机械装备专业设计文献翻译6063铝管冷拔工艺优化本科毕业论文.docx
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机械装备专业设计文献翻译6063铝管冷拔工艺优化本科毕业论文
中文译文
6063铝管冷拔工艺优化
摘要
为了获得T832材料的行为，需要6063-T4管冷拔前人工时效处理，以提高其机械性能。
由于高面积减少，多个拉拔工艺流程一般在拉拔过程中，需要避免管断裂。
在这些几个步骤需要一个耗时的过程，这可能会减少优化。
通过有限元模型已经做的工具的几何形状的优化，其目的减少的最大应力水平绘制在一个通管。
在优化设计的基础上，建一个新的工具和可接受的根据观察到的实验和数值模拟结果。
皇冠版权所有-------2011年发布由Elsevier公司保留所有权利。
1、简介
挤压管是大多的圆截面铝管的制造方法。
6063合金最常使用，因为它很容易挤压。
然而，6063合金的挤压产生低的机械属性和有限的管的厚度。
此外，挤压过程中不会产生良好的尺寸精度和表面成品。
拉伸过程中，在挤出后，可减少挤压管的外径和壁厚，以提高它们的机械性能。
这个过程比挤压使管拥有更紧密的尺寸精度和明亮的表面光洁度。
为了从人工老化后得到T8326063-T4管材料的特性（确定在ASTM标准B483M[16]），有必要减少管的横截面面积的约50％[1]。
因此，管有足够的工作硬化。
到今天为止，一些拉拔过程要达到这样高的减径没有多处管断裂。
本研究旨在利用有限元（FE）方法，这将使拉管过程中只在一个步骤的性能优化刀具几何。
拉管过程中采用有限元法分析先前由Sawamiphakdi等人研究。
[2]。
他们开发了一种有限元模型，以确定适当的初始管的尺寸，在没有断裂的风险管尺寸绘制后获得相应的机械性能。
以同样的方式，Karnezis和路佳[3]使用了加工性标准来确定的易感性的管失败，而绘图。
他们能够验证一个两步骤的操作，如果没有，可以替换为一单通管损坏，使用相同的刀具的几何形状。
吉田和古屋[4]研究冷拔形状记忆合金空心下沉，固定插头绘图，浮动插头绘图和芯棒图。
他们找到了一个可以成功拉拔管准确的过程，能够拥有更少的断裂和更好的尺寸精度。
Moon等人[5]采用了有限元模型验证分析方法优化两个步骤，来使这个过程中间管尺寸均匀分布。
Palengat等人[6]的有限元模型，通过实验得到的结果相比，有两个硬化法即空心下沉和插头拉拔，在他们发现采用恒定库仑摩擦系数结果会得到高度的一致性。
Kubokietal.[7]模拟管拉丝工艺来研究有插头沿管厚度具有均匀的残余应力，一些研究已经进行了优化模具进入角度以减少绘制应力。
内维斯[8]研究发现优化半角A304不锈钢拉管范围减少绘图将有三个不同的区域减少。
他们的结果证实，插头上的摩擦效果比模具更加显著。
Okui[9]模拟拉管过程优化一个双锥形模头的几何形状，以降低钢管的弯曲现象。
最近的出版物上拉管主要集中在生产不同厚度管。
Bihamta基于他们的成功的产量，[10]提出了一种可变厚度的管和通过管的几何形状的选择效果评估残余应力的状态，。
此外，Guillot[11]提出的实验方法可在径向和轴向两个方向生产可变厚度的管。
本研究的目的是通过优化电路小片的角度和轴承之间的区域和尚未在文献中研究的电路小片的倾斜区域的瞬态曲率以减少拉丝负载。
商业LS-DYNA求解器和开发代码，在MATLAB和ANSYS（APDL语言）作为前处理工具软件。
在第一步骤中，进行了一些实验，在第二步骤中，与实验结果的初始过程中验证模型的准确性，并找到具有良好的接触条件的有限元模型进行了比较。
第三和第四个步骤是优化工具的几何形状和新的刀具几何形状的实验验证。
液压工业工作台6063-T4进行挤压管的拉拔。
拉拔工作台具有190千牛的能力（图1），可以同时拉出三个管，最大长度12米。
在实验中，使用了29.54毫米外径和1.24毫米壁厚的挤压管。
这些管，用于产生雪鞋，在拉拔的两个步骤中。
挤压原管的机械性能列于表1。
在第一个实验中，拉拔过程的两个步骤被用来校准有限元模型。
因为拉拔的工具不提供这些模具，他们的两个通过CMM测量拉拔的两个过程。
在第一步中工具的几何形状在图中示意性地示出。
如图所示，有两个管芯，第一个是大多数发生在环箍方向的变形，而第二个是拉深模的径向发生变形。
这种设置在业界和实际使用，可以较大的降低直管径和获得更好的表面光洁度。
工具的拉拔过程属于弹性变形，被认为是普通钢性能指标的杨氏模量和泊松比，分别为E=207MPa和m=0.3，每个步骤中的工具和管道的尺寸列于表2。
拉拔台配备在芯棒杆测量拉拔负荷和张力。
由于管通过液压缸拉，由压力变送器测定拉拔力。
芯棒杆的张力由一个定制的传感器来衡量。
如该图所示。
如图3所示，心轴杆的样品加工到精确的尺寸同时应变仪连接到它之上。
所制作的传感器的准确度通过拉伸试验机（图4）来验证。
图16-19附录中显示测量的拉力。
通过栅格，配备四个摄像头自动应变测量系统，测量在每个步骤之后的管的表面的变形。
第一步之前，2毫米的正方形网格的图案施加到管。
轴向和环向应变是第二个步骤，然后通过系统测量。
图5表示出了两个步骤的拉管的表面应变。
图6示出了每个步骤的变形。
根据ASTM标准B557M[12]，拉伸试验已经完成对最终拉管的测定。
表3中列出了材料的属性。
目前，管拉拔过程中不能一次性完成，因为管会在在拉伸的部分发生破裂，（图7显示了在一个拉拔过程的有限元分析的基础上典型的断裂的管的形状）。
这意味着，要考虑的是形成标准的最大轴向应力而非拉制管能承受的变形量，因为管在两个步骤中可能完成拉拔，然后在一个步骤中执行管材拉伸，轴向应力应该是低于265兆帕斯卡，或换句话说，拉拔负载必须低于14.5千牛顿的，以避免管的断裂或错误的管尺寸。
现在已经证实，具有较小区域面积的减少和当前几何形状的模具中，采用一个步骤或两个步骤的材料性质是非常相似的。
管再相同的材料和热处理条件下使用，有一个良好一致性。
一次或者两次拉拔过程的管的尺寸在表4中给出。
3、有限元模型
数值研究使用，LS-DYNA971的版本，隐含了直接非线性求解。
一个变量的时间步长的位移和能量的相对收敛性为1E05。
模具的几何形状以及负载情况被认为是轴对称的。
因此，当拉拔管时沿管子的圆周应力的变化被认为是零。
此假设允许使用轴对称模型，如图8所示。
管呗划分成有四个节点Belytschko-TSAY的shell的元素，并且整合是使用一个2乘以2的高斯正交执行的。
，0.3毫米元素是一个最大的[边缘13]四边形网格，此时应力和应变的的数值结果的一致的。
一个弹性-塑料的的材料，MAT_24[14]，是用作在的FE软件中一个各向同性的硬化材料的。
第三变形量与径向回归的Mises屈服准则被用于合金的流变应力，且材料被认为是与应变率无关。
6063-T4的管的的应力-应变曲线的从一个拉伸的测试中而确定。
由于在拉伸试验中，管子被加载仅在一个方向而其他方向自由变形，在拉拔过程变形范围内不是足够大，以代表的真实的管的变形。
因此，应力-应变曲线幂次与延伸而得R=K[15]，可以用在这个过程中的变形来模拟高。
适当的拟合参数分别为K=295和n=0.215。
延伸的应力-应变曲线示于图中9。
表面接触的库仑摩擦系数被用来表示接触性质。
摩擦系数是由FE仿真和实验得到的负载比较而来，它们在实拉和空拉时应该是相同的。
摩擦系数被认为是大约0.035。
图16-19附录中的比较测量拉力和FE结果，时间已被标准化为1秒。
由于它的初始定位，在开始的过程是高心轴力。
库仑摩擦系数0.035的值被用于以下所有的数值研究。
表5示出的每个步骤中的表面张力的测量值比较。
4、工具的几何形状的优化
在这项研究中，用于固定插头的拉拔过程有：
沉降片模，拉深模和圆筒形插头。
沉降片的模具和拉深模的几何形状进行优化采用下面的方法：
该表项的区域的几何形状被认为是圆锥形的圆角（图10）连接到支承区。
对于这两个模具，轴承区的长度被固定至4毫米。
将通过有限元方法确定的最佳锥角和瞬态曲率半径，以降低拉制管的屈服应力的目的是为了减少轴向应力。
由于两个管芯（沉降片和拉丝模）过程中用于输出的第一模具会影响管在拉拔时的变形。
三个参数可能对拉拔过程产生影响，取决于沉降片的几何形状：
在管的两个管芯之间的拉伸或下沉负载（Fs的），下沉后的管的厚度（TS）和下沉后的塑性应变。
已经进行了一些初步的有限元模拟表明，要注意两个最重要的参数——下沉负载（在管的两个管芯之间的拉伸载荷）和下沉后的管的厚度（图11）。
5、结论
在这项研究中，一个FE模型为优化沉管拉管得到开发。
在第一步骤中，该模型进行校准的基础上测得的管的表面上凹模和芯模的变形反作用力。
然后根据校准和验证模型，进行优化研究具有最小轴向应力冷拔管，拉丝管，以减少断裂的机会。
该研究还确定，考虑作为限制标准的变形量和不同的假设，在拉制管的轴向应力是拉拔管一个主要的限制。
对于一个给定的管的生产周期，轴向应力的最小化有可能从两个步骤中减少其中的一个步骤，。
优化模具的实现的使拉拔的最大面积减少53％。
通过减少拉拔步骤的数目，管拉拔过程中的生产成本被缩减一半以上，因为我们减少了处理管和模具的维护时间和耗电量。
参考文献
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研究所。
B部分：
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[11]M.Fafard，S.吉拉德，A.Rahem，铝管拉伸工艺生产轻型结构的应用中使用的可变壁厚组件，实验探索：
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英文原文
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