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        平面分流組合模工作帶長度優(yōu)化研究

        2017-09-12 15:29:52唐妍
        山東工業(yè)技術(shù) 2017年18期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)化

        摘 要:本文建立了工作帶長度設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型,以某空腹型材為例,構(gòu)建平面分流組合模具模型,數(shù)值模擬出熱擠壓過程中金屬流速的變化規(guī)律;并對金屬流出工作帶后的速度分布進(jìn)行定量分析,數(shù)值模擬結(jié)果表明本研究對平面分流組合模工作帶長度的優(yōu)化是有效的。

        關(guān)鍵詞:空腹型材;工作帶長度;優(yōu)化

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.031

        平面分流組合模一般適用于空腹型材的熱擠壓成型,工作帶是擠壓模具中垂直模具工作端面用以保證型材外形、尺寸和表面質(zhì)量的區(qū)域。由于工作帶和變形金屬間的摩擦阻力可調(diào)整金屬流速,因此合理設(shè)計(jì)工作帶長度,可有效提高型材斷面各處金屬流速的均勻性,防止型材出現(xiàn)變形與開裂的缺陷。

        目前,計(jì)算設(shè)計(jì)型材擠壓模工作帶長度的方法主要有補(bǔ)充應(yīng)力法[1]和企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)等。這些方法主要是依靠大量實(shí)驗(yàn)或企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)知識對工作帶長度進(jìn)行反復(fù)修正,導(dǎo)致生產(chǎn)周期長、耗費(fèi)成本高,且無法用具體數(shù)據(jù)定量分析優(yōu)化原因。本文建立工作帶長度設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型,以某空腹型材為例,通過對金屬流出工作帶后的速度分布進(jìn)行定量分析,優(yōu)化了工作帶長度,保證了該型材的尺寸和外形質(zhì)量,為平面分流組合模具中工作帶長度的優(yōu)化提供了有效參考。

        1 工作帶長度設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立[2]

        2 數(shù)值模擬模型的建立

        2.1 模具模型的建立

        以50mm×50mm,壁厚2mm的空腹型材為例(見圖1)。設(shè)計(jì)下模工作帶長度見圖2。

        2.2 工藝及模擬參數(shù)的設(shè)定

        坯料材料選擇Al6063,坯料尺寸200mm×60mm,設(shè)置預(yù)熱溫度為480℃;上、下模模具材料選擇H13,預(yù)熱溫度450℃;擠壓速度3mm/s;整個(gè)熱擠壓過程的擠壓比=42.67。

        為節(jié)省模擬時(shí)間模擬凸模壓下量選擇48mm,此時(shí)擠壓已進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài),設(shè)置模擬網(wǎng)格尺寸為1mm。

        2.3 金屬流速判據(jù)的設(shè)定

        3 模擬結(jié)果分析

        由于空腹型材截面對稱,取其1/8部分進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,并在中性面及型材內(nèi)外層面上以1mm為間隔分別追蹤25個(gè)點(diǎn),得出各點(diǎn)的具體速度值,來定量分析金屬流動(dòng)情況。

        由圖3可以看出,中性面上的流速并不均勻,后8個(gè)點(diǎn)的速度較前14個(gè)點(diǎn)略大;同時(shí)內(nèi)層金屬流速比外層金屬流速大很多,導(dǎo)致了方管鋁材出現(xiàn)整體外擴(kuò)的現(xiàn)象;同時(shí)由表1可知,有7個(gè)點(diǎn)數(shù)值不符合判據(jù)要求。因此應(yīng)應(yīng)加大阻止里層金屬流動(dòng)的模芯工作帶,同時(shí)模芯工作帶長度要不小于模孔最大工作帶長度。

        優(yōu)化后的模孔工作帶如圖4所示,模芯工作帶尺寸也由優(yōu)化前的9mm調(diào)整為9.5mm。

        由圖5可知,工作帶經(jīng)過優(yōu)化后,金屬流動(dòng)速度較為理想,平均值達(dá)到109.4mm/s,同時(shí)由式2.1得出的16個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)流速分布因子(見表2)可知,數(shù)值符合流速穩(wěn)定性的要求。

        4 結(jié)論

        本文以某空腹型材為例,建立了工作帶長度設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型,用Pro/E軟件構(gòu)建平面分流組合模模型,數(shù)值模擬出熱擠壓過程中金屬流速的變化規(guī)律;通過對金屬流出工作帶后的速度分布進(jìn)行定量分析,優(yōu)化了工作帶長度,保證了空腹型材質(zhì)量,數(shù)值模擬結(jié)果表明,本研究對平面分流組合模工作帶長度的優(yōu)化是有效的,可為空腹型材熱擠壓模具的設(shè)計(jì)及企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐提供依據(jù)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]劉靜安.鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)、制造、使用及維修[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1999.

        [2]閆洪,夏巨諶,包忠詡等.型材擠壓模工作帶長度設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)學(xué)建模[J].塑性工程學(xué)報(bào),2002,3(09):70-73.

        [3]林高用,陳興科,蔣杰等.鋁型材擠壓模工作帶優(yōu)化[J].中國有色金屬學(xué)報(bào),2006,4(14):561-566.

        作者簡介:唐妍(1983-),女,江蘇鹽城人,碩士,講師,主要從事塑性成形數(shù)值模擬研究。endprint

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