简介概要

铝型材挤出速度对模具磨损程度的影响

来源期刊:中国有色金属学报2007年第9期

论文作者:彭必友 殷国富 傅建 蔡鹏

文章页码:1453 - 1453

关键词:铝型材;挤出速度;磨损;Archard;数值模拟

Key words:aluminum profile; extrusion velocity; wear; Archard; numerical simulation

摘    要:基于修正的Archard磨损理论,利用数值模拟技术分析挤压成形阶段模具各个测量点的瞬时温度、压力和速度场的分布,研究挤出速度对模具磨损程度的影响。结果表明:随着铝型材挤出速度的增加,模具各个测量点的磨损量都随之增加;由于模具工作带入口的正压力和温度均较其他部位大,使其磨损量也是最大的,故成为模具失效的主要区域;整个挤压过程有5 000个阶段,当挤出速度为10 m/min时,P15点的总磨损量为1.45 mm,计算结果与实际情况基本吻合,为挤压工艺的制定提供了理论依据和参考。

Abstract: Based on modified Archard’s wear theory, a lot of usefu1 data were obtained by finite element software during the process of extrusion, including instantaneous temperature, pressure and velocity field of every node, and rules of wear amount under various extrusion velocities were obtained. The results indicate that with the increase of extrusion velocity, the wear amount of each measure point increases. Because normal pressure and temperature around the die land are higher, and wear amount is also higher than the other part of the die, the die land becomes main area of invalidation. If total amount of forming phase is 5 000 and the speed is 10 m/min, the total wear amount of P15 is 1.45 mm. All the results are in good agreement with actual conditions, therefore it provides theory basis and reference to make aluminum profile extrusion process.

基金信息:国家自然科学基金资助项目
四川省科技厅应用基础资助项目



详情信息展示

图7  挤出速度对硬度的影响

Fig.7  Effects of extrusion velocity on hardness

 

图8  挤出速度对磨损系数K的影响

Fig.8  Effects of extrusion velocity on wear coefficient

3.2  挤出速度对模具正压力的影响

施加在坯料上的挤压力最终将有一部分传递给挤压模具,图9所示为挤压行程为80.1 mm处,不同的挤出速度下挤压力的曲线图。可以看出,随着挤压速度的增加,挤压轴受到的挤压力也逐渐增加。但随着挤出速度的继续增大,挤压轴受力反而降低。这是由于挤出速度增加,变形和摩擦所产生的热也会随之增加,坯料的塑性大大增强,因此所需的挤压力反而降低,模具所受到的法向压力反而减小,如图10所示。从P1到P22,模具所受到的正压力也不相同,基本是一个下降的趋势,不过在模具工作带入口处,由于金属的流动受到阻碍,故正压力又有所增加。在P15到P22点是模具的工作带,这段区域坯料是一个定径的过程,对侧壁的压力大大减少,到P22时,压力几乎降低为零。

图9  挤出速度对挤压力的影响

Fig.9  Effect of extrusion velocity on force

图10  挤出速度对正压力的影响

Fig.10  Effects of extrusion velocity on normal pressure

3.3  挤出速度对模具磨损程度的影响

由式(4)可以得到不同挤出速度下模具各个测量点的磨损值。从图11可知,随着挤出速度的增加,各个测量点的磨损量都随之增加,但增幅程度也不尽不同,其中P15点左右磨损量最大,也就是模具工作带的入口。这是由于坯料在入口处正压力和温度均较其他部位大,使其磨损也是最大的,故成为模具失效的主要区域。

图11  挤出速度对磨损量的影响

Fig.11  Effects of extrusion velocity on wear amount

4  结论

1) 基于修正的Archard模型,采用有限元分析软件计算挤压模具型腔的磨损,可以预测模具寿命,也为模具型腔等磨损设计提供了依据。

2) 随着铝型材挤出速度的增加,模具各个测量点的磨损量都随之增加,为挤压工艺的制定提供了理论依据和参考。

3) 模具工作带入口的正压力和温度均较其他部位大,其磨损也是最大的,故成为模具失效的主要区域。

4) 本数值模拟结果为某一阶段的磨损量,如果整个挤压过程有5 000个阶段,那么挤出速度在10 m/min时,P15点的总磨损值为1.45 mm,实际生产中该处测出为1.5 mm,与实际情况基本吻合。

REFERENCES

[1] 黄光法, 林高用, 蒋 杰, 王 芳, 杨立斌, 彭大暑. 大挤压比铝型材挤压过程的数值模拟[J]. 中国有色金属学报, 2006, 16(5): 887?893.
HUANG Guang-fa, LIN Gao-yong, JIANG Jie, WANG Fang, YANG Li-bin, PENG Da-shu. Numerical simulation of extrusion process of aluminum profile with large extrusion ratio[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2006, 16(5): 887?893.

[2] 庞祖高, 苏广才, 夏 薇, 黄尚猛. 影响温挤压模具的寿命因素及对策探讨, 锻压技术, 2006, 2: 52?55.
PANG Zu-gao, SU Guang-cai, XIA Wei, HUANG Shang-meng. Discussion of factors influencing warm extrusion die life and countermeasures[J]. Forging and Stamping Technology, 2006, 2: 52?55.

[3] Kang J H, Park I W, Jae J S, Kang S S. A study on a die wear model considering thermal softening(Ⅰ): Construction of the wear model[J]. Journal of Materials Processing Technology, 1999, 96: 53?58.

[4] 周 飞, 苏 丹, 彭颖红, 阮雪榆. 有限体积法模拟铝型材挤压成形过程[J]. 中国有色金属学报, 2003, 13(11): 65?70.
ZHOU Fei, SU Dan, PENG Ying-hong, RUAN Xue-yu. Simulation of aluminum material extrusion process with finite volume method[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2003, 13(11): 65?70.

[5] 闫 洪, 包忠诩, 柳和生, 罗忠民. 角铝型材挤压过程的数值模拟[J]. 中国有色金属学报, 2001, 11(2): 202?205.
YAN Hong, BAO Zhong-xu, LIU He-sheng, LUO Zhong-min. Numerical simulation of angle aluminum profile extrusion processes[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2001, 11(2): 202?205.

[6] 罗 超, 李大勇, 尹纪龙, 周 飞, 彭颖红. 薄壁铝型材挤压成形的一种有效模拟方法[J]. 上海交通大学学报, 2004, 38(7): 1134?1137.
LUO Chao, LI Da-yong, YIN Ji-long, ZHOU Fei, PENG Ying-hong. An effective simulation method for aluminum profile extrusion process[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2004, 38(7): 1134?1137.

[7] 周 飞, 彭颖红, 阮雪榆. 铝型材挤压过程有限元数值模 拟[J]. 中国有色金属学报, 1998, 8(4): 637?642.
ZHOU Fei, PENG Ying-hong, RUAN Xue-yu. Numerical simulation of aluminum material extrusion process by finite element method[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 1998, 8(4): 637?642.

[8] Caloska J, Lazarev J, Nospa1 A, Atojkovski V. Exit velocity profile at the extrusion process of aluminum square pipe[C]// Southeastern Europe Fluent Users Group Meeting 2002, Thessaloniki, Greece, 2002: 322?325.

[9] 傅 建, 彭必友, 李 军. 铝型材挤出速度对模具工作带的影响[J]. 塑性工程学报, 2005, 12(8): 27?30.

FU Jian, PENG Bi-you, LI Jun. Influence of exit velocity at the aluminum profile extrusion on the die land[J]. Journal of Plasticity Engineering, 2005, 12(8): 27?30.

有色金属在线官网  |   会议  |   在线投稿  |   购买纸书  |   科技图书馆

中南大学出版社 主办 版权声明   电话:0731-88830515 88830516   传真:0731-88710482   Email:administrator@cnnmol.com

互联网出版许可证:新出网证(湘)字005号   湘ICP备09001153号