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32 材料工程/2013年3期 分流模挤压非对称断面铝型材 有限元数值模拟分析 —— — FEMSimulationofanA1alloyProfilewithNon-symmetrical CrossSectionDuringPortholeExtrusion 黄东男,于 洋,宁 宇。,马玉 (1内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特010051; 2北京航空材料研究院,北京100095;3中汇国际钢铁冶金部,北京100020) — HUANGDongnan,YUYang,NINGYu。,MAYu (1SchoolofMaterialsScienceandEngineering,InnerMongoliaUniversity ofTechnology,Hohhot010051,China;2BeijingInstituteofAeronautical Materials,Beijing100095,China;3IronSteelDepartmentofZhonghui InternationalInsuranceBrokersCo.,Ltd.,Beijing100020,China) 摘要:采用了一种基于Deform-3D结合Pro/Engineer的对分流模挤压过程中焊合面相互穿透网格进行重构的技术,并 对空心型材分流模挤压过程中金属的流动行为、温度场及模芯受力情况进行了模拟分析。结果表明,网格重构技术对于 空心型材挤压的数值模拟具有可行性,可实现焊合面与对称面不一致(非流动对称面)空心型材的分流、焊合及成形的挤 压全过程的仿真,从而为研究挤压全过程(尤其是焊合过程)的金属流动行为、模具结构的合理性、变形体的温度场分布 情况、焊合阶段模具的受力等提供了一种新的计算分析方法。 关键词:分流模挤压;网格重构;数值模拟;Deform一3D— doi:10.3969/j.issn.10014381.2013.03.007 中图分类号:TG379 文献标识码:A —— 文章编号:10014381(2013)03~003206 — — Abstract:AmeshreconstructiontechnologyofweldingplaneisintroducedbasedonDeform一3Dand Pro/Engineersoftware.Applyingthetechnology,themetalflowingbehaviors,temperaturefieldsand mandrelstressdistributionsduringthewholeextrusionprocessesoftwohollowprofilesareanalyzed. Theresultsshowthat,thereconstructiontechnologyiseffectiveforsimulationthewholeextrusion process(includingdividing,weldingandforming)ofhollowprofileswithirregularcrosssection.The — meshreconstructiontechnologyprovidesanewmethodtoinvestigatethemetalflowingbehavior,die structureoptimization,temperaturedistributionofingot,diestressduringweldingstageofporthole extrusion. Keywords:portholeextrusion;meshesreconstruction;numericalsimulation;Deform一3D 铝合金空心型材分流模挤压成形时,由于金属 在高温且密闭的模具中流动,通过物理模拟方法较 难获得准确全面的金属流动变形规律,而采用有限 元数值模拟技术对整个挤压过程进行仿真,通过对 变形体和模具所受的温度场、速度场、应力场、应变 场等物理量的分析,预测制品成形质量,进而减少甚 至替代传统模具设计过程中的反复试模工作,对提 高生产效率和产品质量、降低生产成本具有重要意 义卜。 国内外大学通过有限元法对圆管、方管、冷凝器 管、口琴管的分流模挤压过程进行了模拟分析,获得了 挤压过程金属流动行为、死区分布、挤压力变化、温度 场、模具受力及焊合质量等信息[5]。然而以上的模 拟分析只能针对型材断面具有对称性,同时焊合面可 简化为刚性对称面,从而可采用l/2或1/4几何模型 进行计算的空心型材。而对于非对称断面型材由于无 法采用i/2或1/4几何模型进行计算,模拟时存在焊 合面网格的穿透与分离的缺陷,最终导致挤压过程模 拟无法完成,因此不能分析此类空心型材挤压过程的 金属流动变形行为,无法准确获得分流孔配置等对焊 合面位置、焊合质量、型材成形质量的影响,难以为合 理的模具结构尺寸设计提供足够的信息。 分流模挤压非对称断面铝型材有限元数值模拟分析 37 温度场分布、焊合阶段模具的受力情况等提供了一种 新的计算分析方法。 (3)可预测非对称断面空心型材挤压模具结构的 合理性及挤出型材质量,从而为此类型材的分流模挤 压模具结构与尺寸的合理设计及实际生产提供参考。 (4)焊合面网格重构技术目前存在的主要问题 为,满足焊合面重构准则的焊合面网格模型提取及 修复过程皆为人工干预,对于焊合面较多的型材时, 修复过程耗时较长。为此以后工作需要对修复过程 进行程序开发,完成焊合面的自动修复重构,从而提 高计算效率。 参考文献 Eli村上哲.7',L,=厶合金押出材E加工技衍EJ].塑性加 — 工,2008,49(567):2530. — MURAKAMIS.Adoptionofaluminumextrusionanditstechnol ogy[J].JournaloftheJapanSocietyforTechnologyofPlasticity,— 2008,49(567):2530. 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