形变场,分析了挤出胀大率以及可恢复弹性形变的变化过程。结果表明,在共挤出流动的胀大段,共挤出界面的形状和位置发生了改变;经矩形流道共挤出得到的挤出胀大末端截面形状为不对称的鼓形;在共挤出界面附近可恢复弹性形变值存在极值,运用数值方法计算可恢复弹性形变可以对流动过程中可能存在的缺陷进行预测。     

双层聚合物共挤出过程的数值模拟

以HDPE/LDPE共挤出型材为例,用有限元方法对非牛顿流体在共挤出流道内的等温流动进行了二维数值模拟。分析了模具流道收敛角、入口体积流量以及模具结构形状对流道内压力场、速度场以及界面偏移的影响。结果表明:当流道收敛角在0°<α<90°区间变化时,角度的大小对熔体界面影响不大;但当流道收敛角为90°时,共挤出区开始段出现流动死角。流道入口平流区可以使流道内的压力场均匀,有降低流道压力降的作用。HDPE/LDPE两种聚合物熔体共挤出时,其入口流率比对界面位置的影响很大。     

复合共挤成型中挤出胀大的三维粘弹数值模拟

采用Phan-Thien and Tanner(PTT)本构方程,建立了矩形截面共挤口模内外两种聚合物熔体流动的三维粘弹数值模型,有限元模拟了聚丙烯/聚苯乙烯(PP/PS)共挤过程中的挤出胀大现象,并用实验验证了模拟结果。研究表明:当入口体积流量相同时,两熔体挤出口模后会朝向黏度较高的PS熔体一侧偏转,型材截面呈非对称畸变。两熔体在垂直挤出方向上的速度分布导致了挤出胀大过程中熔体的偏转流动,而口模出口处的剪切速率分布基本决定了共挤型材截面的形状。实验结果与模拟结果基本相符,模拟所得挤出胀大率比实际值大8.6%。等温假设是影响共挤出胀大数值模拟准确度的主要因素。     

聚合物气辅共挤成型中挤出胀大的数值模拟

以一矩形截面共挤型材为例,采用Giesekus本构方程和Navier滑移模型建立数值模型,使用EVSS、SU等有限元方法对气辅共挤和传统共挤时两种聚合物熔体在口模内外的等温粘弹流动做了三维数值模拟,得到了气辅共挤和传统共挤时的挤出胀大率、速度场、应力场及剪切速率分布。对模拟结果进行了分析和对比,结果表明,气辅共挤能消除挤出胀大和模外熔体偏转流动现象;气辅共挤时两相熔体的速度场均匀一致,熔体流动稳定,呈柱塞状挤出;熔体表面的切向和法向应力为零,因而可有效提高挤出速率,并防止制品表面鲨鱼皮现象的出现。     

非等温气辅共挤出胀大的三维粘弹数值模拟

采用PTT本构方程和Arrhenius黏度对温度依赖方程,运用有限元方法,对低密聚乙烯(LDPE)/高密聚乙烯(HDPE)熔体的共挤过程进行了三维非等温粘弹数值模拟,对比分析了两熔体在传统和气辅共挤过程中的速度场、剪切速率分布和层间界面形貌。研究表明,气辅共挤成型在口模出口处不存在二次流动,且在挤出方向流速均匀,剪切速率分布均匀且数值比传统共挤小得多,说明气辅共挤能有效消除传统共挤过程中的挤出胀大和界面偏移现象。     

苯乙烯阴离子聚合反应挤出过程的数值模拟

为了定量分析聚合反应挤出过程中各种物理量之间的复杂关系,进而调控化学反应和材料结构,采用有限体积方法与半隐式迭代算法,对紧密啮合同向旋转双螺杆挤出机内的苯乙烯阴离子聚合反应挤出过程进行数值模拟,研究了单体浓度,转化率、平均相对分子质量、流体粘度等物理量的影响并获得了其变化规律,该模拟结果与实验结果基本一致.     

T型口模气辅挤出段长度对挤出物截面形状和挤出胀大的影响

采用数值模拟的方法对T型截面口模气辅挤出成型过程中滑移段长度、挤出流量和松弛时间对挤出物的变形和挤出胀大的影响进行了研究。结果表明,气辅挤出段长度的增加可以减小挤出物的变形和挤出胀大,减小挤出流量和松弛时间对变形和挤出胀大的影响,并且当气辅挤出段的长度增加到一定值后,挤出胀大比为1且不受松弛时间和挤出流量的影响,这个值随挤出流量的增加和松弛时间的延长而增加。     

镁合金扇形件挤压成形数值模拟

以刚塑性有限元分析为基础,对镁合金扇形零件的挤压成形工艺进行了模拟分析,制定出扇形零件的成形工艺,即镦挤-反挤压复合成形工艺.镦挤制坯工艺优化坯料结构,反挤压工艺成形零件.根据数值模拟的工艺参数进行试验研究,成形出符合要求的零件.     

AZ91D镁合金棒材挤压过程的数值模拟研究

通过Gleeble-1500D热模拟机获得AZ91D镁合金的应力应变曲线.采用刚塑性有限元法对AZ91D镁合金棒材挤压过程进行热力耦合数值模拟,分析了变形温度与挤出速度对挤压力和等效应变变化情况的影响.模拟的结果表明:在25:1的挤压比下AZ91D镁合金的挤压温度为400℃,挤出速度为12.5 mm/s.     

空心阶梯轴温挤压成形数值模拟

目的研究空心阶梯轴温挤压成形的可行性。方法根据空心阶梯轴的结构特点,确定了成形方案,并利用Deform-3D软件进行了有限元数值模拟分析,对成形方案进行了验证。结果根据模拟结果得出,锻件的成形效果较好,没有出现充不满和折叠等缺陷,尺寸精度也较好。结论采用温挤压成形工艺成形空心阶梯轴,获得了满足尺寸要求的空心阶梯轴,成形过程稳定可靠,成形工艺可行。     

三螺杆挤出机挤出特性的数值模拟

利用计算流体力学的方法对聚合物熔体在三螺杆挤出机中的流动规律进行了数值模拟,分析了物料在三螺杆中心区的流动和混合情况。通过速度和压力分布,计算了三螺杆挤出机的螺杆挤出特性参数,并和双螺杆挤出机进行对比分析。结果表明,由于中心区环流的存在,延长了物料在三螺杆挤出机的停留时间分布。三螺杆挤出机在分布性混合、分散性混合、能耗等方面均好于双螺杆挤出机,而产能比又为双螺杆挤出机的1.3倍。三螺杆挤出机具有较好的工程应用前景。     

过滤器冷挤压模具设计及数值模拟

目的基于实际生产经验,分析冷挤压过程中筒形件的刚性平移现象。方法通过数值模拟分析了筒形过滤器冷挤压过程中的折叠和撕裂倾向、金属流动规律和挤压力。结果数值模拟结果表明:在筒形件的冷挤压中,筒状部分有显著的刚性平移现象,即高于凸模工作带的筒状部分在挤压过程中不发生塑性变形,仅沿着凸模挤压的反方向移动。结论金属流动的速度场和位移场,以及挤压载荷变化趋势较直观地反映了筒形件冷挤压中的刚性平移现象,实际生产并获得了表面质量良好的过滤器零件。     

衔铁连续冷挤压模具失效分析及工艺改进

通过对衔铁连续冷挤压工艺进行试验,对挤压过程中模具失效进行了分析,并提出了合理的工艺改进,对薄壁、非对称零件连续冷挤压工艺设计及试验有参考作用。     

法兰盘热挤压工艺设计

以法兰盘为研究对象,对法兰盘进行了结构及工艺性分析,并对变形程度进行了校核,拟定了先镦挤法兰和台阶,然后分步成形中心孔的工艺方案。 利用有限元分析软件对法兰盘成形过程进行了模拟分析,预测了法兰盘成形过程中的缺陷,缩短了试模周期。 用方案一镦挤法兰和台阶时变形量过大,无法同时成形,因此提出先成形法兰后成形台阶的方案二,但成形台阶时坯料受力不均匀且变形量很大,也无法成形。方案三先成形台阶,后成形法兰,最后反挤中心孔,并对成形过程各工步成形载荷进行了校核,结果显示,各工步成形效果良好,单工步最大载荷及总的载荷均满足设备要求。     

Cu-Mg合金连续挤压成形过程的数值模拟和试验对比分析

对高速铁路用Cu-Mg合金接触线进行了热变形模拟试验,试验结果显示,Cu-Mg合金的应力-应变曲线特征在400℃时主要以加工硬化为主,而在500℃以上时,不同应变速率条件下的应力-应变曲线均表现出了一定程度的加工软化特征,且温度越高应变速率越低,加工软化特征越明显。结合铜镁合金热变形模拟试验的结果和Arrhenius双曲正弦函数,建立了铜镁合金的本构方程。通过Deform 3D软件平台,并利用铜镁合金的本构方程,对高速铁路用Cu-Mg合金接触线连续挤压生产过程进行了3D有限元数值模拟分析,对比模拟结果与生产试验结果可知,两者的温度场分布基本一致,数值模拟结果的可靠性得到了验证。此外,结合3D有限元数值模拟结果,对高速铁路用Cu-Mg合金接触线连续挤压成形过程中出现的分层缺陷进行了分析,认为Cu-Mg合金接触线连续挤压成形生产过程中出现的分层缺陷是由于连续挤压过程中正压力异常分布所造成的。