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基于数值模拟的铝合金薄壁管成型工艺及性能检测

王冰

哈尔滨东安机电制造有限责任公司,150060

摘要: 随着科技的发展,现代拉拔工艺的发展也十分迅猛,因此,现代拉拔工艺要想在铝合金电工圆杆性能上发挥应用,就要在技术上进行提高革新。传统的拉拔工艺已经不能满足社会的需求,现代拉拔工艺已经在铝合金电工圆杆性能中得到推广并且正在不断的深入。 铝合金应用广泛,存在于各个行业,基于有限元软件,建立了铝合金薄壁管拉拔加工的仿真模型,对管材拉拔过程中表面质量降低、壁厚不均以及材料失效等问题进行了原因分析。采用形状与尺寸优化相结合的方式改进了拉拔工艺并进行了试验验证。基于此,本文探究铝合金薄壁管拉拔工艺的优化策略,期望对相关企业有所借鉴。
关键词: 铝合金;薄壁管;拉拔工艺;优化
DOI:10.12721/ccn.2021.157022
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前言 

铝合金电工圆杆性能收到拉拔工艺的影响,在拉拔工艺先进的前提下可以对铝合金电工圆杆的性能产生积极影响。铝合金相比于其他的铁制品的密度是比较小的,优点是硬度较大,强度较高。铝合金是铁铝等材料的混合制品,具有比其他铁制品更加优越的金属特性。拉拔工艺广泛应用于金属管材的生产,能够加工出多种尺寸的矩形、椭圆、异形截面管材,具有尺寸精度高、表面质量好、材料利用率高等特点。材料在拉拔过程中,发生复杂的拉伸变形,并伴随有接触摩擦等,属于高度非线性问题。随着计算机的发展,基于有限元方法的数值仿真技术在管材拉拔中得到了广泛的应用。

1.关于拉拔工艺

拉拔工艺在金属方面是占有一定地位的,具体工艺是指在拉深金属板材时进行,在拉深过程中,金属板料会经过凸模处理,进行拉深工作。金属板才通过凸模处理进入凹模,对板料进行成形处理,这就是一种拉拔工艺。通过拉拔工艺,可以将铝合金电工圆杆所需要的模具打造出来,有一些复杂形状的铝合金电工圆杆有着固定的模具。拉拔工艺也成为拉深工艺,它不仅在铝合金电工圆杆的性能上起到至关重要的作用,也可利用于其他行业,例如:手机的外壳、常用的容器等等。

2.拉拔技对于性能的影响

2.1综合了解现代拉拔工艺在影响中的态度

现代拉拔工艺中对于铝合金电工圆杆的模具施工是拉拔技术的发展关键,是促进经济发展、规范合理市场秩序的良好手段。在实际运用过程中,要保证所拉拔的所用数据的准确性,因其是一种专门把抽象的拉拔技术开发建设转化成简单明了的施工化的有效方法。它会具体按照铝合金电工圆杆计算方法的要求与需求,首先对拉拔技术进行了解,并统计有关的数据信息,对拉拔模具使用地点的几何形状、地理环境,用数字、文字、符号等通俗易懂的形式表达出来,使设计师与工程师有参考的数据。因此,在进行实际使用与操控时,要严格遵守法律规章制度与基础理论,保证市场经济体制的完整性,如果模具施工有误,或者过程不严谨,可能会导致性能的不稳定性,影响接下来的发展进度。所以,提高并运用有效合理的计算方法进行有效的拉拔,是保证地籍铝合金电工圆杆稳定发展的前提与基础。

3.2拉拔工艺对试样性能的影响

拉拔工艺有一种自带的属性,它的变形量也是一种特性,在这个特性不同的时候,圆杆试样的导电性能就发生了变化,与此同时,模具的抗压能力也下降了。所以导电率与进行拉力的强度就形成了一个数学图。根据图的曲线走向,可以分析出变形量的走向。试样的变形量在百分比的一半时,导电程度稍微有些下降,在百分比逐渐增大时,导电程度就下降的越快。这就是金属进行导电时刻所出现的状况,可以引起两种畸变,即点阵静畸变与热振动点阵动畸变,这种畸变对电子造成了打散的压力。此外,准确度也是问题。作为拉拔工艺,它所涉及的方面十分复杂,一些铝合金电工圆杆施工项目在施工之前,没有及时的整理档案资料,在缺少某些工程的数据的情况下给予进行拉拔施工,拉拔技术是不能够对其做相对应的预测与完善,并且不能给予模具准确性的保障。其次,某些拉拔工艺中缺少重要数据,这就从根本上导致了拉拔工作的完成是不规范的。

3.拉拔工艺优化

3.1优化数值模型的建立

在拉拔模具中,模芯尺寸和外模工作带的调整对拉拔制品的性能影响很大。针对模工作带形状变量的数值,使用数值模拟工具来控制模具工作带的变形,定义方向为正方向, 工作带沿之轴发生变形,出模口位置为变形基准,形状不发生改变。结合模拟计算机数据算法,能够快速、准确获得最优模具方案。根据实际生产经验及性能要求,在优化系统中加入约束条件,限制拉拔力小于30,模芯工作带区域长边及短边平均压应力大于150,为提高坯料流出工作带时速度的均匀性,优化目标定为在出模口位置坯料横截面上金属流动速度的均方差最小。在出模口位置,垂直于拉拔方向的截面上选择一组节点,提取节点的方向速度信息并计算其随时间变化的平均值,将所有节点速度变化曲线的均方差定义为目标函数,通过数值优化算法反复迭代,使目标函数达到最小值。

3.2保证拉拔技术模具的准确度

拉拔技术模具的准确度直接影响到拉拔技术模具处理工程的进展以及处理完成情况,它是影响铝合金电工圆杆性能的重要依据,精准的拉拔工艺模具类型可以减轻处理完成之后的工作量。因此,要想保证拉拔技术模具的准确度,首先要做的是准确计算的模具处理量,因为它是编写好拉拔工艺模具类型施工图的重要关节,也是最繁琐最容易出错的,并且它耗时也十分长,包含了整个拉拔技术模具处理工程的使用位置,所以,在进行模具施工量的计算时,要准确合理按照计算规则进行计算,规划好每一个模具施工的预算。其次,拉拔工艺模具类型所运用的数据必须是实事求是的。所涉及的工作人员要十分熟练地掌握每一个铝合金相应的套价成本,减少遗漏铝合金的可能性,工作人员也可以根据自己实际工作的经验,科学合理的去确定施工所需铝合金的实地造价,来有效确保拉拔技术模具的准确度。

3.3提高拉拔技术人员的专业能力与素质

拉拔工艺是一项专业性较强的工作,所以相关的工作的领导人员在对该方面工作进行人员分配时,要保证工作人员具有较强的专业知识和工作能力与经验,从而有效保证铝合 金电工圆杆性能的良好性;其次,拉拔技术工作还要加强对该部分工作人员的管理和教育培训,提高他们的专业水平和综合素质,保证他们在实际现代拉拔模具施工过程中出现的错误几率最小;为了方便管理,工作管理人员还可以制定严格的惩罚规则,提高他们对待拉拔技术的责任感,并且在适当情况下,工作中可以引进一些新人、新思想去提升巩固整个现代拉拔工艺团队的工作能力和创新意识。

4.铝合金薄壁管力学性能检测

管材拉拔制备时,变形区呈环状,此时形成的残余应力包括沿坐标方向的正应力、轴向的剪切应力,还包圆周方向的剪切应力.估算薄壁管材周向残余正应力和轴向残余正应力的近似测量法,已广泛应用.拉拔管材沿轴向切开后断口两侧相互错开,取轴向管剖条时出现侧弯,表明残余剪切应力的存在.

对拉拔 2024Al— Φ115 × 1. 7 薄壁管材,在电火花线切割机上分别切取高度为 2、10 和20 mm的管段.以细针在管段外壁刻三细线,如图1 所示,并以分辨率为 0. 01 mm 的读数显微镜读取两竖直刻线间距.在刻线间沿纵向切开一缺口,再读取水平刻线错开量、竖直两刻线的间距变化.

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拉拔薄壁管材沿母线切开一侧管壁后出现纵向错开变形,表明管材存在显著的残余剪切应力。弹性力学分析表明,此变形由 z - θ 向残余剪切应力释放造成;应力的分布接近线性。应力最大值与纵向错开量成正比,所在位置为管材内表面。为较准确测量拉拔管材的残余剪切应力,样品高度不宜过短,管材残余剪切应力产生的原因,是拉拔时金属横向变形沿周向分布不均.拉拔管材的剪切残余应力可用本文建立的方法测量.

结语:在拉拔工艺成熟的前提下,才能进行数值模具模拟施工工作。工艺在某些方面也会制约铝合金管材的性能,以及影响生产的质量。所以在未来的利用上拉拔工艺要多进行完善,创新革新技术,多进行模具的改革。最优化、最精准的生产流程,是未来铝合金拉拔技术所追求的目标。

参考文献:

[1]张晓燕.拉拔技术对铝电工圆杆性能的影响[J].轻合金加工技术,2015(01)