擠壓項(xiàng)目論證報(bào)告

擠壓項(xiàng)目論證報(bào)告研究背景機(jī)械裝備輕量化一直是機(jī)械行業(yè)追求的目標(biāo)，輕量化所帶給社會(huì)的好處是多方面的，可節(jié)約材料和能源消耗，減少環(huán)境污染，有利于資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)，推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。例如：航空航天器除了滿足各自作為航空航天器具體零部件的特殊要求外，一個(gè)共同的要求是輕質(zhì)、高比強(qiáng)、高比模，以及低成本、高可靠性和高安全性、高保障性。對(duì)于多級(jí)火箭來說，頂級(jí)火箭增加1千克質(zhì)量，次級(jí)就要增加100千克的燃料或其它相關(guān)配件的質(zhì)量，每級(jí)增加質(zhì)量達(dá)100倍，可見火箭的減重是多么的重要。隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市交通工具尤其是家庭轎車的數(shù)量急劇增加，汽車消耗的能源占社會(huì)能耗的比例不斷提高，由汽車造成的污染已成為城市環(huán)境及大氣環(huán)境的主要污染源之一。汽車的輕量化是緩解這些問題的重要方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅在軌道交通和汽車制造領(lǐng)域，國內(nèi)對(duì)于高端金屬產(chǎn)品輕量化的潛在市場需求超過100億元，加之其他重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，新型的輕質(zhì)高強(qiáng)金屬結(jié)構(gòu)材料具有非常廣闊的市場前景。新型的輕質(zhì)高強(qiáng)金屬結(jié)構(gòu)材料以鎂合金、鋁合金、鈦合金以其復(fù)合材料為主要代表，它們都有具有較低的密度和較高的比強(qiáng)度，在產(chǎn)品輕量化方面極具吸引力，目前日益廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品、軌道交通、汽車制造、船舶及海洋工程、航空航天、家電領(lǐng)域。此外，輕質(zhì)合金及其復(fù)合材料不但能夠提升現(xiàn)有產(chǎn)品的性能，還能夠滿足傳統(tǒng)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、替代進(jìn)口、滿足當(dāng)今世界對(duì)結(jié)構(gòu)材料輕量化、減重節(jié)能、環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需求。塑性成形就是利用材料的塑性，在工具及模具的外力作用下加工制件的工藝方法，是人類發(fā)明的最古老的生產(chǎn)技術(shù)之一。人類發(fā)現(xiàn)和使用金屬幾千年的歷史，也是塑性成形技術(shù)發(fā)展的歷史，從最初鍛造農(nóng)具和盔甲、兵器，到現(xiàn)在生產(chǎn)中隨處可見的千千萬萬的鍛壓產(chǎn)品，都證明了這一技術(shù)對(duì)人類的寶貴價(jià)值。目前，人類生產(chǎn)的金屬材料不少都是經(jīng)過塑性成形方法加工成成品零件。越來越多的生產(chǎn)實(shí)踐表明，塑性成形技術(shù)已遍及國民經(jīng)濟(jì)的諸多生產(chǎn)領(lǐng)域，這因?yàn)樗粌H能合理地利用金屬的塑性，省時(shí)節(jié)能獲得產(chǎn)品的形狀，而且還能改變金屬的性能，通過改善金屬的內(nèi)部組織，提高原始金屬本身的承載能力，進(jìn)而收到節(jié)材的效果。近些年來的發(fā)展也表明，塑性成形技術(shù)已不再只是一種加工零件毛坯的手段，用它直接成形零件的生產(chǎn)實(shí)例已越來越多。這一切證明，塑性成形技術(shù)是一種充滿活力和前途寬廣的加工技術(shù)，它的水平正不斷提高，它的作用也不斷延伸。所以，現(xiàn)在的飛機(jī)、汽車、輪船、大型發(fā)電設(shè)備和化工容器以及軍工領(lǐng)域的許多大型的重要零件，甚至儀器儀表中的一些小零件，不少都可以用這種方法制造出來的。在現(xiàn)代社會(huì)里，它仍然是人們賴以生產(chǎn)千萬種金屬制品的最重要的工藝之一，不論是在單件生產(chǎn)的手工鍛造和機(jī)械壓力機(jī)的精密鍛造，還是在用于像汽車鍛件那樣大批大量生產(chǎn)的鍛造自動(dòng)線上，它都將繼續(xù)作為人類獲得金屬零件的重要生產(chǎn)手段。人們?yōu)樘岣咤懠馁|(zhì)量、降低成本、提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平進(jìn)行了長時(shí)間的不懈努力。幾千年來標(biāo)志鍛造技術(shù)進(jìn)步的最重要目標(biāo)是使鍛件盡可能地接近最終使用的形狀并且最大限度地減少后續(xù)加工。這不僅能節(jié)約原材料、節(jié)約后續(xù)加工時(shí)間和提高生產(chǎn)效率，同時(shí)提高了零件的一致性，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。金屬擠壓成型技術(shù)做為金屬塑性成形的四大技術(shù)之一，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：（1）三向壓應(yīng)力狀態(tài)，能充分提高金屬坯料塑性，不僅有銅、鋁等塑性好的非鐵金屬，而且碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼及工業(yè)純鐵等也可以采用擠壓工藝成形。在一定變形量下，某些高碳鋼、軸承鋼、甚至高速鋼等也可以進(jìn)行擠壓成形。對(duì)于要進(jìn)行軋制或鍛造的塑性較差的材料，如鎢和鉬等，為了改善其組織和性能，也可采用擠壓法對(duì)錠坯進(jìn)行開坯。（2）擠壓法可以生產(chǎn)出斷面極其復(fù)雜的或具有深孔、薄壁以及變斷面的零件。（3）可以實(shí)現(xiàn)少、無屑加工，一般尺寸精度為IT8～I(xiàn)T9，表面粗糙度為Ra3.2～0.4μm。（4）擠壓變形后零件內(nèi)部的纖維組織連續(xù)，基本沿零件外形分布而不被切斷，從而提高了金屬的力學(xué)性能。（5）材料利用率、生產(chǎn)率高；生產(chǎn)方便靈活，易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。鑒于金屬擠壓成型技術(shù)比其他塑性成型技術(shù)有如此多的優(yōu)點(diǎn)，有必要對(duì)其進(jìn)行研究。綜上，開展輕質(zhì)高強(qiáng)合金（以鎂合金、鋁合金、鈦合金及其復(fù)合材料）的擠壓成型技術(shù)研究對(duì)機(jī)械裝備的輕量化具有重要意義。擠壓線基本情況本擠壓線設(shè)置在山東臨沂，擁有齊全的擠壓及配套設(shè)備，包括擠壓機(jī)主機(jī)，擠壓機(jī)輔機(jī)，熱處理設(shè)備等。擠壓機(jī)主機(jī)本擠壓機(jī)是由佛山市南海區(qū)明晟機(jī)械制造有限公司制造的，638T，左方向，一些主要的參數(shù)如下：1.坯料棒尺寸：外徑（標(biāo)準(zhǔn)）φ90mm（擠壓筒內(nèi)徑φ94mm）長度（最大）500mm機(jī)器外型尺寸(7500×2800×3300)2.擠壓機(jī)能力（最大）工作壓力210-250kg/cm2總擠壓力638-760T主缸缸徑φ580mm副缸缸徑φ160/φ120×2行程1100mm3.擠壓筒擠壓筒規(guī)格φ450x525mm外套φ450x500mm內(nèi)襯φ200/φ94x525mm擠壓筒缸φ160/φ90×2行程280mm鎖緊力150kg/cm246T打開力120kg/cm230T4.速度（最大）活動(dòng)橫梁快速前進(jìn)350mm/秒擠壓0—9.1mm/s活動(dòng)橫梁返回250mm/s擠壓筒關(guān)閉200mm/s擠壓筒打開150mm/s主剪下降320mm/s主剪回升480mm/s該擠壓機(jī)的上位機(jī)控制系統(tǒng)能對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程、速度、壓力等控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)定及實(shí)時(shí)顯示，對(duì)設(shè)備狀態(tài)（包括故障顯示和檢測，極限參數(shù)報(bào)警）進(jìn)行監(jiān)控，液壓及氣動(dòng)回路仿真顯示；對(duì)工藝參數(shù)包括坯料材質(zhì)、成形斷面圖形、擠壓比、擠壓速度、加熱溫度的設(shè)定和送入，將工藝參數(shù)自動(dòng)生成控制參數(shù)并進(jìn)行相應(yīng)的控制、查詢、記錄；將合同、定單信息生成相應(yīng)的工藝及控制信息；對(duì)控制、工藝、生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)報(bào)表生成、輸出和打印；并帶有監(jiān)視探頭，對(duì)生產(chǎn)過程中擠壓機(jī)各部位動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。本擠壓機(jī)最大的優(yōu)勢是對(duì)擠壓速度和擠壓溫度能夠有效的控制。配裝恒速擠壓系統(tǒng)（通過電液伺服閥、位移傳感器和PLC控制，達(dá)到在擠壓過程中實(shí)際速度與設(shè)定速度相符，確保擠出制品性能均勻。）擠壓速度可以通過在操作屏上的預(yù)設(shè)定裝置來從零無級(jí)調(diào)速至最大的速度值。在自動(dòng)循環(huán)中，擠壓速度可以進(jìn)行程序控制，能夠確定填充速度，擠壓速度和減速比值。在擠壓筒中的加熱器配有熱電偶，根據(jù)熱電偶的信號(hào)，往加熱中輸入電能，而溫度則是由一個(gè)溫度各顯示的綜合裝置來控制，加熱精度±5℃。擠壓機(jī)輔機(jī)擠壓線的輔機(jī)是由無錫阿爾文機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)制造的，包括出料臺(tái)、冷床，牽引機(jī)等設(shè)備。其中初出臺(tái)長7m，寬500mm，配高溫毛氈滾；冷卻裝置1臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)（4kw）下風(fēng)道：4臺(tái)鴨嘴風(fēng)機(jī)（0.55kw）風(fēng)量：5000m3/h；滑出臺(tái)、取料-冷卻臺(tái)、過橋(調(diào)直臺(tái)）長均為14m，均配有480℃耐高溫毛氈滾筒；儲(chǔ)料臺(tái)長11m，配有480℃耐高溫毛氈滾筒；鋸料臺(tái)（附定尺臺(tái))長14m，配有180℃耐熱毛氈滾筒；另有成品鋸床，鋸切行程：355mm，拉直機(jī)（拉力：10T）。牽引機(jī)的牽引力度：（可調(diào)）0-100kg；牽引速度：利用牽引力與擠壓速度同步（最快回程速度3m/s）；回程速度：（可調(diào)）0-200m/min；并配有自動(dòng)中斷鋸。由上可知，擠壓機(jī)輔機(jī)滿足輕質(zhì)合金擠壓過程中的基本需求。熱處理設(shè)備熱處理設(shè)備主要有三種：坯料加熱爐、模具加熱爐、時(shí)效爐。三種設(shè)備均是由淄博明鴻電爐有限公司生產(chǎn)制造的。坯料加熱爐坯料加熱爐是輕質(zhì)合金在進(jìn)行擠壓加工前將坯料加熱到一定溫度區(qū)間的加熱裝置。加熱爐由爐體、爐門機(jī)構(gòu)、加熱裝置、電氣控制系統(tǒng)等組成。在進(jìn)行擠壓前，把坯料加熱到預(yù)定的溫度。其主要參數(shù)如下：額定功率：12kw-15kw可調(diào)最高使用溫度：600℃工作溫度：350~400℃工作區(qū)爐溫均勻性：≤±5℃控溫精度：≤±1℃額定電壓：380V工作尺寸：500mm×500mm×300mm(長×寬×高)加熱元件電阻絲組合式加熱元件接法：星接Y升溫時(shí)間：40分鐘升溫至400℃（可調(diào)節(jié)）控溫方式：智能溫控，0.3級(jí)多工藝溫控儀模塊可控硅零觸發(fā)溫控模具加熱爐模具加熱爐是在擠壓前將模具加熱到一定溫度的加熱裝置。加熱爐由爐體、爐門機(jī)構(gòu)、加熱裝置、電氣控制系統(tǒng)等組成。在進(jìn)行擠壓前把模具加熱到預(yù)定的溫度。其主要參數(shù)如下：額定功率：12kw-15kw可調(diào)最高使用溫度：600℃工作溫度：350~400℃工作區(qū)爐溫均勻性：≤±5℃控溫精度：≤±1℃額定電壓：380V工作尺寸：500mm×500mm×300mm(長×寬×高)加熱元件電阻絲組合式加熱元件接法：星接Y升溫時(shí)間：40分鐘升溫至400℃（可調(diào)節(jié)）控溫方式：智能溫控，0.3級(jí)多工藝溫控儀模塊可控硅零觸發(fā)溫控時(shí)效爐時(shí)效爐可以對(duì)擠壓前后的輕質(zhì)合金進(jìn)行熱處理的加熱裝置，在擠壓前坯料經(jīng)過時(shí)效爐進(jìn)行退火處理，可對(duì)坯料進(jìn)行均勻化處理，改善擠壓前的組織；在擠壓后，把擠壓得到的型材經(jīng)過固溶和時(shí)效處理，使擠壓后的材料達(dá)一定的強(qiáng)度，提高其力學(xué)性能。該時(shí)效爐由爐體、爐門機(jī)構(gòu)、臺(tái)車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、臺(tái)車、爐子密封、加熱裝置、電氣控制系統(tǒng)等組成。爐體由足夠強(qiáng)度的鋼結(jié)構(gòu)爐殼、外用鋼板做外層保護(hù)、內(nèi)用2.0mm不銹板做內(nèi)爐墻體、兩層中間由耐火纖維做合理厚度的保溫、內(nèi)墻和風(fēng)道空間根據(jù)每臺(tái)設(shè)備的不同設(shè)計(jì)合理的寬度、由2.0mm不銹鋼板做成、3臺(tái)足夠風(fēng)力的內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)按裝在爐的頂部、確保爐內(nèi)溫度均勻無誤差、注：風(fēng)葉、風(fēng)機(jī)軸全不銹鋼制作。爐子的密封：爐底側(cè)面密封裝置用錐形軟密封自動(dòng)方式加間節(jié)阻擋式密封，爐門的密封采用側(cè)開式、爐門四周由40×40高溫石棉繩做密封、爐子的密封對(duì)熱處理工藝具有重要的作用。臺(tái)車行走方式：鏈條牽引式全自動(dòng)進(jìn)出。溫控系統(tǒng)具有電流顯示，自動(dòng)升溫、自動(dòng)控溫、溫度測量與控制、過載保護(hù)、臺(tái)車驅(qū)動(dòng)、超溫警報(bào)、斷偶報(bào)警、恒溫定時(shí)報(bào)警。其主要參數(shù)如下：額定功率：36kw-60kw可調(diào)最高使用溫度：600℃工作溫度：350~400℃工作區(qū)爐溫均勻性：≤±5℃控溫精度：≤±1℃額定電壓：380V相數(shù)：3相工作尺寸：4200mm×500mm×300mm(長×寬×高)加熱元件：遠(yuǎn)紅外輻射加熱管加熱元件接法：星接Y加熱區(qū)：3區(qū)升溫時(shí)間：40分鐘升溫至400℃（可調(diào)節(jié)）控溫方式：智能溫控，0.3級(jí)多工藝溫控儀模塊可控硅零觸發(fā)溫控綜上，本擠壓線的設(shè)備齊全，為輕質(zhì)合金的擠壓成型研究提供了較為有利的條件。擠壓參數(shù)整理具體擠壓參數(shù)的整理，見擠壓參數(shù).xls擠壓模擬有限元法是將連續(xù)的求解域離散為一組單元的組合體，用在每個(gè)單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片地表示求解域上待求的未知場函數(shù)，近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在單元各節(jié)點(diǎn)的數(shù)值的插值函數(shù)來表達(dá)。有限元法和其他塑性加工模擬方法相比（如有限體積法、有限差分法等），具有功能強(qiáng)、精度高、解決問題的范圍最廣等優(yōu)點(diǎn)。它可以采用不同形狀、不同大小和不同類型的單元離散任意形狀的變形體，適用于任意速度邊界條件，可以很方便地處理模具形狀、工件和模具之間的摩擦、材料的硬化效應(yīng)、速度敏感性以及溫度等多種工藝因素對(duì)塑性加工過程的影響，能夠模擬整個(gè)金屬成形過程的流動(dòng)規(guī)律，獲得變形過程任意時(shí)刻的力學(xué)信息和流動(dòng)信息，如應(yīng)力場、速度場、溫度場以及預(yù)測缺陷的形成和擴(kuò)散。擠壓作為金屬塑性成形技術(shù)中的一種，在成形過程中伴隨著很復(fù)雜的塑性變形，既存在幾何非線性（如應(yīng)變與位移之間的非線性）特征，又有物理非線性（如應(yīng)力和應(yīng)變之間的非線性）特征，加之初始邊值條件的復(fù)雜性及數(shù)學(xué)處理上的難度，因而長期以來人們只能通過采用簡化、假設(shè)和利用實(shí)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及圖解、模型等方法，在回避這些難點(diǎn)才能分析擠壓成形問題。傳統(tǒng)解決擠壓問題的方法有主應(yīng)力法、滑移線法、功平衡法及上限法等。在1960年，Clough首先引用了“有限單元”這一術(shù)語。它的本質(zhì)思想是：當(dāng)在全域內(nèi)求解描述力學(xué)場的微分方程的原函數(shù)困難時(shí)，則用有限個(gè)單元將求解域離散化；在單元內(nèi)假設(shè)滿足邊界條件的原函數(shù)，并考慮單元之間的聯(lián)系最終求得全域的解。用有限元法來求解擠壓成形問題的優(yōu)點(diǎn)是：1．能提供豐富的單元類型，從而具有很高的邊界擬合精度；2．能夠較全面地考慮多種因素對(duì)成形過程的影響，如溫度、摩擦潤滑條件、材料特性、變形速度以及模具的幾何形狀等；3．能夠在假設(shè)條件較少的前提下提供詳細(xì)的變形力學(xué)信息，如應(yīng)力、應(yīng)變、和溫度場的分布，金屬的塑性流動(dòng)規(guī)律，成形載荷等力能參數(shù)，由此可以進(jìn)行工藝的控制與優(yōu)化。但是，有限元法計(jì)算量大，計(jì)算時(shí)間長。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的成熟，這個(gè)問題得到了很好的解決，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、有限元法及成形工藝學(xué)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物——計(jì)算機(jī)輔助工程CAE技術(shù)。CAE有三個(gè)主要的階段，分別是前處理過程，有限元分析和后處理過程。前處理主要是剖分分析對(duì)象的有限元網(wǎng)格與生成數(shù)據(jù)。有限元分析主要是對(duì)有限元模型進(jìn)行單元分析，有限元方程的總體組裝，有限元方程的求解以及獲得計(jì)算結(jié)果等。后處理是對(duì)有限元分析結(jié)果進(jìn)行用戶所需要求的加工和檢查，并以圖形形式將結(jié)果提供給用戶，輔助用戶判定計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)方案的合理性。（一）DEFORM軟件介紹DEFORM是一套基于有限元的工藝仿真系統(tǒng)，用于分析金屬成形及其相關(guān)的各種成形工藝和熱處理工藝。通過在計(jì)算機(jī)上模擬整個(gè)加工過程，幫助工程師和設(shè)計(jì)人員：①設(shè)計(jì)工具和產(chǎn)品工藝流程，減少昂貴的現(xiàn)場試驗(yàn)成本：②提高工模具設(shè)計(jì)效率，降低生產(chǎn)和材料成本；③縮短新產(chǎn)品的研究開發(fā)周期。DEFORM不同于一般的有限元程序，它是專門為金屬成形而設(shè)計(jì)的。它具有非常友好的圖形用戶界面，可幫助用戶很方便的進(jìn)行準(zhǔn)備數(shù)據(jù)和成形分析。這樣，工程師們便可把精力主要集中在工藝分析上，而不是去學(xué)習(xí)煩瑣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。DEFORM專為大變形問題設(shè)計(jì)了一個(gè)全自動(dòng)、優(yōu)化網(wǎng)格在劃分系統(tǒng)。在有限元模擬過程中需要對(duì)一些具體的實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行分析比較，并且確定其最終的計(jì)算參數(shù)。這個(gè)過程包括前處理過程、運(yùn)算中參數(shù)調(diào)整過程和后處理過程。1、前處理過程在計(jì)算機(jī)對(duì)模型擠壓變形過程進(jìn)行分析計(jì)算前，需要將模型導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)中并且設(shè)定初始的條件參數(shù)，這個(gè)過程稱為前處理過程。(1)模型的預(yù)處理設(shè)定預(yù)處理設(shè)定主要有材料參數(shù)設(shè)定、工具和坯料模型導(dǎo)入與裝配，網(wǎng)格劃分、運(yùn)動(dòng)設(shè)立、特性（Property）設(shè)置等操作步驟。其中重點(diǎn)是針對(duì)擠壓過程中金屬發(fā)生塑性變形的流動(dòng)性，對(duì)模型網(wǎng)格化處理。為了保證計(jì)算精度要將變形劇烈部位的網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)分，采取局部網(wǎng)格化處理。網(wǎng)格化處理時(shí)，一般選擇網(wǎng)格單元數(shù)在8000-20000之間，不能太多也不能太少。如果網(wǎng)格劃分太密的話，由于計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力有限，將會(huì)導(dǎo)致計(jì)算不下去或者是計(jì)算速度十分緩慢，影響了工作的速度；如果網(wǎng)格劃分的太少，對(duì)計(jì)算的精度產(chǎn)生了大的影響，不能達(dá)到模擬的效果。當(dāng)然，在網(wǎng)格劃分的時(shí)候，要通過具體情況而定。工具和坯料模型的裝配，是將網(wǎng)格模型在DEFORM軟件中進(jìn)行實(shí)體間的定位。最后，將模型生成可執(zhí)行的數(shù)據(jù)庫文件*.DB。(2)邊值條件的設(shè)定根據(jù)軟件的要求和模擬實(shí)驗(yàn)的目的，需要設(shè)置模擬過程的具體邊界條件，有時(shí)還要通過有效的測試手段來驗(yàn)證邊界條件設(shè)置的準(zhǔn)確性。將邊界條件輸入到DEFORM軟件中，為實(shí)驗(yàn)正確模擬運(yùn)行創(chuàng)造條件。2、運(yùn)算中參數(shù)調(diào)整過程在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行判斷并且修正其錯(cuò)誤原因，及時(shí)調(diào)整參數(shù)使其重新正確運(yùn)行的過程，稱為運(yùn)算中參數(shù)調(diào)整過程。這一過程用來時(shí)時(shí)檢查計(jì)算，防止程序在錯(cuò)誤的基礎(chǔ)上繼續(xù)運(yùn)行，從而避免了時(shí)間的浪費(fèi)，提高了運(yùn)算的效率。在這個(gè)過程中，要調(diào)整的參數(shù)主要有網(wǎng)格、剛性面、傳熱面等。其中關(guān)鍵的步驟是網(wǎng)格的重新劃分，因?yàn)樵S多問題往往是在網(wǎng)格劃分的時(shí)候產(chǎn)生的，這就需要在產(chǎn)生錯(cuò)誤的步驟或者是前面的步驟對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行重新調(diào)整，加大或者減小局部網(wǎng)格，然后重新加載程序，觀察其運(yùn)行過程，這樣反復(fù)調(diào)整直至運(yùn)算正確為止。在運(yùn)行過程中有時(shí)候也需要對(duì)剛性面加以調(diào)整，一旦剛性面與坯料相脫離可能會(huì)導(dǎo)致工件往外擠出而不是沿著速度方向擠出的，模擬的結(jié)果就會(huì)不準(zhǔn)確。糾正的辦法就是在檢查過程中不斷的調(diào)整剛性面，使它始終保持與工件的接觸。傳熱面的變形也會(huì)導(dǎo)致模擬過程的失敗，傳熱面有時(shí)候會(huì)延伸到整個(gè)工件表面，這樣使得原來的非傳熱面也變成了傳熱面，不同于實(shí)際的過程，顯然模擬的結(jié)果也是不準(zhǔn)確的。這就需要實(shí)驗(yàn)人員對(duì)傳熱面進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題就調(diào)整網(wǎng)格，確保模擬的真實(shí)性?？傊谟?jì)算機(jī)程序運(yùn)行的過程中，不可能總是連續(xù)準(zhǔn)確無誤地進(jìn)行的，或多或少地在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)一些問題，實(shí)驗(yàn)操作人員只有經(jīng)常保持對(duì)程序的檢查，及時(shí)調(diào)整，才能使模擬計(jì)算能夠正確的運(yùn)行下去。3、后處理過程在計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)行結(jié)束后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，并且用較直觀的方法輸出數(shù)據(jù)的過程，稱為后處理過程。后處理的目的是討論、分析模擬運(yùn)算結(jié)果，并把模擬結(jié)果用于指導(dǎo)實(shí)際擠壓工作，為實(shí)際擠壓過程提供有意義的工藝參數(shù)。后處理過程主要工作有模擬結(jié)果提取與分析，把模擬結(jié)果用數(shù)值表、等效圖等直觀的圖表形式表示出來。本次模擬實(shí)驗(yàn)后處理整理主要包括：加載在擠壓墊與擠壓模具上的擠壓力隨時(shí)間或位移在Z方向上的變化關(guān)系；工件擠壓溫度的化；工件的應(yīng)力(或等效應(yīng)力)、等效應(yīng)變速率和等效應(yīng)變的分布；離?？?mm處沿ＸＹ平面切開工件觀察定徑帶溫度、應(yīng)力、應(yīng)變等參數(shù)的分布情況；記錄擠出工件200mm處的溫度變化情況等。后處理數(shù)據(jù)是反映擠壓過程材料變化的計(jì)算參量，后處理數(shù)據(jù)是通過對(duì)軟件后處理操作加工制作、整理出來的，它反映了模擬實(shí)驗(yàn)人員對(duì)擠壓過程的認(rèn)識(shí)與實(shí)驗(yàn)需求，因而要認(rèn)真記錄、整理和保存，防止丟失。合金的模擬情況鎂合金AZ31馬茹，王守仁等，通過對(duì)鎂合金AZ31鎂合金棒材擠壓過程的三維有限元分析中發(fā)現(xiàn)，在直徑40mm的AZ31鎂合金棒料的擠壓過程中，棒料的溫度按一定規(guī)律變化，初始階段，熱流量呈負(fù)值且基本保持不變，進(jìn)入基本擠壓階段后，熱流量急劇上升直至處于較穩(wěn)定的波動(dòng)狀態(tài)，隨擠壓速度升高，棒料的溫升程度增大。在直徑40mm的AZ31鎂合金棒料擠壓過程中，其等效應(yīng)力和應(yīng)變值較高點(diǎn)均集中在棒料錐形部分的變形區(qū)，隨擠壓速度增加，棒料的等效應(yīng)力和等效應(yīng)變值均呈先增大后減小的趨勢。由棒料的等效應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律，確定直徑為40mm的AZ31鎂合金棒料的最佳擠壓工藝參數(shù):擠壓比為25，棒料擠壓溫度為350℃，擠壓速度為4.5mm/s。李琳琳，張治永等，發(fā)現(xiàn)變形主要限于擠壓筒內(nèi)壁與凹模?？讌^(qū)域,并且隨著擠壓過程的進(jìn)行其應(yīng)力分布增大,等效應(yīng)變值也增大。這部分金屬受穿孔針軸向力和凹模徑向力的共同作用,發(fā)生軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變,而越靠近心部變形量越小,這因?yàn)樾牟拷饘僦饕艽┛揍樰S向擠壓力作用,徑向幾乎不發(fā)生變形。隨著擠壓過程的進(jìn)行,當(dāng)金屬開始流過凹模圓角時(shí),金屬流動(dòng)速度達(dá)到最大,而后流速趨于平穩(wěn)。凹模圓角與坯料間的相對(duì)滑動(dòng)較大,產(chǎn)生的摩擦熱使溫度升高,凹模角部較其他部分更容易變形與磨損。同時(shí),擠壓針由于與坯料接觸收到坯料對(duì)它的前拽力作用,也容易磨損甚至拉裂,因此要充分考慮擠壓針的潤滑,減小摩擦,以免制件內(nèi)外流動(dòng)過于不均勻,導(dǎo)致制品產(chǎn)生拉裂。隨著坯料溫度的增加,變形抗力減小,變形抗力的峰值減小,穩(wěn)定階段擠壓力隨之減小;同時(shí)在金屬流入凹模?？姿查g擠壓力幾乎達(dá)到峰值,隨著凸模行程的增加擠壓力逐步減小,這是因?yàn)?在擠壓凹模錐體填充結(jié)束時(shí),金屬的流動(dòng)性質(zhì)改變,導(dǎo)致變形區(qū)體積減小,坯料與擠壓筒接觸面積變小,摩擦力減小,從而導(dǎo)致擠壓力的減小,另外,還由于變形區(qū)金屬的過熱,也導(dǎo)致擠壓力降低。因此,采取等溫?cái)D壓選用較低的變形速度,使坯料各部分溫度盡量均勻,這樣,對(duì)于獲得形狀與尺寸精確、組織性能沿?cái)嗝婧烷L度方向均勻一致的管材,提高成品率與擠壓生產(chǎn)效率均具有十分重要的意義。凹模錐角對(duì)AZ31鎂合金管材擠壓的影響在擠壓過程中,凹模錐角對(duì)擠壓力及成形出管材工藝及質(zhì)量都有一定的影響?？拷寄ｅF形部位變形劇烈,是主要受力區(qū),錐形部位是裂紋生成、擴(kuò)展的主要危險(xiǎn)區(qū)。但根據(jù)實(shí)踐證明,錐形模的錐角在25°～30°時(shí)可得到比較均勻的金屬流動(dòng)和較小的擠壓力。鎂合金AZ91陳永哲,柴躍生等，通過對(duì)AZ91D鎂合金棒材擠壓過程的數(shù)值模擬研究表明，AZ91D鎂合金在高溫變形時(shí)的流變應(yīng)力取決于變形溫度和變形速率。應(yīng)變速率一定時(shí),隨變形溫度的升高而降低;溫度一定時(shí),流變應(yīng)力隨著應(yīng)變速率的升高而增大。擠壓變形過程中擠壓力在坯料未充滿凹模型腔時(shí)逐漸增大,當(dāng)坯料流出凹模一段時(shí)擠壓力達(dá)到峰值,在此后的穩(wěn)態(tài)階段,擠壓力緩慢減小。在AZ91D鎂合金棒材的擠壓過程中,當(dāng)擠壓溫度不變時(shí),擠壓力隨著變形速度的增大而增大;當(dāng)擠出速度不變時(shí),最大擠壓力隨著變形溫度的升高明顯減小,其等效應(yīng)變的分布也趨于均勻化。因此擬采用適中的擠出速度12.5mm/s和變形溫度400℃。李彩杰等研究表明反向溫度場擠壓模擬中，在縮擠部位材料的晶粒尺寸最小，表明材料在變形過程中由于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的作用，鎂合金材料的晶粒尺寸急劇減小，當(dāng)材料進(jìn)入定徑階段時(shí)，由于材料溫度仍然較高，晶粒開始長大，最后通過控制熱傳遞使材料達(dá)到室溫時(shí)晶粒尺寸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。模具與坯料溫度差為100℃，擠壓比為9:1時(shí)，模具的溫度補(bǔ)償效果最好，得到的工件組織最均勻。為得到細(xì)晶組織，反向溫度場擠壓坯料溫度不應(yīng)超過350℃。成形載荷隨著溫度的升高和擠壓比的減小而降低。模具溫度和坯料溫度分別為350℃和300℃時(shí)，成形力最高可達(dá)到670kN；模具溫度和坯料溫度分別為400℃和300℃時(shí)，成形力分別為550kN(9:1)和500kN(4:1)；當(dāng)擠壓比為4:1，模具溫度和坯料溫度分別為500℃和400℃時(shí)，成形力降低到250kN左右。熱擠壓過程中,表層組織變形較大,通過觀察試件微觀組織可以看到，條帶狀Mg基體晶粒已經(jīng)破碎并形成大角度晶界的等軸晶，晶粒得到了細(xì)化，棒材心部變形量相對(duì)較小，塑性變形通過晶界滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)以及滑移系的滑移而發(fā)生塑性變形。通過反向溫度場調(diào)節(jié)坯料溫度，可以減輕因表層和心部變形量不同而引起的組織差異。反向溫度場擠壓模具與坯料溫度差為100℃時(shí)成形試件組織均勻。在擠壓比為9:1，模具溫度和坯料溫度分別為400℃和300℃時(shí)，擠壓后試件組織均勻，獲得了8μm左右的等軸晶。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與前面的模擬結(jié)果基本相似，說明前面模擬較為準(zhǔn)確地反映了反向溫度場擠壓過程的微觀組織演變規(guī)律。位于Mg基體晶界網(wǎng)狀分布的Mg17Al12相經(jīng)過熱擠壓已經(jīng)破碎，以條帶狀或團(tuán)狀分布在Mg基體上，模具溫度低于350℃時(shí)，Mg17Al12相多以條帶狀沿變形方向分布且數(shù)量較多；高于350℃時(shí)，Mg17Al12相明顯減少，以團(tuán)狀分布于再結(jié)晶晶粒晶界處，由于其bcc結(jié)構(gòu)的晶格結(jié)構(gòu)一定程度上輔助了Mg基體的變形；模具溫度為500℃時(shí)，Mg17Al12相有熔化的跡象，故AZ91D鎂合金擠壓模具溫度不宜高于450℃。鋁合金2024劉越,邵軍超等對(duì)2024鋁合金熱擠壓過程有限元模擬與分析，結(jié)果表明該坯料在擠壓比為30∶1、擠壓溫度為400～450℃、擠壓速度為0.1～1.0mm/s、擠壓載荷為4.0×106～5.0×106N之間能夠順利擠出表面無缺陷的復(fù)合材料棒材。最后通過在700t水壓機(jī)上采用相同工藝擠出高質(zhì)量的復(fù)合材料棒材驗(yàn)證該工藝的可行性。2024鋁合金的平模熱擠壓過程分為填充擠壓、強(qiáng)化擠壓和平流擠壓3個(gè)階段,由于在強(qiáng)化擠壓階段在凹模出口處會(huì)形成應(yīng)力集中區(qū),擠壓載荷會(huì)迅速大幅度增加,同時(shí)塑性變形功轉(zhuǎn)化為熱能使得該區(qū)域溫度上升。鋁合金7A04寧艷玲等通過對(duì)鋁合金7A04進(jìn)行有限元模擬，結(jié)果表明對(duì)不同側(cè)向擠壓速度時(shí)上凸模載荷一行程曲線圖、變形均勻性一速度圖、縱向擠壓速度V1=10mm/s時(shí)側(cè)凸模載荷一行程曲線圖以及不同步長下的金屬流動(dòng)速度矢量圖進(jìn)行分析，得到上凸模擠壓力的變化趨勢是一致的，都是在上凸模向下加載35mm時(shí)擠壓力緩慢上升，隨后上升趨勢加快，同時(shí)當(dāng)上凸模擠壓速度取最大值(V1=13mm/s)時(shí)，上凸模擠壓力極值也是最大的，是不可取的;當(dāng)V2=24mm/s并且V1=8~12mm/s，或者V1=10mm/s并且V2=22~25mm/s時(shí)，等效應(yīng)變?cè)龃蠓群艽?，坯料變形極不均勻，是不可取的;綜合考慮生產(chǎn)效率的問題，當(dāng)上凸模擠壓速度為l0mm/s時(shí)，側(cè)凸模擠壓速度為15~18mm/s;多向順序加載方式成形時(shí)的金屬流動(dòng)方式比較復(fù)雜。通過對(duì)加載速度矢量圖的分析，可知開始金屬主要成形兩邊肋板和兩個(gè)筒，是正擠壓，后來是四個(gè)凹槽角的充填階段，是反擠壓。當(dāng)對(duì)不同溫度下的成形過程進(jìn)行分析，得出在360℃至390℃間隨擠壓溫度的增大，最大等效應(yīng)變明顯增大，變形極不均勻;在390℃至450℃間隨著變形溫度的升高，工件內(nèi)的大變形區(qū)和小變形區(qū)域均減小，工件的變形分布整體趨于均勻;在450℃至480℃間工件等效應(yīng)變差值很小，在此區(qū)間溫度對(duì)變形均勻性的影響很小。變形溫度對(duì)上模的變形力的影響不是很明顯，但對(duì)側(cè)凸模變形力的影響很大，隨擠壓溫度的升高，擠壓力明顯降低，從而確定擠壓為溫度為480℃。建議（一）有關(guān)擠壓參數(shù)的設(shè)定（通過對(duì)擠壓參數(shù)整理所得）1.鎂合金AZ31B擠壓參數(shù)的設(shè)置（1）坯料均勻化處理：400℃保溫16h空冷（或410℃保溫12h空冷）（2）擠壓溫度：320℃、350℃、380℃、400℃（可擠溫度區(qū)間：250℃~450℃， 最佳熱擠壓溫度區(qū)間：370℃~380℃；擠壓前坯料在該擠壓溫度保溫時(shí)間 t=(1.5+0.01*(d-50))*dmin本擠壓機(jī)坯料直徑均為90mm，故保溫時(shí)間3h； 模具加熱溫度比坯料低20℃。）（3）擠壓比：本擠壓機(jī)確定擠壓3種擠壓比：31.64（直徑16mm棒材A）、56.25 （外徑20mm，內(nèi)徑16mm管材B）、28.40（外邊長30mm，內(nèi)邊長26mm 方管C）。（4）擠壓速度：棒材A3mm/s，管材B1mm/s，管材C1mm/s（坯料從模孔流出 的速度區(qū)間在4.5m/min～12m/min，擠壓比為12.9速度區(qū)間在 5.78~15.43mm/s，擠壓比為36速度區(qū)間在2.0mm/s~5.56mm/s，擠壓比為46.28 速度區(qū)間在1.