空腹铝型材挤压过程的数值模拟

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1、摘要空腹铝型材挤压过程的数值模拟研究生姓名：唐妍导师姓名：高锦张副教授单位：东南大学摘要本文以A16063空腹型材为研究对象，通过三维造型软件Pro／E构建空腹铝型材平面分流组合模模型，利用模拟软件对型材挤压过程进行了模拟分析，实现了对模具参数的优化。本文分别采用有限元法和有限体积法对两种不同截面矩形空腹型材的挤压过程进行模拟。结果表明对于大体积变形过程，有限元网格畸变严重，模拟容易失败。而有限体积法避免了有限元法中的网格频繁重划，可有效获得挤压过程中的挤压力行程曲线、应力应变分布、温度场分布以及各处的金属流速情

2、况，且模拟精度及运算效率都比有限元法高。本文从工艺参数、模具结构两方面系统地模拟分析了影响挤压成形过程金属流动、应力应变、温度分布及模具载荷的因素，探讨了模具设计优化的判别条件。结果表明使用由高到低线性分布的挤压速度，可有效降低挤压件温升和模具载荷；不同的摩擦因子对挤压件内部温度影响极小，摩擦热可通过模具完全散失；模具载荷随焊合室高度的增加而减小，存在合适的焊合室高度使得挤压件出口速度分布均匀；创新性地将流线模型引入平面分流组合模分流孔的设计中，有效降低了型材挤压过程中挤压力大小。为进一步提高有限体积模拟精度，降

3、低计算时间，本文还创新性的将分步原则引入到空腹犁材挤压的模拟中，有效解决了仿真过程中有限体积法对计算机内存要求过高问题。提出了金属流速的判据并以修正工作带长度的方式来调整金属出口速度，实现了对铝型材矩形管挤压模具准确快速的设计。关键词：平面分流组合模；空腹型材；有限元；有限体积；数值模拟AbstractNUMEIUCALSIMULA’TIoNoNHoLLOWALUMINIUMPRoFILEEXTRUSIoNPRoCESSByTANGYahSupervisedbyProf．GAOJin-zhangSoutheast

4、UniversityWiththedevelopmentofCAD／CAEtechniqueinproduction,A16063alloyhollowpipeprofileisanalyzed．TheportholediesaredesignedbyusingCADsoftware-Pro／Engineerandtheprocessesofextrusionaresimulatedbysoftware-softwareDeform·3DandSuperforge．Finiteelementmethod(FEM)

5、andfinitevolumemethod(FVM)arebothusedtosimulatetwodifferenthollowprofileextrusionprocessesrespectively．FEMresultsshowthatrezoningisunavoidableduringthesimulationprocessespeciallyinthelargedeformingprocess，whichleadstothelongcomputationtimeandtheprecisionloss。

6、FVMcaneffectivelyavoidthefrequentrezoningandshowtheloadformationcurve，stress，strainandtemperaturedistributionandmetalvelocityclearly．ThereforeitiseasytograsptheflowruleofmetalSOastofurtheroptimizethediestructure．Itisalsosystematicallydiscussedhowtechnicsandge

7、ometryfactorsinfluencethemetalflOW,stress，strainandtemperaturedistributions，whichCanbecomereferencesfordieoptimization．ResultsshowthatlineardecreasingextrusionvelocityCaneffectivelydecreasetheextrudate’Stemperatureincreasementanddieload；differentfrictionfacto

8、rshavelittleinfluenceonextrudate’Stemperature，frictionheatCallcompletelydissipateduringtheextrusionprocess；theincreasingofweldingchamberdepthcandecreasethedieloadandthereisanappropriatewe