基于HyperXtrude的铝型材挤压模具结构优化与寿命预测

作     者：罗宜缘 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张祥林

授予年度：2022年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：铝挤压模具 HyperXTrude 数值模拟 模具寿命预测 分流桥 结构优化 

摘      要：铝型材用途广泛,遍布建筑、工业、航天、交通等各行各业,这得益于铝合金具有比强度高、不易腐蚀、导热导电性好等的优点。铝型材一般通过挤压方法生产,而型材质量取决于挤压模具的设计优劣。在实际生产中,CAE技术能够无成本的优化模具的结构,预测模具寿命,还能进一步研究模具局部结构对挤压工艺的影响,具有很高的应用价值。本文以铝型材挤压模具01TB06010DW为例,使用HyperXTrude软件,对挤压过程中的断面出口流速、模具应力及应变进行模拟。发现型材出口流速不均匀,模具存在工头变形严重,分流桥顶端应力过大的问题。针对存在的问题对模具分流孔进行重新排布设计,使得模具最大等效应力由900 MPa降至610 MPa,工头变形减少63%,出口流速更加均匀。在与企业设计师充分交流过后,应用于实际生产。对生产的型材断口进行SEM观察,验证产品型材的微观组织质量。对材料H13钢进行单轴拉伸试验及疲劳试验,根据疲劳试验数据拟合出材料的S-N曲线。结合Manson-Coffin公式,对比常用的四种疲劳寿命预测方法,找到预测结果最接近实际试验数据的方法,并用于模具高温寿命预测。计算得到九分流孔与六分流孔两种模具寿命分别为10825次和25616次。使用合适的蠕变寿命模型,结合已有的试验数据,计算出模具工作带寿命分别为1516 h和2504 h。设计了3种模具,探究分流桥截面的形状对模具应力、应变及金属流动的影响。模拟结果显示水滴形分流桥的模具在受力、变形及流动方面均优于其他两种设计。进一步的,设计了5种模具,探究水滴形分流桥的倾角对模具应力、应变的影响。结果显示正角度倾角的分流桥受力较小,在分流桥底部受力比负角度低约10%,但弹性变形之差在0.01 mm以内。