摘要
摘要
随着高速轨道交通的快速发展，在海洋和航空航天产业更是显得突出，我国的铜合金产品正朝着高强度和高韧性、复杂形状、薄壁型腔和高精度的方向发展，这无疑是给薄壁铜合金挤压工艺提出了更高的要求，在工艺及模具设计方面也不例外。传统的铜型材挤压工艺和设计方法难以满足大断面复杂型材的设计要求。基于挤压过程数值模拟分析的挤压工艺和模具设计方法是提高挤压工艺和模具设计质量和效率的重要途径。根据典型的大型复杂薄壁截面铜合金挤压工艺及模具设计，系统在生产过程中的金属流动规律，根据型材挤压模具的优化设计方法的数值模拟，使得挤压模具的出口速度分布比较均匀。 首先分析了其结构和尺寸的需求，挤压成形模具设计的难点和设计方法，基于结构特征模的薄铜合金挤压工艺分析与计算，以挤压模具结构设计导流室结构铜型材设计。模具结构、分流桥、焊接室、模具模腔以及空刀。软件建立有限元模型，铜型材挤压过程的基于挤压过程数值模拟得到的金属挤压成形过程中的流动规律，以及挤压模具出口型材变形、速度分析、温度场和应力场分布不均匀等进行了分析。
基于初始设计的型材挤压模具不能保证模具出口截面上物料流动的均匀性，导致型材扭曲变形，通过设计导流板系统的分流孔，挡块与模具结构参数对挤出速度分布、温度分布、金属流动行为的应力应变分布和物质粒子的运动轨迹，分析比较不同的金属流动速度和模具在模具设计出口断面流速分布均匀性的
条件下，这一部分的挤压模具结构的优化设计。数值模拟结果表明，优化后的模具结构使模具出口截面速度相对均匀，变形量小，满足型材几何尺寸精度要求，并总结了这种薄壁铜合金型材挤压模具的设计方法。
管关键词：薄壁铜合金；模具设计；优化
Abstract
Abstract
With the rapid development of high-speed rail transportation,especially in marine and aerospace industry,China's thin copper alloy products is a high strength and high toughness,complex shape,thin flat cavity and high precision,which is undoubtedly puts forward higher requirements for the thin-walled copper alloy extrusion technology is no exception in the process and die design.The traditional extrusion process and design method of copper profile are difficult to meet the design requirements of large section complex profiles.The extrusion process and die design method based on numerical simulation analysis of extrusion process are important ways to improve the quality and efficiency of extrusion process and die design. According to the typical large and complex thin-walled section copper alloy extrusion process and die design,the metal flow rule of the system in the produc
tion process is carried out.According to the numerical simulation of the optimization design method of profile extrusion die,the outlet velocity distribution of the extrusion die is more uniform.
First,the requirement of structure and size,the difficulties and design methods of extrusion die design are analyzed.Based on the analysis and calculation of thin copper alloy extrusion process based on structural characteristic mold,the design of extrusion die structure is used to design the copper profile of diversion chamber structure.Die structure,shunt bridge,welding room,mold cavity and empty knife. The finite element model was established by software,and the flow rule during extrusion process was analyzed based on extrusion process numerical simulation,and the deformation and velocity analysis of extrusion die outlet profile,uneven distribution of temperature field and stress field were analyzed.
Ensure the mold exit section of material flow uniformity of extrusion die based on the design of the initial profile can lead to distortion,guide plate profile,tap holes of the system,block and die structure parameters on the velocity distribution, temperature distribution and flow behavior of metal extrusion should track stress and strain distribution and material particle,comparative analysis different metal flow and die uniformity in the outlet section of the mold design of velocity distribution under
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the condition of optimum design of extrusion die structure of this part of the.The numerical simulation results show that the optimized die structure makes the section velocity of die exit section relatively uniform,and the deformation amount is small, which meets the requirement of geometric dimension accuracy of profile.The design method of extrusion die for thin wall copper alloy profile is summarized.
Keywords:Copper alloy,Die design,Optimization
目录
目录
摘要...............................................................................................................................III 第1章绪论. (1)
1.1研究背景和意义 (1)
1.2薄壁铜合金型材挤压技术的研究现状 (2)
1.3铜型材挤压模具制造技术发展与现状 (2)
1.4本文研究方法和研究内容 (8)
第2章薄壁铜合金型材挤压过程数值建模及变形过程模拟 (11)
2.1铜型材挤压加工的基本原理 (11)
2.2铜型材挤压零件结构介绍 (12)
2.3铜型材零件挤压初始模具设计 (13)
2.4型材挤压变形模拟结果分析 (13)
2.5本章小结 (17)
第3章薄壁铜合金型材挤压模具优化设计与挤压过程模拟分析研究 (19)
3.1优化设计方案一：调整工作带长度 (19)
3.1.1模拟实验方案确定 (19)
3.1.2模拟结果分析 (22)
3.2优化设计方案二：调整工作带长度和增设二级焊合室 (27)
零时刻3.2.1模拟实验方案确定 (27)
3.2.2模拟结果分析 (28)
3.3本章小结 (33)
结论 (35)
参考文献 (37)
致谢 (41)
第1章绪论
第1章绪论
1.1研究背景和意义
在金属材料的应用中，铜合金型材具有密度小、质量轻、耐腐蚀、导热性好、易加工等优点，铜合金
十字滑块联轴器型材广泛应用于交通运输、机械化工、航空航天、建筑工程等行业。近年来，铜型材消费不断增加。各国都把铜工业作为一个重要的发展产业，关注程度远高于其他金属材料。目前我国总消费的薄壁铜合金产品占世界的2/5。国内铜型材加工企业蓬勃发展，已达到1000多家。铜型材挤出模具的需求量每年达到几十万套。薄壁铜合金产品的需求在中国是非常大的。
挤压模具结构设计和制造过程中涉及到材料选择、设计、制造和模具修复等环节。成本占挤压工艺成本的35%左右。在型材加工生产中，主要有两种挤出方法：冲孔针挤压以及分流组合模挤压。前者不但应用范围小而且成本很高，后者结构简单，成本低廉，应用范围广。在实际型材加工中，分流模得到广泛应用。
目前铜型材加工行业技术水平参差不齐，铜型材挤压加工工艺研究和工业生产水平代表了铜型材加工业的技术发展水平。铜型材挤压生产的核心技术之一是模具的设计和制造。挤压模具的影响因素对铜型材挤压制品的质量有很大的影响。目前铜型材挤压数值模拟方法在西方国家已得到广泛应用，在这方面的应用国内尚处于起步阶段。铜型材加工行业需要由传统的经验设计经验模式向重视数值模拟技术在工业中的应用转变，尽快摆脱传统的薄壁铜合金模具制造方式，节约成本，提高效率。
只有改变过去的传统设计制造模式，建立数字化设计的，分析和制造技术，生产出品质优异的产品，才能提高铜加工行业的整体水平，满足铜型材国内行业快速发展的需求增加。目前，CAD/CAM技术
在各个行业得到了广泛的应用，发挥着越来越重要的作用。数值模拟技术及其相关软件在世界范围内得到了广泛的认可。在数值模拟分析中，许多计算结果，如变形程度、应力应变分布、温度分布等，都越来越精确，这对挤压工艺设计及相关模具设计和优化有着重要的影响。基于仿真过程的数值分析过程和模具设计不需要通过实际生产样本进行测试，只需虚拟模具的修复和挤出过程的模拟就能节省大量的模具修复时间，显著提高新产品开发的效率。
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