铝挤压过程计算机模拟方法技术

本发明专利技术公开了铝挤压过程计算机模拟方法，包括：S1：模拟挤压筒的加热过程，判断模拟温度是否符合设定的阈值；S2：模拟非生产的辅助时间，挤压轴根据预设的挤压速度挤压铸锭；S3：重复步骤S1和步骤S2，获取挤压特征数据和挤压铝制品的工艺数据；S4：计算机辅助模块计算参数系数并选择最佳温度梯度。本发明专利技术可以方便地通过模拟挤压和计算机辅助模块获取挤压锭坯的最佳温度梯度。

Computer simulation method of aluminum extrusion process

【技术实现步骤摘要】
铝挤压过程计算机模拟方法
本专利技术涉及铝挤压领域，尤其涉及铝挤压过程计算机模拟方法。
技术介绍
现在生产工艺不采用现代化计算机系统控制，要实现上述的全自动化生产简直难以想象。在整个生产过程，即从设备和任何未用可编程的控制器，经手动的过程数据输入和自动的过程优化，直至生产数据的管理及过程数据的储存等，计算机已成为现代生产管理及运转维护不可或缺的工具。精确研究铝挤压过程的温度场是十分重要的。使用条件及工艺流程上的变化将导致温度场的很大差异，尤其是挤压筒及变形区内的温度变化与温升。尽管在单个点上的温度可以进行测量，但很难得到整个过程的温度场的分布详情，同时无法获取挤压锭坯的最佳温度梯度，以及挤压过程中的各项参数信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对
技术介绍
及现有设计的不足之处，提出铝挤压过程计算机模拟方法，该设计可以方便地通过模拟挤压和计算机辅助模块获取挤压锭坯的最佳温度梯度，及检测挤压过程中相应的参数信息。铝挤压过程计算机模拟方法，包括：S1：模拟挤压筒的加热过程，判断模拟温度是否符合设定的阈值；S2：模拟非生产的辅助时间，挤压轴根据预设的挤压速度挤压铸锭；S3：重复步骤S1和步骤S2，获取挤压特征数据和挤压铝制品的工艺数据；S4：计算机辅助模块计算参数系数并选择最佳温度梯度。进一步地，所述挤压特征数据包括最大挤压力、最大的挤压轴行驶速度和非生产的辅助时间；所述工艺数据包括挤压锭的尺寸规格、挤压筒的尺寸规格、产品规格、使用的模具、合金的物理性质、挤压制品的出口速率、铸锭投入时的铸锭前端的挤压温度和铸锭后端挤压温度、挤压筒温度、挤压时的最大挤压力和挤压时的最小挤压力。进一步地，所述步骤S1包括如下步骤：若模拟温度达到挤压筒预设的温度，则挤压筒开始运行；若模拟温度超过挤压筒预设的温度，则挤压筒停止工作；若模拟温度未达到挤压筒预设的温度，则挤压筒继续进行加热。进一步地，所述步骤S2需要满足稳流挤压条件，即挤压速度小于或等于最大的挤压轴速度。进一步地，所述步骤S4包括：S41：计算机辅助模块计算挤压过程中的平均剪切力:ΔF＝Fmax-Fmin其中，τm0为剪切应力，Fmax为挤压过程中的最大挤压力，Fmin为挤压过程中的最小挤压力，Da为挤压筒直径，Δs为挤压轴的位移；S42：在挤压终了时，因变形所致的绝缘状态下的温度增高为ΔT0：其中，ΔT0为挤压终了因变形引起的绝缘状态下的温升，ρ为金属密度，CP为挤压金属的比热容；Kf为挤压温度、速度和变形程度有关的函数，Kf0为挤压终了的Kf，Kf1为其它时段的Kf；ΔT1为其它时段绝缘状态的温升；u为挤压系数，Vs为挤压轴移动速度，T0为非挤压时间。S43：计算机辅助模块根据计算的参数系数，选择最佳的温度梯度。进一步地，所述步骤S42包括：根据挤压速度、温度和变形程度有关的Kf的回归方程计算出反映挤压终了时情形的Kf0，对于其它时间段，计算机辅助模块同样计算出Kf和Kf1的数值；在生产现场的变形区里，绝热的温度温升ΔT1如下式所示：变形区内的这种温度增高，致使生产现场变形区温度增高，在扣除了向模具散失的一定热量之后，可算出从挤压开始至挤压结束这期间的制品出口温度由此来进行一系列的优化运算，使挤压机在挤压时不得超过这个温度值和最大的挤压力。本专利技术的有益效果：本专利技术提出一种模拟方法及程序，通过模拟挤压和计算机辅助模块获取挤压锭坯的最佳温度梯度，及检测挤压过程中相应的参数信息。附图说明图1为最佳化程序的工作流程；图2是按照有限元法正向挤压的二维热模拟时的组件划分示意图；图3是模拟操作时的工作流程图；图4是内套分布内径上的温度；图5是铝挤压时的挤压力-挤压行程关系曲线；图6是计算机辅助正向挤压时程序优化数据采集系统。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本专利技术的具体实施方式。本实施例中，如图1所示，铝挤压过程计算机模拟方法，包括：S1：模拟挤压筒的加热过程，判断模拟温度是否符合设定的阈值；S2：模拟非生产的辅助时间，挤压轴根据预设的挤压速度挤压铸锭；S3：重复步骤S1和步骤S2，获取挤压特征数据和挤压铝制品的工艺数据；S4：计算机辅助模块计算参数系数并选择最佳温度梯度。本实施例中，如图5所示，所研究的是一个二维系模型，即将同时考虑挤压工具与坯料径向和轴向上的热源及温度变化。将输入的信息主要是材料的合金成分、性能及品种规格；对挤压过程可能产生影响的所有组元的起始温度及有关的工艺参数。同时应确定有效的边界条件，这些数据通常可以从有关的数据库中查找。借助有限元法来进行有关计算。如图2所示为挤压过程中挤压筒、坯料和模具等的组元划分。大量的组元，特别是挤压筒内划分的大量组元对于精确确定挤压筒内部温度场来说是十分必要的，但需要很繁杂费时的计算。如图3所示为模拟操作的工作过程：第一阶段是模拟挤压筒的加热过程，当热电偶测得该元件已达到规定温度，挤压机便处于准备运行状态，若该处的模拟温度已超过(或未达到)规定的公差值，那么就停止或继续行加热挤压筒。第二阶段模拟非挤压(生产)的辅助时间。在非生产时间延续的环境条件下是会散失热量的。第三阶段中，挤压轴以指定的挤压速度挤压铸锭，直至留下残料为止。为了满足稳流挤压的条件，挤压速度不得超过规定的最大值。经过多次反复的第二阶段和第三阶段的模拟挤压，便可以进行任意次数的模拟挤压计算。图4所示在一台22MN挤压机上，以470℃的挤压温度(挤压筒的额定温度为440℃)正向挤压6063铸锭时，内套内径上的轴向温度分布。连续曲线表明了挤压筒在被加热之后立即测得的温度分布情况。图4中分别示出了第20次、第40次和60次挤压之前的温度分布情况。可以从图中清楚的看出，在第20次挤压之后，便出现了一种似稳的热状态。对内套内径上温度分布的大量测量结果也表明了所计算的温度分布与实际是相符的，但实际测量和计算过程是十分费时和昂贵的。为了简化，在现有的挤压力和规定的最高制品出口温度的条件下获得最大可能的制品出口速度可用来确定所使用挤压锭坯的最佳温度梯度。下列模型可供研究使用：a.使用一种基本元磁盘模型；b.使用一种单维模型，并按有限元法来进行计算，这里要考虑铸坯内的径向热流；c.使用一种似二维模型，其计算与单维方法相同。这里要考虑挤压轴与铸坯后端之间的热流；d.使用一种被简化了的二维有限元法工艺。在以上所有工艺中，对挤压筒来说，只预先规定了挤压筒内套的边界温度。基于详尽的二维模型就能够掌握这四种模型的物理学方面的内在联系，并研本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.铝挤压过程计算机模拟方法，其特征在于，包括：/nS1：模拟挤压筒的加热过程，判断模拟温度是否符合设定的阈值；/nS2：模拟非生产的辅助时间，挤压轴根据预设的挤压速度挤压铸锭；/nS3：重复步骤S1和步骤S2，获取挤压特征数据和挤压铝制品的工艺数据；/nS4：计算机辅助模块计算参数系数并选择最佳温度梯度。/n

【技术特征摘要】
1.铝挤压过程计算机模拟方法，其特征在于，包括：
S1：模拟挤压筒的加热过程，判断模拟温度是否符合设定的阈值；
S2：模拟非生产的辅助时间，挤压轴根据预设的挤压速度挤压铸锭；
S3：重复步骤S1和步骤S2，获取挤压特征数据和挤压铝制品的工艺数据；
S4：计算机辅助模块计算参数系数并选择最佳温度梯度。


2.根据权利要求1所述的铝挤压过程计算机模拟方法，其特征在于，所述挤压特征数据包括最大挤压力、最大的挤压轴行驶速度和非生产的辅助时间；所述工艺数据包括挤压锭的尺寸规格、挤压筒的尺寸规格、产品规格、使用的模具、合金的物理性质、挤压制品的出口速率、铸锭投入时的铸锭前端的挤压温度和铸锭后端挤压温度、挤压筒温度、挤压时的最大挤压力和挤压时的最小挤压力。


3.根据权利要求1所述的铝挤压过程计算机模拟方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：
若模拟温度达到挤压筒预设的温度，则挤压筒开始运行；
若模拟温度超过挤压筒预设的温度，则挤压筒停止工作；
若模拟温度未达到挤压筒预设的温度，则挤压筒继续进行加热。


4.根据权利要求1所述的铝挤压过程计算机模拟方法，其特征在于，所述步骤S2需要满足稳流挤压条件，即挤压速度小于或等于最大的挤压轴速度。


5.根据权利要求1所述的铝挤压过程计算机模拟方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
S41：计算机辅助模块计算挤压过程中的平均剪切力:


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【专利技术属性】
技术研发人员：廖健，
申请(专利权)人：成都阳光铝制品有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51