ANSYS铝棒挤压成形有限元法数值模拟(2)

菜单

结论 34

致谢 35

参考文献 36

1 引言

随着可持续发展问题在现代社会得到越来越普遍的重视，各个领域对于节能、轻量化的要求都越来越高[1]。铝合金由于具有轻重量、高强度、耐腐蚀、加工性能优异、易回收等明显优于其他材料诸如钢铁、塑料、镁合金、木材等的特点，已成为现代社会越来越重要的金属材料，并且广泛而成功地应用于航空航天、通信电子、机械工业、建筑冶金等各个方面[2]。

挤压成形是金属材料工业生产、新材料制备与加工的一种重要方法。从原理上讲，几乎所有的金属材料均可以采用挤压的方法进行加工，但由于挤压加工的能耗、模具消耗大，对设备能力要求高等特点，低熔点有色合金（比如铝及铝合金）是挤压加工应用得最多的材料[1,2]。

在铝型材的挤压过程中，变形主要集中在局部狭长区域[3]。材料流动的极度不均匀导致了产品质量的极其不稳定。而特殊的构件截面使得在变形过程中，金属脱离工作带后经常发生翘曲, 严重影响了产品的平整性[3]。同时，在铝型材挤压过程中，型材截面上的各部分金属在挤出模孔时如果以不同的速度流出，就会造成型材的扭拧、波浪、弯曲及裂纹等缺陷而报废，甚至损坏模具[4]。

挤压成形工艺是实现铝型材生产的关键技术，其工艺水平决定着型材制品的质量和模具的使用寿命[5]。在实际生产中，挤压模具的设计和工艺参数的确定更多依赖设计师的经验，模具质量难以保证，需要多次试模和修模才能生产出合格产品。而采用数值模拟实际挤压过程，可以实时跟踪描述金属的流动行为，揭示金属的真实流动规律，获得速度、温度、应力、应变等实验现场难以测量的物理量，预测型材在挤压过程中可能出现的缺陷，并及时对模具结构及工艺参数进行调整，有效减少了试模修模次数，不仅能够提高挤压型材质量，同时也可降低生产成本，缩短模具生产周期[5]。

近年来，对铝型材的挤压成形过程的数值模拟已获得大量的进展，为生产实践提供了很好的指引方向。

1．1 挤压技术及其发展概况

挤压成形实际上是塑性成形中体积成形的一种方式[6]。

1.1.1 挤压基本原理

挤压成形是对挤压筒内的金属坯料施加外力，使之从特定的模孔中流出，从而获得所需断面形状和尺寸的产品一种塑性加工方法[7]。

挤压工艺是一种少、无切削的机械加工方法,同时也是金属塑性成形技术的一个重要分支[8]。它主要用于棒材、管材以及其它型材的生产[8]。有色金属，特别是铝合金是采用挤压成形的常见材料，大部分变形铝合金都可采用挤压成形[9]。挤压过程如图 1.1 所示。坯料在封闭的模腔内受到三向不均匀压应力的作用，从模具的孔口或者缝隙挤出，从而减小了横截面积，最终形成所需挤压制品[6]。

挤压过程示意图