宽展挤压模具在铝合金型材制造上的设计策略分

第 2 章 FR029 铝型材挤压宽展模具结构优化

2.1 预备模块的建立
预备模块主要是选择优化目标函数，确定对目标函数影响较大的主要机电毕业论文工艺参数和几何参数，并根据相关理论和经验确定各参数的约束范围，进而建立所要优化的模型。
2.1.1 目标函数的选择
铝型材宽展挤压时，由于坯料和挤压制品在形状上缺乏几何相似性，并且受到挤压筒壁、模具端面、死区以及工作带的强烈摩擦作用，金属流动的不均匀现象十分严重，各部位的金属都试图以不同的流速流出模孔，但型材作为一个整体却阻碍了这一点的实现，导致型材制品中产生很大的附加应力，从而产生各种缺陷，如尺寸不稳定、横向裂纹、扭拧、弯曲、局部波浪，严重时会产生各种废品，甚至在挤压时出现堵模现象，使挤压无法进行。参数优化设计首先需将这些定性描述的目标定量化，即要选用一个量或者参数来评估一个型材质量的好坏。给出对应于这些目标的物理量，建立起其数学模型。一般常选用的目标函数有：挤压力、制品组织性能、显微硬度、材料损伤值和流速均方差。在铝型材挤压工艺中，尽可能合理地调整或消除模具出口速度差异，使型材达到产品设计图纸的要求，这是模具设计和制造人员应遵循的基本原则。型材挤压模具设计时常以金属流速均匀度为目标[28]。因此，在挤压宽展模具优化设计时应以挤压过程中平衡金属流速为目标。衡量金属流出模孔的均匀度指标通常采用流速均方差（SDV）值，即轴向速度场标准偏差 SDV。本文选择模具工作带出口处流速均方差为目标函数。

第 2 章 FR029 铝型材挤压宽................................................16
2.1 预备模块的建立......................................................... 16
2.1.1 目标函数的............................................................ 16
2.1.2 优化变量的选择及其................................................ 17
2.1.3 几何模型的建........................................... 19
2.2 数值模拟模块的建立 ....................................................... 21
2.2.1 有限元模拟中各种参.................................... 21
2.2.2 DEFORM 模拟 ............................................................. 22
2.2.3 SDV 计算与................................................ 24
2.3 神经网络模块的............................................ 26
2.5 有限元模拟验证 ...................................................... 30
第 3 章 平板型材宽展挤压过程...................................33
3.1 平板型材宽展挤压问题.................................................... 33
3.2 几何模型的建立 ............................................... 35
3.3 有限元模拟中各种参数.............................................. 35

结 论

本文对工厂实际生产的平板铝型材和空心铝型材的挤压工艺过程进行了模拟，通过对模拟结果的分析处理，得到以下结论：
（1）铝型材挤压宽展模参数优化系统的 BP 神经网络的结构选用 2×5×1 组合所得网络性能最优；学习函数选择 tranlm 网络训练效果最好；回归分析的数学模型选用指数函数与线性函数的组合，所得的函数关系误差最小；遗传算法迭代寻优选用以下参数组合：种群规模 100、杂交概率 0.3、变异概率 0.001、遗传最大世代数为 30，所得的结果满足本文计算要求。
（2）宽展模参数中，模具入口宽度 B1和出口宽度 B2对于金属流动均匀性影响较大，B1和 B2经过优化以后的模具挤压过程中金属流动均匀性明显增加。采用本文建立的优化系统可以得到合格的最优解：SDV 最小值为 4.712mm/s，对应的宽展模入口宽度和出口宽度分别为 B1=208.91mm，B2=284.24mm。将所得的最优解和用经验法确定的模具进行挤压过程模拟对比，结果表明，所得的优化变量可以很好的改善金属流动均匀性。型材出模口平面 Z 向流速大致分布在-70mm/s到-80mm/s 之间，均匀性明显提高，说明优化结果可靠有效。