空心铝型材蝶形模设计与挤压过程有限元数值模拟研究

针对空心铝型材挤压件,采用传统分流组合模具和蝶形模2种设计方案,分别建立三维设计模型,结合常规等速挤压工艺参数,使用有限元数值分析软件Hyper Xtrude分别对2副模具的型材挤压过程进行有限元数值仿真模拟,同时运用软件的优化设计功能对2副模具的工作带分别进行优化设计。分析、比较铝合金金属在模具型腔内流动变形的形态、压力、速度以及模具结构内部应力、弹性变形等参数。结果表明:采用蝶形模挤压成形空心型材时,金属的流动及变形较传统模具挤压时更均匀,分流桥上端流动死区减小,挤压压力曲线平稳,模具的等效应力分布更均匀,延长了模具的使用寿命,提高了生产效率和合格率、降低了生产成本,提高了经济效益。     

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。     

双级分流模方管挤压过程分析

在常规分流模挤压高强空心铝合金型材过程中,由于挤压力过大,常导致堵模和分流桥开裂现象。为此,提出了双级分流模挤压的方法,在常规分流模前增加了具有导向分流作用的导流模,意在平衡金属流动均匀性和提高模具使用寿命。采用有限元结合试验分析的方法对常规分流模和双级分流模挤压方管过程进行了对比研究。研究结果表明:采用双级分流模挤压时,挤出型材头部横断面标准速度场偏差比常规分流模降低了37%,金属流动行为更均匀;挤压力比常规分流模降低了11%;分流桥和模芯位置的最大等效应力比常规分流模分别降低了18.7%和21.3%。     

铝合金型材高速挤压的曲面抛物线形分流桥成形机理

针对铝合金型材挤压有效提高挤压速度并降低成形载荷比较困难的问题，提出曲面抛物线形分流桥设计方法并研究了其成形机理。以空心铝合金型材成形过程为研究对象，在挤压速度超过4 mm·s^-1的高速挤压下，利用金属流动平衡原理设计曲面抛物线形分流桥，运用主应力法计算成形载荷。采用数值计算方法对该结构的分流桥进行了应力和应变场模拟分析。进行了挤压成形试验验证挤压速度、挤压力以及节能增效情况，并进行试验结果的综合评判。在计算和模拟中分别与平面直线形分流桥成形方法的成形载荷、分流桥的应力与变形量等指标进行对比。结果表明，曲面抛物线形分流桥模具受到的突破挤压载荷比平面直线形降低约12.3%,受到的稳定挤压载荷降低约8.3%,分流桥受到的应力降低了26.1%,分流桥变形量降低了15.2%,挤压力降低了10%～20%。     

一种可提高挤压速度的铝挤压模具技术

介绍一种新型的可提高挤压速度的铝挤压模具技术,即蝶形模具的设计与制造技术.蝶形模具的圆形分流桥总是中心部位较低,用来减少突破挤压力,并帮助金属流入中心进料口;蝶形模具的分流桥被弯成弓形,以帮助金属绕流它们然后焊合在一起.蝶形模具正日益吸引那些寻求更高挤压速度和较低突破挤压力的挤压生产者们的注意力.是一种有发展前景的铝合金空心型材的组合模技术,有较大的推广应用价值.     

空心铝型材蝶形模挤压技术的应用

介绍了一种新型空心铝型材挤压模具即蝶形模的设计技术,蝶形模是将传统分流组合模的矩形分流桥设计成拱形,而且分流桥的中心部位较低,用来减少突破挤压力,改善金属的流动性.系统研究了蝶形模的主要结构及特点.列举了蝶形模在空心铝型材挤压中的一些应用实例,并与传统分流组合模进行了比较研究,通过对比表明:使用蝶形模可以有效降低挤压力...     

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。     

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。     

斜齿圆柱齿轮双向镦挤精密成形新工艺研究

为了克服斜齿圆柱齿轮(简称斜齿轮)现有工艺存在的模具结构复杂、成形力大等不足,在直齿形状凸模双向镦挤成形斜齿轮的基础上提出了斜齿凸模和无齿凸模双向镦挤两种成形方案。分析了不同成形方案下,端面摩擦力对载荷的影响。利用有限元模拟软件Deform-3D分别对三种成形方案进行了数值模拟。结果表明,采用无齿凸模镦挤成形斜齿轮在载荷及模具结构方面优于齿形凸模镦挤成形,其中无齿凸模双向镦挤较直齿凸模双向镦挤,最大载荷降低约25%;无齿凸模双向镦挤较斜齿凸模双向镦挤,最大载荷值降低约35%;无齿模具加工制造更容易,成形等效应力远小于模具材料许用应力。     

镁合金空心坯料挤压成形工艺研究

对挤压成形过程中的坯料尺寸及模具形状对成形的影响进行了计算机模拟。由模拟结果可知,在采用无芯轴凸模挤压时,挤压力随着行程的增加而增大,随着空心坯料内径的增大,挤压力增加的速度减慢,但最大挤压力变化不大。在采用带芯轴凸模挤压时,最大挤压力明显减小,随着芯轴直径的增加,最大挤压力是逐渐下降的,最大挤压力可以降低25%以上。     

FEM simulation of aluminum extrusion process in porthole die with pockets

In order to investigate the effects of pockets in the porthole die on the metal flow, temperature at the die bearing exit and the extrusion load were contrasted with the traditional die design without the pockets in the lower die. Two different multi-hole porthole dies with and without pockets in lower die were designed. And the extrusion process was simulated based on the commercial software DEFORM-3D. The simulation results show that the pockets could be used to effectively adjust the metal flow and especially benefit to the metal flow under the legs. In addition, the maximum temperature at the die bearing and the peak extrusion load decrease, which indicates the possibility of increasing the extrusion speed and productivity.     

确定挤压凹模模孔位置的局部挤压比法

本文对复杂断面型材的挤压给出了确定模孔位置的局部挤压比法。该方法假设挤压时金属为稳态流动，按金属的流动规律划分变形区，给出局部挤压比的概念，选择局部挤压比与总挤压比之差作目标函数，优化模孔位置。按此方法设计的挤压模可减小金属流动的不均匀性，并较大可能地得到平直的挤压制品。     

Mathematical model of determination of die bearing length in design of aluminum profile extrusion die

Based on the finite element simulation of profile extrusion process, the effect of local extrusion ratio, die bearing area and the distance between extrusion cylindrical center and local die orfice center on mental flow velocity was investigated. The laws of deformed metal flow on profile extrusion process were obtained. The smaller the local extrusion ratio, the faster the metal flow velocity； the smaller the area of die bearing, the faster the metal flow velocity； the smaller the distance of position of local die orifice(the closer the distance of position of local die orifice from extrusion cylindrical axis), the faster the metal flow velocity. The effect of main parameters of die structure on metal flow velocity was integrated and the mathematical model of determination of die bearing length in design of aluminum profile extrusion die was proposed. The calculated results with proposed model were well compared withthe experimental results. The proposed model can be applied to determine die bearing length in design of aluminum profile extrusion die.     

CPU散热片挤压过程的数值模拟及模具优化

采用刚粘塑性有限元法,利用Deform-3D有限元软件实现了铝合金CPU散热片导流模挤压过程的数值模拟。获得了挤压过程中材料的流动规律、挤压力、模具应力以及模具出口处流速的分布。通过数值模拟发现,型材出口流速很不均匀,远离型材中心的散热片齿部流速过慢。通过对导流模结构的调节,使得型材出口流速基本均匀,模具应力降低,提高了模具的使用寿命。模拟结果为导流模优化设计提供了依据。     

直齿轮径向挤压过程金属流动的上限元模拟

利用上限元（ＵＢＥＴ）模拟了圆柱直齿轮径向挤压过程金属的流动行为,分析了模具参数和工艺参数对金属流动的影响。     

FE analysis of extrusion defect and optimization of metal flow in porthole die for complex hollow aluminium profile

To solve the defects of bottom concave appearing in the extrusion experiments of complex hollow aluminium profiles, a 3D finite element model for simulating steady-state porthole die extrusion process was established based on HyperXtrude software using Arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) algorithm. The velocity distribution on the cross-section of the extrudate at the die exit and pressure distribution at different heights in the welding chamber were quantitatively analyzed. To obtain an uniformity of metal flow velocity at the die exit, the porthole die structure was optimized by adding baffle plates. After optimization, maximum displacement in the Y direction at the bottom of profile decreases from 1.1 to 0.15 mm, and the concave defects are remarkably improved. The research method provides an effective guidance for improving extrusion defects and optimizing the metal flow of complex hollow aluminium profiles during porthole die extrusion.     

空心铝型材分流组合挤压模CAD系统开发

利用面向对象的设计思想,采用对象模型技术(object modeling technology,OMT)方法,确定了铝型材分流组合挤压模CAD系统的整体构架。用UG/OPEN API接口和UG/OPEN GRIP语言的功能,开发了空心铝型材分流组合挤压模CAD系统。实例证明,利用该系统可以方便地设计出参数化的铝型材分流组合挤压模。用有限体积法模拟铝型材挤压过程,分析金属流动、应力的变化,为优化挤压模结构提供依据。     

椭圆异型挤压塑性成形及模腔映射优化

针对非轴对称金属异型挤压塑性流动及模腔研究的理论课题,借助于近代共形映射数学理论研究成果,利用法线收敛法,建立了映射函数解析方法。将三维金属异型材挤压塑性成形问题转化为二维轴对称成形问题,求解椭圆异型挤压金属塑性成形连续流动场和应变速度场的数学解析模型,并应用金属塑性成形理论,建立了精密挤压异型材优化模腔的数学模型,同时为精密快速地实现挤压模腔的CAD／CAM一体化目标提供了技术支持。     

复杂断面空心型材的双级分流模挤压过程模拟分析

对于非对称断面、大壁厚且空心的复杂断面空心铝型材,采用常规分流模挤压时很难平衡金属流速,型材挤出后经常产生弯曲或扭拧现象。为此,提出了在常规分流模前增加一级分流模,使传统的分流-焊合-成形的3个阶段变为预分流-分流-焊合-成形的4个阶段,进而达到平衡金属流速目的。研究结果表明:双级分流模比常规分流模挤压时金属流动均匀性得到了改善;各孔金属流速平均值为6.41 mm·s-1,方差为0.2511且降低了65%;挤压温度场分布均匀,温差在7~12℃之间范围内,抵消了温差不均匀的影响;焊合室内静水压力平均值约为290 MPa,模芯周围静水压力分布均匀,模芯不易发生移动。     

直齿圆柱齿轮冷挤压可控运动凹模成形工艺

为降低直齿圆柱齿轮冷挤压成形载荷和改善齿形角隅部分充填性,在分析直齿圆柱齿轮成形过程中金属流动特性基础上,提出了采用可控运动凹模的成形工艺。利用Deform-3D软件对此成形工艺过程中的金属流动规律、成形载荷、成形缺陷进行了数值模拟分析,并对该工艺进行了优化。分析结果表明,当凹模速度为冲头速度的1/2时,成形过程中齿形充填均匀、齿形角隅部分充填饱满,成形载荷最小,较传统单向挤压成形载荷降低了约20%。对优化后的成形工艺进行了成形试验研究,试验成形齿轮齿形饱满,无塌角缺陷,试验结果与模拟结果基本吻合。