ANSYS金属挤压成形数值模拟研究(2)
参考文献55
1 绪论
随着工业发展污染问题逐步显现，人们的环境保护意识在提高，环保材料开始受到各个产业的青睐。环保型材应具有重量轻、强度高、耐腐蚀、加工性能优异、易回收等特点，而铝及铝合金是环保型材中应用最广泛的一种[1]。
挤压成形技术已成为现代社会中的一种重要加工方法，其广泛应用于工业生产、材料制备与加工。但由于挤压加工的要求比较高，挤压机能耗高、对模具损耗大以及对挤压设备工作能力要求高等特点，只有少数金属（低熔点有色合金）适合挤压加工。而铝及铝合金是挤压加工中应用得最多的材料[1,2]。
研究铝型材的挤压过程是一个相当困难的问题，因为在挤压过程中有多个自由度，所以如使用传统的研究方法，仅运用热力学理论根本不能完全预知和设计整个挤压过程。在铝型材的挤压过程中，变形主要集中在局部狭长区域。材料流动的极度不均匀导致了产品质量的极其不稳定,容易发生翘曲[3]，甚至当挤出速度差别较大时会造成型材的扭拧、波浪、弯曲及裂纹等缺陷[4]。传统的挤压成型工艺和模具设计，大多是依靠技术人员的经验或类比已有的项目实现的，这种方法效率低，耗费资源量大，成品还容易出现质量问题，显然已无法适应现代型材的生产要求。
十几年前，有限元方法理论开始崭露头角，且因能分析一些多自由度的复杂问题而发扬光大。而今有限元数值模拟软件己经成为分析金属塑性加工过程的重要手段。比较常见的有限元软件有ANSYS，DEFORM，MARL等。通过计算机软件的数值模拟，可以轻松的模拟出一个复杂实验的完整过程，为预测和防止型材变形及模具缺陷提供了保证[5]。
本实验借助ANSYS有限元模拟软件对铝型材挤压过程进行数值模拟，通过建模、网格划分、建立接触对、定义约束、求解等步骤在计算机上对挤压过程进行完整的模拟，以获得不同挤压条件下变形体的应变分布、应力分布情况，从而确定合理的挤压条件，为铝合金挤压的工业生产提供指导。
2 挤压原理和铝合金挤压的发展概况
2.1 挤压技术及其发展概况
2.1.1 挤压成型的定义
挤压成型是对在挤压筒（或模具模腔）内的坯料金属施加三向压应力，使坯料金属的等效应力超过其屈服极限迫使坯料金属产生定向的塑性变形，从挤压模的模孔中挤出而获得所需断面形状、尺寸并具有一定力学性能的零件或半成品的一种塑性加工方法[6]。
挤压过程示意图
2.1.2 挤压分类
挤压的分类因依据的不同有多种分类方式。若按坯料金属流动方向分类，可以分为正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压和特种挤压[7]。其中，正、反挤压是在工业生产中较为常用的加工方法。正挤压的基本特征是在挤压时，被挤压的坯料金属的流动方向与凸模的运动方向相同，这会造成坯料与凹模内壁的相对滑动，产生很大的外摩擦。金属坯料在反挤压时，金属流动方向与凸模的运动方向相反，而坯料与凹模内壁间无相对运动，所以没有外摩擦[8]。而一部分金属的流动方向与凸模相同，一部分相反，这样的变形方式称为复合挤压。
若按金属坯料温度分类，可以分为热挤压、温挤压和冷挤压三类。三者的主要区别在于挤压时金属坯料温度。冷挤压的坯料温度在金属回复温度以下，而热挤压的坯料温度则在金属再结晶温度以上，温挤压的坯料金属温度介于两者之间。大型坯料通常采用热挤压，以获取较长的棒材或者是各种型材的半成品。小型胚料通常采用冷挤压或温挤压，以获取成品零件或者只需进行少量机加工的半成品[9]。
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