[发明专利]一种基于数值模拟的等温挤压速度曲线获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域的金属材料挤压加工工艺，特别是提供了一种铝合金热挤压加工过程中的等温挤压速度曲线及获取方法。

背景技术

挤压是对放在容器(挤压筒)中的锭坯一端施加压力，使之通过模孔以实现成形的一种压力加工方法，如图1所示。在铝及铝合金半成品中，挤压是主要的成型工艺之一，挤压产品占全部半成品的1/3，尤其是生产建筑型材。

在挤压过程中，挤压出口温度是一个重要参数，它决定了挤压制品的组织性能是否均匀、挤压制品质量是否稳定的关键因素。通过仿真，挤压出口温度即为挤压制品的最高温度，它与坯料初始温度、挤压速度、挤压工具温度、挤压筒及模具摩擦、挤压系数等因素有关，出口温度难以通过理论计算进行预测和分析。

传统的挤压方式是整个挤压过程保持恒定速度挤压，但这样的恒速挤压一般在低速下进行。如果速度过高而且始终保持恒定，挤压制品温度不断升高影响挤压制品质量。同时速度较大的等速挤压会使制品各个截面的组织不均、性能不稳定、模具损耗严重。因此工业上更希望实现等温挤压从而达到挤压过程最高温度保持稳定，改善制品组织均匀、性能良好、挤压效率提高、模具损耗减小的目的。

在工业上，实现等温挤压一般分为两种方式，一种是采用轴向上温度梯度分布的坯料进行挤压实现；另一种是通过改变随行程变化的挤压速度的方式实现。相比而言，第一种方式的坯料温度梯度值难以精确的确定，实现困难，而第二种方式运用较多。查阅文献有较多学者提出了速度变化的曲线实现等温挤压，但这样的速度标准没有实现等温挤压的依据，也没有给出这样的速度曲线是如何得来的。

实现等温挤压是为了获得温度稳定的挤压制品，尽可能的实现制品轴向的组织均匀、性能稳定，满足工业生产需要。在此基础上更希望提高生产效率，降低模具磨损及生产成本。为了搞清提出的各种挤压速度曲线可以实现等温挤压，需要从实现制品温度恒定目的推出实现等温挤压的速度曲线是有必要的。获取的等温挤压速度曲线方法对工业挤压过程的挤压工艺优化有一定借鉴意义。

发明内容

本发明的目的在于针对铝合金的挤压工艺，提供一种简单可行的基于数值模拟的等温挤压速度曲线获取方法，把本发明方法得到的曲线输入挤压设备速度控制系统，能使挤压过程最高温度保持稳定，保证制品组织均匀、性能良好、提高挤压效率。

本发明提供的的技术方案为：一种基于数值模拟的等温挤压速度曲线获取方法，包括以下步骤：步骤一：根据挤压制品选择挤压设备和坯料；步骤二：建立挤压模型；根据挤压设备的调速范围，选取多个进行模拟挤压的速度；设置挤压条件；设定出口温度；步骤三：采用deform软件进行多次等速挤压模拟，取出不同等速挤压情况下的最高温度——挤压行程曲线；步骤四：得到不同等速挤压情况下的最高温度——挤压行程变化曲线与设定出口温度的交点；步骤五：将上述交点通过n种不同方式拟合，得到相应的n条挤压速度——挤压行程曲线；n≥2；步骤六：根据不同的挤压速度——挤压行程曲线，进行多次模拟挤压，得到相应的最高温度——挤压行程曲线，对比不同的最高温度——挤压行程曲线，得出最优的挤压速度——挤压行程曲线，变换后得到的挤压速度——时间曲线作为等温挤压速度曲线；

最后将得到的等温挤压速度曲线输入挤压设备的速度控制系统。

进一步地，所述步骤五中的拟合方式包括阶梯函数拟合和反比例函数拟合。进一步地，所述步骤三中，先取出不同等速挤压情况下，挤压力——挤压行程曲线；再得到挤压力——挤压速度曲线；将不超过挤压设备额定挤压力80％的曲线段中最大挤压速度值作为挤压初始阶段的速度。进一步地，所述步骤一中，挤压制品为7075铝合金，选择挤压设备为125MN卧式挤压机；挤压模具定径带长度6mm，模具入口半角0.5mm，挤压系数为10.6；坯料尺寸直径630mm，长度1870mm，挤压制品尺寸200mm，挤压筒内径为650mm，长度2000mm，挤压垫片厚度260mm；所述步骤二中，设定坯料初始温度为420℃，挤压垫片、模具、挤压筒初始温度为400℃，设定出口温度为490℃；根据125MN卧式挤压机调速范围0～30mm/s，取5mm/s、10mm/s、15mm/s、20mm/s、25mm/s、30mm/s进行模拟等速挤压，设定挤压行程为1850mm；摩擦系数系统设定为0.4，热交换系数取系统默认值11N/(mm·s·℃)。进一步地，所述等温挤压速度曲线为由反比例函数拟合得到的挤压速度——挤压行程曲线，为