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技术文档 工艺参数对铝型材挤压变形的影响

2019-10-23作者:铝业快讯来源:725xs.com次阅读

    在铝型材挤压变形规律的长期研究过程中,许多研究结论都表明铝型材挤压变形规律受到了诸多因素的影响,所以,我们有必要进一步分析铝型材挤压变形规律中工艺参数的影响特点。
    一、铝型材零件设计工艺分析
    铝型材零件因其自身轻巧耐用、抗腐蚀性良好且加工性能优越等特点,在工程领域内得到比较广泛的应用,那么在铝型材零件设计过程中,应当结合工程实际要求以及产品特点来对零件的使用材料进行合理选取,通常情况下,6063铝合金是比较常用的铝合金型材材料,其与其他牌号的铝合金相比,更具机械加工性能,在淬火过程中的敏感性较低,其表面杨化着色性能较好。
    在对铝型材的加工尺寸精度进行设计的过程中,应当结合《铝及铝合金挤压成型尺寸偏差》中关于铝型材高精度等相关要求,来对铝型材进行科学化设计。在铝型材断面图的设计过程中,明确型材代号、图形、材料以及横断面面积等内容,并在技术要求中标注好型材尺寸公差的依据标准,其确保铝型材设计的合理性,从而为铝型材零件设计及加工工序的顺利进行奠定坚实的基础。
    设计人员应当注意的是,在对铝合金型材进行标记的过程中,应当对材料牌号,热处理状态、型材代号以及型材执行标准代号等进行完整的标记,在图纸文档内,直接选用相关设计手册内所列举的铝型材进行应用时,可以免去另行绘制铝型材的截面图纸的程序,直接对加工零件图进行绘制即可。若需要设计人员另行设计新型型材截面,则需要设计人员对型材截面和最终零件的详细图纸进行分别绘制,并确保铝型材零件图分别出现。
    相关设计人员仍要注意的是,新设计的型材截面图纸在归档的过程中,应当在图纸的技术要求内对型材的开模厂家进行标注,从而为铝型材零件的后续加工提供可靠的基础。夹具的设计解决了以下三个问题。
    定位合理。利用钻模制出的工件上的孔作工艺孔,型材铣夹具选择型材的内侧面作为工艺基准,用插销与夹具相应孔销接,调正位置后,以夹具长向端面定位,配以虎钳夹紧,这样加工定位就解决了工件在端部斜边加工后基准丧失而造成无法定位的难题。
    装夹可靠方便。夹具尺寸按虎钳高度和型材尺寸综合确定,直接用虎钳装夹,无需增加垫铁、垫块。
    随用性强。一副铣夹具利用其相应的定位销孔,可顺利加工全部型材机箱零件的四个45°斜边。
    二、工艺参数对铝型材挤压变形规律的影响
    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。
    三、结束语
    综上所述,铝型材具有强度高、重量轻、耐腐蚀、外表美观等优点,其应用日益广泛。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。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。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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