赵凯 夏宁
临朐县检验检测中心 山东 临朐 262600
摘要:随着科学技术的发展,人们对资源的节约和综合利用的关注度越来越高。铝型材系列产品因其具有的特点是产品质量轻、易于运用于资源回收、强度高、低能耗等特点,被广泛应用在交通、建筑、船舶、汽车等各个生产领域,因此本文首先探讨了异型空心铝材料挤压模具的应用现状,最后对异型空心铝型材挤压模具工艺的优化方法和发展趋势进行系统的分析,从而更好地提升异型空心铝型材挤压模具的工艺水平。
关键词:异型空心铝型材;挤压工艺;工艺优化
前言:有效利用节约能源、改善自然环境生态条件,这是我们实现现代人类社会政治经济社会秩序经济文化可持续发展的必然内在基本要求,随着科技水平的发展,人们对铝型材制品的质量、光洁度、生产成本等要求逐渐变高。铝型材生产的主要技术就是挤压模具的设计和制造,挤压模具的设计制造直接影响到铝型材的质量,为了增强相关企业的生产效率和铝型材挤压模具的使用寿命,因此有必要对我国异型空心铝型材的应用现状及挤压模具工艺优化的方法和发展趋势进行分析,从而提高铝型材的产品质量。
一、异型空心铝型材挤压技术及应用现状
目前铝合金型材正朝着产品整体化和产品大型化的型材生产工艺方向不断前进,为了充分满足国际市场对铝合金型材产品轻量化的更高要求,在我们进行型材生产的整个过程中我们需要严格保证大型铝合金型材的壁厚与小型铝合金型材的外壁厚度基本均等,目前估计全世界对大型铝合金型材的每年需求量估计在30万吨以上,处理条形、槽型、工字型、T字型等通用型材外,还需要生产专用异型铝合金型材,大部分专用铝合金型材按用途可分为以下几种:
一、交通车辆及航空用大型铝型材。在交通车辆行业中铝合金型材主要应用于地铁列车、高铁列车、轻轨列车、大型货车、双层客车等大型车辆的主要受力部件和内外部结构部件等。另外大型铝型材可以应用于飞机、宇宙飞船等航天设备的机翼大梁、整体带筋壁板等。
二、电子医疗器械、家用电器、民用建筑企业等大型铝型材。在商用电子电器、家用电器、通讯设备等大型设备的生产制造中,铝型材主要用于外壳及散热部件的制造中。在民用建筑及农业机械设备中大型铝型材能够用于建筑构件、农用喷灌器械等。
三、石油化工、煤矿电力等能源企业的大型铝型材。铝型材主要应用于能源企业中输电网、管道、支架等设施设备中。
四、船舶、军事、交通等大型铝型材。铝型材主要用于船舶、舰艇的甲板部位,坦克、装甲车等的外壳部位。在交通运输行业中大型铝型材可以用于公路桥梁桥面、集装箱箱板等。
二、异型空心铝型材挤压模具工艺优化的主要方法及发展
(一) 异型空心铝型材挤压模具工艺优化的主要方法
1 .有限体积法
在异型空心型和铝型材料的挤压材料模具工艺优化技术工艺中主要有机会广泛应用于得到有限质量体积法,有限质量体积差分法也就是从原有限差分法经过优化工艺形成的一种挤压材料模具优加工艺优化方法。
有限代数体积积分法则就是对欧拉描述当中,对整个空间体积做的一种网格形式划分,并且可以覆盖在整个计算时间区域当中的,它就是可以把所有物理和能量数据进行一个对应的计算存储,再通过计算质量和物理动量以及能量守恒可以列出一个相应的物理微分方程,通过在一个单元体上把物理体积与计算时间长度进行对应积分,做到一个离散体积形式,再通过这种离散形式可以组成一个有限代数微分方程,进而可以得到一个包含物理量的分布[1]。有限测量体积的方法在对异型空心铝型材的参数测量进行计算时,在我国流体力学研究中的主要应用范围相对来说还是比较的广泛,有限测量体积的方法在现阶段用于我国异型空心铝型材的热挤压加工模具的制造工艺结构优化设计过程中一直占据着重要的技术地位,各生产企业都在应用有限体积法,并且建立了一个相对有效的数据模拟系统。应用有限体积法进行铝型材的参数优化可以模拟出薄壁类异型铝型材的挤压过程,更好地进行异型空心铝型材的挤压工作。有限体积法是当前我国应用最广泛的模拟挤压成形方法,因此相关企业要加强对有限体积法的应用创新,不断提升运算参数的精度,从而提升异型空心铝型材挤压模具的工艺水平。
2.有限元法
在异型空心铝型材的模具挤压工艺模拟生产过程中我还可以大量的选择应用有限元法,有限元法可以模拟出的空心铝型材的挤压工艺物理参数、模具整体结构等相关信息及该数据直接性地影响着空心铝型材的挤压生产过程质量。在实际进行这一参数类型模拟的生产过程中,大部分应用情况下都必须是大量应用了钢材塑性参数模型,模拟出各种铝型材的非等温稳态性的模拟生产工艺过程,在这一参数模拟生产过程中必须还需要大量应用大型的弹塑性模型原材料。如果主要是我们利用二和三维数学模型对其模具进行基于流动性和速度的两个模拟系统试验,在挤压生产管理过程中我们可以通过分析利用其三维模型中的结构,对两个模拟系统模具进行进一步的科学研究进行分析,如果在应用挤压生产过程中,数值等价模拟系统是指大截面积的型材,应用挤压过程里其中的两个模拟系统模具就一定要是数值等价的[2]。因此在实际的系统应用开发过程中,有限元法计算是相对有效的系统优化计算方法之一。
(二)异型空心铝型材挤压工艺发展趋势
在进行异型空心铝型材挤压模拟试验中可以看出有限元法能够更真实精确地模拟铝型材的挤压状态,有限元法能够更好地适应异型空心铝型材的特殊形状,并且能够对异型空心铝型材的材料性质进行相对精准的定义,能够精确出异型空心铝型材的变量状态和边界条件,有效地解决异型空心铝型材挤压模拟的难题。但是有限元法在实际应用模拟过程中也会存在一定的弊端,通常情况下,有限元法会应用到拉格朗日坐标,这种方式的网格节点一旦发生轻微的移动,都会导致网格发生变形,变形严重的情况下会导致网格交叉的问题出现,影响该方法的应用准确度,这样情况下就需要重新对网格进行划分,并且重新进行模拟试验。在对网格进行重新划分的过程中,还是会出现些许的偏差,在对参数进行计算的过程中就没有办法保证数据的精准程度。另外,网格重新进行划分的过程速度也是很快的,这就是说没有什么办法完全保证异型空心铝型材边界的清晰度,如果异型空心铝型材的各个形状节点在和网格边界各个节点之间进行多次脱离切换时会对其造成一定不同程度的敏感性,也会导致实际操作中挤压铝型材的形状出现一定程度的偏差。所以目前,有限元数值模拟也只能对形状较为简单的异型空心铝型材进行模拟,但是随着科学技术水平的提升,相关的技术人员一定能够提升对异型空心铝型材的挤压工艺水平,从而提升异型空心铝型材挤压工艺的精度。
结论:综上所述,在异型空心铝型材的生产过程中,挤压模具是影响产品质量的关键因素,异型空心铝型材的结构、设计和产品加工等都会影响型材的质量,因此相关企业和工作技术人员应当加大异型空心铝型材挤压模具工艺的研究和创新,不断地去优化异型空心铝型材挤压模具的工艺方法,克服传统挤压模具设计和生产上的不足,从而提升铝型材产品的质量,为相关企业带来更多的经济效益。
参考文献：
[1]潘鹏林，陈文琳等.异型空心铝型材挤压工艺数值模拟及模具结构改进[J].合肥工业大学材料科学与工程学院,2018，44(01):8-11.
[2]李灼华.铝型材挤压模具设计二次开发系统及模具优化发展[J].青海大学机械工程学院,2019，35(07):96-97.