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铝合金带筋筒形件成形数值模拟研究

铝合金带筋筒形件成形数值模拟研究 2011年12月03日 来源： 为了减轻质量和增加刚度，某些耐高压壳体类零件选用质量轻、强度高的铝合金，结构多采用纵、横内筋结构，这给构件的加工带来很大的困难田。研究金属塑性成形流动的方法有物理模拟和数值模拟两种。前者周期长、投资大沮整个变形过程难以_直接观察;后者免去大量的物理模拟，从而有效地节省投资，节省人力物力，缩短设计时间和生产周期团。本文通过数值模拟研究了铝合金带筋筒形件的金属流动规律，并得出了挤压温度与筋高的关系，为实现生产提供了理论依据。1 零件成形工艺方案的确定本零件材料为防锈铝合金LF6,零件图如图1所示。该件为纵、横内筋结构件，纵向有10条筋，横向有2条筋，宽度为10 mm，突起为5mm,成网格状。本例采用单工步等温挤成形工艺，即下料，均匀化处理(400℃保温6 h,然后再升温到480℃保温6h)，去除氧化皮一成形，冷整形。

2 三维数值模拟模型与条件加载2.1 模型的建立有限元模型是对物体实际模型的简化，根据本零件的对称性，仅取整个坯料的1/6作为模拟对象。采用Pro/E软件对模具进行三维造型，然后导人MSC/Marc软件，建立模型图。模拟分析简图如图2所示。采用MSC/superform软件进行模拟分析。

2.2 模型参数定义模型几何参数凸模压下速度为1 mm/s，坯料由边长为2.75 mm的5 537个六边形单元组成，在变形过程中当单元的边长超过3mm时，对网格进行自动重划分。模型材料参数模型中材料为asm_Alum_21,弹性模量为70GPa，泊松比为0.3，密度为2.64 g/cm3。摩擦系数凸凹模的摩擦系数为0.2。2.3 挤压过程金属流动规律图3表示带筋筒形件毛坯挤压成形过程中不同阶段的变形网格图。从图中的网格变化看出，筒体区域变形较小，零件的塑性变形主要集中在筋部位。随着凸模向下运动和凸模镶块的径向运动(水平运动)，网格筋逐渐被充满，变形最剧烈的区域就是纵横筋的交叉部位，剧烈的变化导致畸变的网格数目越来越多，中间进行了网格重划分。

2.4 不同温度与筋高的关系图4分别对不同温度进行了数值模拟，其温度与成形筋高的关系。可以看出，随着坯料加热温度的升高，毛刺有所减少，这是因为温度上升后坯料的变形抗力下降的结果。因此温度的升高，对变形趋于均匀化有利。温度越高所成形筋高越高，但挤压温度过高不仅会发生过烧现象，容易发生裂痕，而且容易和模具产生粘结。挤压温度过低，对设备要求高，而且容易使模具发生变形0故挤压温度应选择440℃左右为宜。

3 结论(1)通过对6种不同的挤压温度进行数值模拟，得出挤压温度应选择440℃左右为宜口(2)由模拟结果可知，筋高随着挤压温度的升高而升高。(3)数值模拟可减少零件塑性成形时实验工作量，为其毛坯合理的选择及模具结构的优化提供科学的依据。(end)

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