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一种基于数值模拟的等温挤压速度曲线获取方法技术

技术编号:10273328 阅读:179 留言:0更新日期:2014-07-31 15:40
本发明专利技术提供了一种基于数值模拟的等温挤压速度曲线获取方法,依据坯料性能、挤压机调速范围,设置模拟挤压条件和挤压速度。依据实际的生产经验,设定有利于制品性能的出口温度。通过对待加工坯料进行多次等速模拟挤压,得出不同挤压速度的最高温度——挤压行程曲线。曲线与设定的出口温度相交,通过对这些数据点拟合,得到等温挤压挤压速度——行程曲线,进行函数关系变换,得到等温挤压挤压速度——时间曲线。把得到的挤压速度——时间曲线输入挤压机控制系统,控制挤压机柱塞速度变化,使制品温度保持稳定。本发明专利技术提供的方法可以提高制品生产质量,使其组织性能均匀稳定、促进挤压生产效率、改善挤压生产工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料科学
的金属材料挤压加工工艺,特别是提供了一种铝合金热挤压加工过程中的等温挤压速度曲线及获取方法。
技术介绍
挤压是对放在容器(挤压筒)中的锭坯一端施加压力,使之通过模孔以实现成形的一种压力加工方法,如图1所示。在铝及铝合金半成品中,挤压是主要的成型工艺之一,挤压产品占全部半成品的1/3,尤其是生产建筑型材。在挤压过程中,挤压出口温度是一个重要参数,它决定了挤压制品的组织性能是否均匀、挤压制品质量是否稳定的关键因素。通过仿真,挤压出口温度即为挤压制品的最高温度,它与坯料初始温度、挤压速度、挤压工具温度、挤压筒及模具摩擦、挤压系数等因素有关,出口温度难以通过理论计算进行预测和分析。传统的挤压方式是整个挤压过程保持恒定速度挤压,但这样的恒速挤压一般在低速下进行。如果速度过高而且始终保持恒定,挤压制品温度不断升高影响挤压制品质量。同时速度较大的等速挤压会使制品各个截面的组织不均、性能不稳定、模具损耗严重。因此工业上更希望实现等温挤压从而达到挤压过程最高温度保持稳定,改善制品组织均匀、性能良好、挤压效率提闻、1吴具损耗减小的目的。在工业上,实现等温挤压一般分为两种方式,一种是采用轴向上温度梯度分布的坯料进行挤压实现;另一种是通过改变随行程变化的挤压速度的方式实现。相比而言,第一种方式的坯料温度梯度值难以精确的确定,实现困难,而第二种方式运用较多。查阅文献有较多学者提出了速度变化的曲线实现等温挤压,但这样的速度标准没有实现等温挤压的依据,也没有给出这样的速度曲线是如何得来的。实现等温挤压是为了获得温度稳定的挤压制品,尽可能的实现制品轴向的组织均匀、性能稳定,满足工业生产需要。在此基础上更希望提高生产效率,降低模具磨损及生产成本。为了搞清提出的各种挤压速度曲线可以实现等温挤压,需要从实现制品温度恒定目的推出实现等温挤压的速度曲线是有必要的。获取的等温挤压速度曲线方法对工业挤压过程的挤压工艺优化有一定借鉴意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对铝合金的挤压工艺,提供一种简单可行的基于数值模拟的等温挤压速度曲线获取方法,把本专利技术方法得到的曲线输入挤压设备速度控制系统,能使挤压过程最高温度保持稳定,保证制品组织均匀、性能良好、提高挤压效率。本专利技术提供的的技术方案为:,包括以下步骤:步骤一:根据挤压制品选择挤压设备和坯料;步骤二:建立挤压模型;根据挤压设备的调速范围,选取多个进行模拟挤压的速度;设置挤压条件;设定出口温度;步骤三:采用deform软件进行多次等速挤压模拟,取出不同等速挤压情况下的最高温度——挤压行程曲线;步骤四:得到不同等速挤压情况下的最高温度一挤压行程变化曲线与设定出口温度的交点;步骤五:将上述交点通过η种不同方式拟合,得到相应的η条挤压速度一挤压行程曲线;n ^ 2 ;步骤六:根据不同的挤压速度一挤压行程曲线,进行多次模拟挤压,得到相应的最高温度一挤压行程曲线,对比不同的最高温度一挤压行程曲线,得出最优的挤压速度——挤压行程曲线,变换后得到的挤压速度——时间曲线作为等温挤压速度曲线;最后将得到的等温挤压速度曲线输入挤压设备的速度控制系统。进一步地,所述步骤五中的拟合方式包括阶梯函数拟合和反比例函数拟合。进一步地,所述步骤三中,先取出不同等速挤压情况下,挤压力一挤压行程曲线;再得到挤压力一挤压速度曲线;将不超过挤压设备额定挤压力80 %的曲线段中最大挤压速度值作为挤压初始阶段的速度。进一步地,所述步骤一中,挤压制品为7075铝合金,选择挤压设备为125丽卧式挤压机;挤压模具定径带长度6mm,模具入口半角0.5mm,挤压系数为10.6 ;还料尺寸直径630mm,长度1870mm,挤压制品尺寸200mm,挤压筒内径为650mm,长度2000mm,挤压垫片厚度260mm ;所述步骤二中,设定坯料初始温度为420°C,挤压垫片、模具、挤压筒初始温度为400°C,设定出口温度为490°C;根据125MN卧式挤压机调速范围O~30mm/s,取5mm/s、10mm/s、15mm/s、20mm/s、25mm/s、30mm/s进行模拟等速挤压,设定挤压行程为1850mm ;摩擦系数系统设定为0.4, 热交换系数取系统默认值llN/(mm.s.°C )。进一步地,所述等温挤压速度曲线为由反比例函数拟合得到的挤压速度——挤压行程曲线,为 [30Se [0,196)F = ^n7議 (1816.9245 SIW 5 e [196,1750]其中V为挤压速度,单位为mm/s, S为挤压行程,单位为mm。有益效果(I)简单直接,容易实现,不用事先对挤压坯料进行温度梯度加热,也不需用对挤压机添加辅助设备;(2)在实现制品温度稳定的基础上实现等温挤压速度曲线,通过合理调节挤压速度,确定坯料及挤压工具初始温度和挤压制品出模温度,即可确定不同的速度曲线。(3)在生产各种截面和压缩比的制品之前,需模拟各种等速挤压得到良好的速度曲线施加到挤压机控制系统。不同的截面,不同的坯料尺寸和制品尺寸都不会改变此种方法的有效性。【附图说明】图1为正向挤压棒材原理模型图;其中I为挤压筒、2为挤压垫片、3为挤压轴、4为模具,5为挤压制品;图2为最大挤压力——挤压速度曲线;图3为不同挤压速度下的最大温度一挤压行程的曲线;图4为阶梯函数拟合得到的挤压速度一挤压行程曲线;图5为反比例函数拟合得到的挤压速度一挤压行程曲线;图6 (a)为按图4拟合方式得到的挤压力——挤压行程曲线;图6 (b)为按图5拟合方式得到的挤压力——挤压行程曲线;图7 (a)为按图4拟合方式得到的最高温度——时间曲线;图7 (b)为按图5拟合方式得到的最高温度——时间曲线;图8为不同等速与拟合反比例函数下的最高温度——行程曲线。图9为实现等温挤压的挤压速度一时间曲线。【具体实施方式】以下将结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术方法以保持制品出口温度稳定为目标,得出等温挤压速度曲线输入给挤压机控制系统。等温挤压速度曲线的获取方法为:通过对不同速度下的等速挤压待加工坯料进行多次模拟挤压过程,拟合得到实现等温挤压的速度曲线。依据坯料性能、挤压机调速范围,设定有利于制品性能的出口温度。根据实际的生产经验,确定挤压工具的加热温度、摩擦系数、传热系数、环境温度、模具形状与尺寸及挤压系数,以等速度挤压工艺得出不同挤压速度的制品出口温度与挤压行程变化曲线。温度变化曲线与设定的出口温度相交,这些交点显示了不同挤压行程的速度值。通过对这些数据点的拟合,可以得到等温挤压速度随行程变化函数曲线,把得到的等温挤压速度曲线输入到挤压机控制系统实现速度的精确控制。该方法具体包括以下步骤:步骤1:根据挤压制品的材料和规格,选择相应的挤压设备和坯料尺寸,确定工业生产的挤压条件、挤压工具尺寸,同时确定模型几何形状和各种边界条件;如图1所示,首先设定挤压制品材料为7075铝合金,挤压设备为125丽卧式挤压机。根据生产经验设计,选择还料尺寸直径630mm,长度1870mm,挤压制品5尺寸200mm。挤压筒I内径为650mm,长度2000mm,挤压垫片2厚度260mm,挤压模具4定径带长度6mm,模具4入口半角0.5mm,挤压系数为10.6,图中3为挤压轴。步骤2本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于数值模拟的等温挤压速度曲线获取方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:根据挤压制品选择挤压设备和坯料;步骤二:建立挤压模型;根据挤压设备的调速范围,选取多个进行模拟挤压的速度;设置挤压条件;设定出口温度;步骤三:采用deform软件进行多次等速挤压模拟,取出不同等速挤压情况下的最高温度——挤压行程曲线;步骤四:得到不同等速挤压情况下的最高温度——挤压行程变化曲线与设定出口温度的交点;步骤五:将上述交点通过n种不同方式拟合,得到相应的n条挤压速度——挤压行程曲线;n≥2;步骤六:根据不同的挤压速度——挤压行程曲线,进行多次模拟挤压,得到相应的最高温度——挤压行程曲线,对比不同的最高温度——挤压行程曲线,得出最优的挤压速度——挤压行程曲线,变换后得到的挤压速度——时间曲线作为等温挤压速度曲线。

【技术特征摘要】
1.一种基于数值模拟的等温挤压速度曲线获取方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤一:根据挤压制品选择挤压设备和坯料; 步骤二:建立挤压模型;根据挤压设备的调速范围,选取多个进行模拟挤压的速度;设置挤压条件;设定出口温度; 步骤三:采用deform软件进行多次等速挤压模拟,取出不同等速挤压情况下的最高温度一挤压行程曲线; 步骤四:得到不同等速挤压 情况下的最高温度一挤压行程变化曲线与设定出口温度的交点; 步骤五:将上述交点通过η种不同方式拟合,得到相应的η条挤压速度一挤压行程曲线;η≥2 ; 步骤六:根据不同的挤压速度一挤压行程曲线,进行多次模拟挤压,得到相应的最高温度一挤压行程曲线,对比不同的最高温度一挤压行程曲线,得出最优的挤压速度一挤压行程曲线,变换后得到的挤压速度一时间曲线作为等温挤压速度曲线。2.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟的等温挤压速度曲线获取方法,其特征在于,所述步骤五中的拟合方式包括阶梯函数拟合和反比例函数拟合。3.根据权利要求1或2所述的基于数值模拟的等温挤压速度曲线获取方法,其特征在于,所述步骤三中,先取出不同等速挤压情况下,挤压力一挤压行程...

【专利技术属性】
技术研发人员:谭建平杨武杨俊
申请(专利权)人:中南大学
类型:发明
国别省市:湖南;43

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