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国外挤压模有限元分析软件的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-03-22  来源:互联网  浏览次数:410

对铝型材的挤压过程进行数值模拟可以预测实际挤压过程中可能出现的缺陷,及早优化挤压模具结构设计、调整挤压工艺参数和有针对性的指明技术解决方案。国内外研究者们对此已做了许多工作。韩国的HyunWooShin等在1993年对非轴对称挤压过程进行了有限元分析,他们利用二维刚塑性有限元方法结合厚板理论将三维问题进行了简化,对整个挤压过程进行了不失准确的数值模拟,同时也减少了计算量。

计算机技术的应用,可有效减少试模次数,缩短设计开发周期。随着有限元数值模拟技术在挤压铝型材制造的应用,将把挤压模具的设计制造领进了一个新的发展阶段。这种基于有限元模拟技术的基础上的技术,具有多方面的优势:在模具初始设计后,可以在计算机上进行仿真试模代替现实试模,降低模具设计开发成本;大幅度缩短设计开发周期;为设计人员提供可靠的数据结果,给设计者优化设计模具提供系统的数据依据;更有利于设计知识的积累。近年来,许多国家都对铝型材挤压力学理论和数值模拟技术进行了研究,在设计模具提供科学性依据和指导模具生产方面,取得了一定的成果。

有限元是将某个工程结构离散为由各种单元组成的计算模型,这一步称作单元剖分。离散后单元与单元之间利用单元的节点相互连接起来;单元节点的设置、性质、数目等应视问题的性质,描述变形形态的需要和计算精度而定(一般情况单元划分越细则描述变形情况越精确,即越接近实际变形,但计算量越大)。所以有限元中分析的结构已不是原有的物体或结构物,而是同新材料的由众多单元以一定方式连接成的离散物体。这样,用有限元分析计算所获得的结果只是近似的。如果划分单元数目非常多而又合理,则所获得的结果就与实际情况相符合。

对于变形模拟,于沪平等采用塑性成型模拟软件DEFORM,结合刚粘塑性有限元法函数法对平面分流模的挤压变形过程进行了二维模拟,得出了挤压过程中铝合金的应力、应变、温度以及流动速度等的分布和变化。刘汉武等利用ANSYS软件对分流组合模挤压铝型材进行了有限元分析和计算,找出了原模具设计中不易发现的结构缺陷。周飞等采用三维刚粘塑性有限元方法,对一典型铝型材非等温成型过程进行了数值模拟,分析了铝型材挤压的三个不同成形阶段,给出了成形各阶段的应力、应变和温度场分布情况以及整个成形过程中模具载荷随成形时间的变化情况。对于压力场,闫洪等在2000年利用ANSYS软件作为平台,对壁板型材挤压过程进行了三维有限元模拟和分析,获得了型材挤压过程的位移场、应变场、应力场。

对实际铝型材挤压中工艺参数选择和模具结构尺寸的修正起到了重要指导作用。对于挤压过程的摩擦与润滑分析,1997年,俄罗斯的VadimL.Bereshnoy等[13]对摩擦辅助在直接和间接挤压成型硬质铝合金中的技术进行了研究。该技术的发展和应用使生产效率和质量都得到了大大提高。美国的PradipK.Saha[14]在1998年对铝型材挤压成型中热动力学和摩擦学进行了研究。他采用热力学数值模拟法构造了3种不同的实验模型,分析了模具工作带和流动金属接触面上的摩擦特性,还对坯料温度和挤压过程中产生的热量对模具工作带所产生的温升的影响、并进行了实际测量验证;研究表明,挤压过程中的摩擦对铝型材的精度和表面质量有直接影响,模具工作带的磨损过程取决于挤压过程中的热动力学性能,挤压热动力学性能又受到挤压变量的严重影响。

在二次开发方面,国内的一些研究进展也值得关注。陈泽中、包忠诩等通过系统集成和二次开发,建立了基于UG和ANSYS的铝型材挤压模CAD/CAE/CAM系统,并对分流组合模进行了CAD/CAE/CAM研究,有效提高了模具设计制造效率。深圳大学的李积彬用C语言编写了铝型材挤压模具参数设计的程序,以流程图的形式详细引导铝型材挤压模具的设计过程;以人机对话的形式实现铝型材挤压模具参数的优化设计。兰州铁道学院的段志东通过ANSYS提供的强大的前后处理和求解功能平台,通过在ANSYS应用程序中添加自己的铆钉有限元程序,介绍并总结了用UIDL对ANSYS进行图形用户界面二次开发的一般步骤和规律,铝型材为用户在扩充ANSYS功能、建立自己专用程序的同时建立起对应的图形驱动界面提供了有益的帮助。江苏戚墅堰机车车辆工艺研究所的盛伟以ANSYS软件为平台,进行金属塑性成形过程模拟软件的二次开发,并应用该软件对锻件塑性成形过程进行了模拟,为提高锻件质量、预测金属成形中的缺陷、制定合理工艺提供了理论依据。

但总的说来,这些研究多侧重于理论化,一种真正适合普通设计制造人员使用的挤压模有限元分析软件在国内几乎还没有。有些二次开发在具体应用上也有很大的局限性,所以对现行有限元软件的用户化研究,使之能更好的应用于挤压模具的设计就成为当务之急。 

 
 
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