工艺参数对铝型材挤压变形的影响
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      铝型材挤压工艺和模具结构参数是设计工作的重要内容,对于同样的模具结构参数,挤压工艺参数的选择也是挤压工艺成功与否的关键因素,其中,挤压速度和摩擦条件直接影响挤压力、型材精度、表面质量、模具寿命和生产效率,是挤压工艺中的重要工艺参数。

      研究金属在挤压时的塑性变形规律是非常重要的,因为它与挤压制品的组织、性能、表面质量、外形尺寸和形状精确度以及模具设计原则、模具的寿命等都有着十分密切的关系。坐标网格法、低倍组织法、视塑性法、光塑性法、云纹法以及硬度法等是研究挤压变形规律的主要方法。

      由于物理模拟很难单独考虑某个工艺参数对金属成形过程的影响,并且具有周期长、费用高等缺点,因此,通常需要借助于理论分析的手段来研究金属塑性变形规律。随着计算机技术和有限元方法的迅速发展,利用塑性有限元法建立金属塑性成形过程的数学模型已引起人们的广泛重视。


    数值模拟技术可以方便地确定金属塑性成形过程各个阶段所需的变形功和载荷,获得工件的内部应力、应变、温度分布和金属流动规律,获得模具的应力、应变、温度分布和合理结构,预测工件的成形形状、残余应力、缺陷、晶粒的粒度和取向分布,是当前研究金属塑性变形规律的主要方法。在不同摩擦因子和挤压速度条件下进行数值模拟,得到的下模载荷曲线的形状基本相同。 


      峰值产生于压下量为6mm,即挤压材料前端已流出工作带的时刻。这时材料变形程度达到最大;此后,材料不断从工作带流出,变形区不再变化,但坯料的体积和摩擦面积逐渐减小,变形抗力和摩擦力都随之减小,所以模具受力会逐渐降低,后受多种因素如温度等的影响,使载荷趋于稳定;挤压末期,坯料末端参与变形时,变形抗力增加,挤压力再次升高。随着摩擦因子的增加,下模载荷基本呈线性增加,挤压速度为10mm/s时,在纯粘着状态(m=1)比纯滑动状态(m=0),下模负荷增加幅度约为16%。说明,改变模具表面粗糙度或润滑状态,可以明显改变模具载荷,可以通过提高模具表面质量来显著降低挤压力,降低模具开裂和磨损等缺陷产生的机率,延长模具寿命。


    另外,还可看出,挤压速度对挤压力变化影响不大。因为挤压速度越大,温升越高,降低挤压材料的流动应力,抵消了由于变形速度增加带来的对变形抗力的影响。 


      质点速度随着摩擦因子的增加而降低,m=1时比m=0时的速度降低11.6%,这是因为在挤压筒内很高的压力下,挤压筒、模具与坯料粘着在一起,接触表面的摩擦力阻碍材料的流动,说明通过改变模具表面粗糙度、润滑状况,或者局部改变工作带长度都可以明显影响型材出口流动速度。因此,在复杂形状铝型材挤压模具设计中,可以通过上述方法调整不同部位材料流速,达到型材截面上质点流速的均匀性,保证型材端面齐整和减少内应力。 


      采用有限元模拟技术,对不同挤压工艺参数下铝型材挤压过程进行了数值模拟研究,得到了挤压比、摩擦因子等工艺参数对挤压压力、流速均方差和型材试件内应力应变分布影响的变形规律。 


    (1)流速均方差作为评价塑形变形时金属流动速度不均衡性指标,对于保证铝型材挤压顺利完成具有重要的意义。 


    (2)挤压比愈大,挤压力愈大,压应力个数愈多,压应力数值愈大,愈不容易产生拉应力,对挤压成形愈有利。考虑到流速均方差也随之增大,当挤压比超过一定程度时,若挤压模结构尺寸设计不够合理时,流速均方差的增大容易造成因流速差异过大而导致挤压件产生弯曲、拧扭、裂纹等缺陷,甚至堵模现象。故挤压比不宜太小太大,实际生产中应合理选择挤压比的大小。 


    (3)摩擦因子愈小,流速均方差愈大,故实际铝型材挤压生产中应不进行润滑为宜。 


      由此可见,对铝型材挤压工艺和模具的设计也由依赖经验设计与试模修正转向依据理论指导,以提高设计成功率,更好地适应市场需求,增强企业竞争力。只有深入分析了铝型材挤压变形规律的具体因素,明确工艺参数对铝型材挤压变形规律的影响,我们才能够在今后的研究中更好的掌握其研究的思路和具体方法。


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