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基于HyperXtrude的铝型材挤压模具结构优化与寿命预测

基于HyperXtrude的铝型材挤压模具结构优化与寿命预测

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作者：罗宜缘华中科技大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：铝挤压模具 HyperXTrude 数值模拟模具寿命预测分流桥结构优化

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防爆灯外壳铸改挤工艺研究

防爆灯外壳铸改挤工艺研究

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作者：张河清太原科技大学

学位级别：硕士

本课题为企业生产任务,旨在设计防爆灯外壳的等温挤压工艺,为企业工艺改革提供依据。防爆灯外壳产品目前广泛采用压铸工艺生产。压铸可以获得外形很复杂的产品,而且可以获得性能更为优秀的产品,但是结合外壳产品本身特点,压铸也有不可... 详细信息

本课题为企业生产任务,旨在设计防爆灯外壳的等温挤压工艺,为企业工艺改革提供依据。防爆灯外壳产品目前广泛采用压铸工艺生产。压铸可以获得外形很复杂的产品,而且可以获得性能更为优秀的产品,但是结合外壳产品本身特点,压铸也有不可忽视的缺点:由于压铸所需温度较高,结合防爆灯外壳的复杂结构,导致压铸过程中模具的温度不易导出,故而对模具产生的热腐蚀严重,致使模具寿命较低,生产成本较高;由于防爆灯外壳属于深腔薄壁复杂结构,在压铸过程中气体不易排出,易形成气孔、针孔缺陷,废品率较高;由于压铸工艺本身的原因,需要采用加热炉融化铝液,融化金属过程中会发出大量的烟尘,工人工作环境较差,在大批量生产的过程中,这种烟尘无疑会增大环境的负担。针对上述防爆灯外壳原有生产工艺所存在的问题,同时为了进一步改善防爆灯安全性能,本文以企业工艺改进为契机提出通过金属体积成形的工艺方案替代原有压铸成形工艺。由于原铸件形状复杂,压铸成形的防爆灯外壳存在高筋、薄壁结构,不能直接用于体积成形,本文通过数值仿真技术对防爆灯外壳进行产品结构改进以及成形工艺优化。本文主要研究内容和结构如下:挤压件结构设计与优化。利用通用有限元软件ANSYS,对防爆灯外壳进行了结构力学分析,得到可塑性成形铝合金6061防爆灯外壳零件在GB 3836.2-2000中要求的内压压力下的应力应变分布,并通过分析计算优化了防爆灯外壳的结构及形状尺寸,对产品结构进行了改进,经过优化的防爆灯外壳挤压件产品相比原工艺产品用料更少,重量更轻。为工艺设计提供了依据,并以此指导了一些同类零件的结构改进。挤压成形工艺设计与工艺参数优化。利用塑性成形模拟软件DEFORM-3D,对防爆灯外壳产品挤压过程进行了模拟,分析了坯料在成形过程中的金属流动规律,并以此为依据设计了预挤件结构形状;通过对不同工艺方案的数值模拟,确定工艺方案;通过不同工艺参数组合的正交试验以及多目标优化的方法得到了较优的的工艺参数组合,证明了通过挤压成形的方法制造防爆灯外壳的方法是可行的,同时也为实际生产提供了依据。终挤压模具寿命预测。由于产品结构较复杂,在塑性成形过程中,终挤凹模会由于高压而影响模具寿命,这也是制约工艺改革的因素之一,所以经过企业委托在此对挤压模具寿命进行了预测。本论文在计算模具磨损时考虑了温度因素的影响,通过修正的Archard磨损模型,利用数值模拟获得的型腔各节点的应力场、温度场、速度场计算型腔磨损深度,较为准确地预测了模具寿命,为之后新旧工艺的对比提供了依据。

关键词：防爆灯外壳挤压成形结构优化工艺参数模具寿命预测

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