[发明专利]一种基于数值模拟的等温挤压能耗影响因素分析方法

说明书

本发明公开了一种基于数值模拟的等温挤压能耗影响因素分析方法，通过采用数值模拟技术建立有限元分析模型，分析工艺参数对型材质量的影响，在满足型材质量要求的前提下，分析工艺参数对能耗的影响，采用正交实验及方差分析方法，分析工艺参数对等温挤压成形能耗的影响程度，弥补了现有技术关于工艺参数对挤压能耗影响的研究、以及关于等温挤压能耗影响因素分析方法的研究的缺乏。

技术领域

本发明涉及能耗分析技术领域，尤其涉及一种基于数值模拟的等温挤压能耗影响因素分析方法。

背景技术

挤压工艺由于具有材料利用率高、产品质量好等优点而被广泛应用于各个行业，其中等温挤压工艺是指在保持型材出口温度恒定或基本恒定(差异为±10℃)的状态下进行的挤压成形工艺。等温挤压工艺的特点是在挤压过程中，变形区的金属温度基本保持恒定，最大限度地保持金属变形抗力和金属流动的均匀性，保证挤压型材的形状与尺寸的精准程度以及组织与性能沿断面和长度方向的均匀性。但由于等温挤压成形工艺具有高昂的能耗成本，制约了铝型材企业的进一步发展，为了降低挤压工艺的能耗成本，需要明确等温挤压成形能耗的影响因素。

在挤压工艺过程中，工艺参数对于变形区中金属的温度分布情况、温度变化情况以及所受应力-应变状态有很大的影响，而这些因素也是影响型材质量和性能的重要因素。由于挤压成形过程本质上是一种大变形的非线性成形过程，难以使用传统测量方法方法对这种非线性过程进行测量。随着对计算机科学和力学理论研究的深入，国内外开始利用计算机等先进的技术与手段，将数值模拟技术结合有限元分析引入铝挤压生产中，成功得到变形金属在挤压模具内的速度、温度、压力等场量的分布及变化情况，优化了通过实验确定工艺参数的传统方法，提高了生产效率。

Li等人利用数值仿真方法研究了挤压温度对于挤压过程温度分布的影响规律，得到了挤压过程中温升与挤压速度的对数呈线性关系的结论；Liu、Chen等人利用数值仿真方法对挤压速度、挤压温度等工艺参数与型材质量之间的关系进行了研究，结果证明，可以通过提高挤压速度的方法提高型材质量；Rahim等人本文采用变形三维模拟方法，研究了冲压速度、预热温度、预热时间和挤压模角对流动应力和热分布的影响，得出了较高挤压速度不利于型材出口面温度分布均匀性的结论；周飞等通过模拟典型铝型材的非等温成形过程，得到了铝型材挤压过程三个阶段的应力、应变和温度场的分布情况以及成形过程中模具载荷随时间的变化情况；黄光法结合有限元与有限体积法，利用分布算法对卷闸门型材进行了数值模拟，获得挤压成形过程中金属流动速度、应力应变图和温度分布图；钟建华等用有限元软件模拟挤压成形过程，分析工艺参数对型材截面速度分布以及挤压力的影响，并得到了特定零件的较优工艺参数；王灿等将AA6063铝合金方型管材作为研究对象，设计了关于坯料初始温度、模具初始温度和挤压速度等工艺参数的正交试验方案，在正交试验基础上进行方差分析，获得最优工艺参数组合。

以上学者多将目光集中于对产品质量的改善，通过数值仿真方法探究工艺参数对挤压过程中金属变化规律的影响，以分析工艺参数对产品质量的影响；但是，目前缺乏关于工艺参数对挤压能耗影响的研究，尤其缺乏关于等温挤压能耗影响因素分析方法的研究。

发明内容

本发明为解决现有技术缺乏关于工艺参数对等温挤压成形能耗的影响分析的问题，提供了一种基于数值模拟的等温挤压能耗影响因素分析方法。

为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：

一种基于数值模拟的等温挤压能耗影响因素分析方法，包括以下步骤：

S1.根据型材等温挤压工艺的先验知识选取关键工艺参数；

S2.采用数值模拟技术建立有限元分析模型；

S3.采用所述有限元分析模型分析工艺参数对型材质量的影响；

S4.基于所述型材质量符合预定标准的情况下，分析工艺参数对能耗的影响；