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推拉门铝材模具变形的模拟设计方案
更新时间:2019-4-23           点击率1601:


推拉门铝材模具技术是一种金属近净成形技术,揉捏成形得到的型材产品,仅需少量加工或不再加工,即可到达产品的运用要求,具有准确的外形、较高的规范精度、形位精度和较好的外表粗糙度。铝合金型材揉捏成形归于金属热塑性成形,成形进程受成形速度、成形温度、变形程度等多种要素的影响。由于金属热膨胀、模具弹性变形、金属活动快慢等原因,推拉门铝材模具成形部位的规范和产品终究要求获得的规范并不完全相同。在实践规划出产制造中,模具的成形规范往往是由规划人员按照惯例规划阅历承认。但随着铝工业和揉捏技术的发展,对揉捏产品规范精度的要求越来越高,对产品的公差规划、平面度、垂直度等几何规范要求限制越来越严厉。因此,由于规范精度超差,外表质量等要素形成推拉门铝材模具不合格的比例在不断添加,已经成为铝合金揉捏模具规划制造中急需解决的问题。传统的阅历规划方法通过以往的阅历,“大致”的承认模具的预变形量,加工制造出推拉门铝材模具后再通过试模、丈量的方法,检查型材产品是否到达规范要求,未能到达要求的推拉门铝材模具再对规范进行批改调整,直至模具到达规划要求。整个进程归于一个试错的规划进程。

这样的规划方式往往会导致模具出产维修本钱的添加,有时甚至会由于规范预留的不到位,导致模具作废。本文通过数值仿照的方法,对杂乱的型材模具在作业条件下的弹性变形进行定量的分析。通过数值分析方法,能够对模具的弹性变形定量的作出判别和规划,然后大大的前进规划的成功率,下降出产本钱。


1.推拉门铝材 模具规划方案

图1(a)所示是一个具有多空心结构的杂乱的型材产品。产品未标明方位的壁厚要求为2.0mm。查验以上下公差 mm之内为合格产品。

图1(b)为推拉门铝材模具规划方案首要结构示意图。模具整体外形规范为Φ220×140mm,其间上模总高为97mm,上模厚度为70mm;下模总高为77mm,装置外形规范为70mm,焊合室深度为15mm,推拉门铝材模具作业带高度散布如图1(c)所示。

由于铝合金揉捏成形是在四、五百多摄氏度的高温下进行,而成形后的型材产品一般是在常温下运用。因此,产品的规范在查验时需要在常温下满意规范要求。在承认模具规范时,首要要对金属挤出后的冷却缩短预留余量。又由于在工业出产中,型材壁面规范超负差只需要对规范要求超差的推拉门铝材模具进行打磨或切开将模孔出口的规范加大,修补或调整较为简略;而若规范超正差,进行规范调整时则需要在模具上补焊上金属材料,再从头进行线切开、打磨等工序,修整费时较多。所以在预留规范余量时,尽量接近规范要求的负公差规范进行预变形。在本次实验中,首要在产品要求规范各壁面上,按原产品图纸要求,先对型材整体作比例为1.01的扩大,再对推拉门铝材各个壁面的壁厚添加0.05mm作为实验模具的规范。揉捏进程中铝合金坯料的预热温度为480°C,推拉门铝材模具的预热温度为430°C。揉捏速度设定为3mm/s。

2. 推拉门铝材模型的建立

2.1推拉门铝材几何模型

核算模型根据材料的不同分为两个部分,变形体部分和模具部分。而变形体又根据金属活动的不同区域,可分为揉捏棒料区,模腔区,作业带区和型材区四个区域。其间前两个区域选用四面体四节点单元,后两个区域选用三棱柱六节点单元。而对模具部分,推拉门铝材模具与变形体触摸部分的网格节点与变形体的网格节点重合,推拉门铝材模具部分选用四面体四节点单元。装置后的有限元网格模型如图2所示,模型的网格单元总数为1315812个,节点总数为403389。

2.2 推拉门铝材数值仿照的基本理论

关于铝合金推拉门铝材在揉捏进程中的金属活动进程,选用任意拉格朗日欧拉法(ALE)对其进行描绘。任意拉格朗日欧拉法[1-2]的思维是将核算网格界说为独立于物质构形和空间构形的参看构形,以及相应地将核算网格点界说为独立于物质点和空间点的参看点,即在ALE描绘下核算网格的运动是独立且自在的,如图3所示。

在惯例的Lagrange方法中,材料的运动可用下式给出:

x = Φ (X, t)       (1)

式中,X是物质坐标,函数Φ (X, t)将物体从初始构形V0映射到现时构形或空间构形V。在ALE描绘中,将其称为材料运动。

在Lagrange描绘中,参看构形是某个时间的真实构形;而在ALE描绘中,选用的是另一类用户规划的参看域 ,如图1所示。这个域称为ALE域。在这个域中点的方位用χ标明,χ也称为参看坐标或ALE坐标。它与物质坐标的联系是:


χ = Ψ (X, t)       (2)

参看域的初始值为初始构形时,即

χ = Ψ (X, 0) = x = Φ (X, 0)    (3)

用参看域描绘网格的运动,独立于材料运动。在ALE描绘中,网格的运动能够标明为 

          (4)

即ALE域 内点χ到空间域V中的点x的映射。

2.3 推拉门铝材材料模型

本文的研讨中,关于6063铝合金,选用双曲正弦流变应力模型[3-4],如式(5)所示,各参数的取值如表1所示。 

关于模具材料,选用运用最广泛的是热作模具钢4Cr5MoSiV1,也称H13钢。铝合金型材揉捏推拉门铝材模具在作业时,在热应力和机械应力的作用下,首要是发生弹性变形,当推拉门铝材模具的规划方案不合理或许由于其它原因,负载较为恶劣时,模具部分方位或许会发生塑性变形,导致模具失效。模具材料在弹性变形规划内时,其应力分量与应变分量之间满意广义虎克规律。材料的各性能参数如下:

弹性模量 E = 210 GPa;

材料密度 ρ =7.870 × 103 kg?m-3;

泊松比 ν = 0.35;

比热 C = 460 J/kg?°C;

热传导系数 k = 24.3 W/m?°C。

2.4 实验方案

本次实验推拉门铝材模具外形装置规范为Φ220×140mm。根据揉捏设备的运用规范以及实验条件,揉捏实验挑选在1300T的揉捏机上进行,如图4(a)所示。揉捏坯料选用棒径为Φ150mm的6063-T5铝合金铸棒。揉捏实验揉捏杆行进速度设定为5mm/s,坯料的预热温度为480°C,推拉门铝材模具预热温度为430°C。图4进行实验后模具实物图。 

3. 效果与评论 

3.1推拉门铝材挤出速度效果

将型材按如图5(a)区分为53个不同的区域,分别截取各个区域的中心方位单元节点的金属挤出速度数据,速度场云图与获得数据曲线列于图5(b)。型材整体的挤出平均速度为97.4mm/s,核算得到的RSDV值为28.2%。出口的速度场差异偏大。而再对型材各壁面的挤出速度进行分析,发现FG,EN和AG边的挤出速度偏大,而CK,JL,BJ,DM边的挤出速度偏小。

从图5(b)能够看到,推拉门铝材型材在模芯中心部位B到F边的挤出速度改变最大,而其它壁面的速度差异并不大。从图5(c)能够得到,型材整体左边部分的挤出速度比右边部分快,底边部分比顶部快。

图5(d)为揉捏实验的获得的料头样板。揉捏料头的左边壁面对应的图5(c)左边G-F-E-N的壁面,实验效果该处方位的金属挤出速度最快,使料头产生从左往右的偏转。中心方位对应的是图5(c)右上方的模芯部位,实验效果该部位的金属挤出的速度最慢。实验标明,数值仿照效果与实验效果有很好的契合。

3.2 推拉门铝材规范效果

图6(a)所示为揉捏实验截取的推拉门铝材样板截面,图6(b)所示为数值仿照的模具的变形效果。从揉捏实验的样品效果能够发现,铝型材能够安稳成形,各型材壁面的平直度均能够到达出产的要求。由于本次实验型材的壁厚在1.2mm到2mm之间,而型材截面最宽的壁面为AG边的壁面,为44mm,并且在AG边中心分别有两处装置卡脚,整个型材没有很宽的平直壁面,因此铝型材结构的出材安稳性能较好,简略获得平坦的铝型材产品。所以虽然核算的速度场均匀性较差,但实践的揉捏效果仍能获得平坦的型材产品。


在图6(a)中,以左边平模方位的壁面为基准,推拉门铝材将该壁面放置在正90°的方位,图6(a)中的深色实线为通过基准线偏移或许垂直获得的参看线。从图中能够看出,左上方的空心截面有明显的逆时针方向的偏转;右上方的空心截面则有细微的顺时针方向的偏转;下方的空心截面有细微的逆时针偏转,并向左侧偏移。对比图6(b)的推拉门铝材模具模芯变形情况的仿照效果,能够发现仿照效果的变形趋势与实验效果相同。

再相同按照图6(a)对型材各边的区分,对各条边的壁厚的实验效果和仿照效果进行丈量,得到表2、图7效果。图7(a)为不同方位的壁厚实验效果和仿照效果的对比,其间,横轴对应为表2的编号,纵轴为型材壁厚。从图7(a)能够看到,实验效果和仿照效果契合杰出。又由于铝合金型材产品对壁厚的公差要求在 mm之间,而型材的壁厚在1.2mm到2.0mm之间,两者之间数量级相差较大,为了更准确的比较实验的丈量效果与数值仿照效果。将最后的型材产品的壁厚减去对应方位模具的壁厚空地,得到图7(b)的曲线,相同的横轴坐标为表2给定的编号,纵轴为出材规范和推拉门铝材模具规范的差值。图7(c)所示为实验效果与仿照效果之间的过失量,对照表2,过失最大的方位发生在CD边上,为0.09mm。其它方位的实验效果与仿照效果的过失都在0.05mm规划之内。可见,数值仿照效果能够较好的反映模具实践的弹性变形情况,与实验效果相契合。

4. 定论 

将任意拉格朗日欧拉法(ALE)和弹塑性有限元理论应用于铝合金揉捏成形及模具的数值仿照研讨,对一款典型的非对称多模芯的推拉门铝材截面的模具弹性变形对铝型材壁厚的影响,以及金属的活动和模具的应力负载进行了详细的分析,仿照和实验效果契合杰出。从分析可见,通过数值仿照结合阅历规划,对杂乱铝型材模具的壁厚定量的猜想变形的规划方法,能够有效的前进推拉门铝材产品的规划精度和成功率。并且对特定的铝型材形状,其出口的速度不坚定在一个对应的规划之内时,推拉门铝材能够安稳成形。

       (1)提出了一种以数值仿照方法对推拉门铝材模具在作业条件下的弹性变形,通过准确的数值分析,能够对模具的弹性变形定量的作出判别和规划,然后大大的前进规划的成功率,下降出产本钱。

(2)对一款典型的非对称多模芯的型材截面的推拉门铝材模具弹性变形对型材壁厚的影响进行了详细的分析,有限元仿照和实验核算效果对比,过失在0.09mm规划之内,证明了该种方法在杂乱模具的弹性变形猜想规划上的可行性和准确性。


(3)从本文金属活动速度场的分析能够发现,推拉门铝材金属挤出模孔速度的均匀性不是型材成形的仅有条件。虽然挤出模孔的料头试件速度不均匀,但型材终究仍能安稳出材,可见对特定的型材形状,其出口的速度不坚定在一个对应的规划之内时,型材能够安稳成形。

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