噴射沉積耐熱鋁合金管材擠壓過程數(shù)值模擬

鋁及鋁合金管材

鋁型材生產(chǎn)流程 包括熔鑄、擠壓和上色(上色主要包括：氧化、電泳涂裝、氟炭噴涂、粉末噴涂、木紋轉(zhuǎn)印 等)三個(gè)過程。 1、熔鑄是鋁材生產(chǎn)的首道工序。 主要過程為： （1）配料：根據(jù)需要生產(chǎn)的具體合金牌號(hào)，計(jì)算出各種合金成分的添加量，合理搭配 各種原材料。 （2）熔煉：將配好的原材料按工藝要求加入熔煉爐內(nèi)熔化，并通過除氣、除渣精煉手 段將熔體內(nèi)的雜渣、氣體有效除去。 （3）鑄造：熔煉好的鋁液在一定的鑄造工藝條件下，通過深井鑄造系統(tǒng)，冷卻鑄造成 各種規(guī)格的圓鑄棒。 2、擠壓：擠壓是型材成形的手段。先根據(jù)型材產(chǎn)品斷面設(shè)計(jì)、制造出模具，利用擠 壓機(jī)將加熱好的圓鑄棒從模具中擠出成形。常用的牌號(hào)6063合金，在擠壓時(shí)還用一個(gè)風(fēng)冷 淬火過程及其后的人工時(shí)效過程，以完成熱處理強(qiáng)化。不同牌號(hào)的可熱處理強(qiáng)化合金，其熱 處理制度不同。 3、上色(此處先主要講氧化的過程) 氧

通過熱拉伸實(shí)驗(yàn)研究5a02鋁合金管材在不同溫度下的力學(xué)性能。根據(jù)熱拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行管材熱態(tài)液壓脹形數(shù)值模擬,并進(jìn)行初步的實(shí)驗(yàn)研究。數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,5a02鋁合金管材的成形性能隨著溫度的升高而得到明顯改善,理想成形溫度為200~230℃。對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的差別進(jìn)行分析和討論。

建立了鋁合金管材空拔成形的剛粘塑性有限元模型,應(yīng)用三維有限元法對(duì)空拔工藝進(jìn)行了模擬分析,針對(duì)出現(xiàn)的問題深入研究,并引發(fā)了關(guān)于空拔工藝的若干思考。文章基于deform軟件的模擬結(jié)果,預(yù)測出鋁管空拔可能出現(xiàn)的問題,并做了定量分析,這些結(jié)果對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)作用。

近來,鉆井界的大位移井?dāng)?shù)量劇增,尤其在俄羅斯薩哈林1號(hào)項(xiàng)目施工中創(chuàng)造出了11282m的全球記錄。其他的超長大位移井包括英國wytchfarm油田的m-16井,總測量井深11278m(位移10728m);阿根廷的cn-1井,總測量井深11184m(位移10585m);北海的visund的一口井,總測量井深9082m,等等。鉆這些大位移井具有相當(dāng)?shù)碾y度和挑戰(zhàn)性,這已經(jīng)超出了常規(guī)鉆井技術(shù)的極限。最為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)是鉆柱質(zhì)量的增加,鉆柱質(zhì)量增加將導(dǎo)致摩阻增加相當(dāng)嚴(yán)重。在超長井眼中,隨著井深的增加,摩阻會(huì)迅速增大,此時(shí)如果不采取降摩或者減少鉆柱與井壁接觸面上的重力分力,鉆進(jìn)就可能難以為繼。因此,減少鉆柱質(zhì)量對(duì)大位移井施工是非常有利的。增加水平井鉆進(jìn)極限的辦法之一是用較輕的合金鉆桿代替常規(guī)鋼鉆桿(sdp)。這種鉆桿性能良好,優(yōu)勢顯著,最大的益處是可以減少水平井段的摩阻和扭矩,從而降低發(fā)生彎曲的可能性。鋁鉆桿(adp)具有鉆各類井的現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)歷,其最杰出的成就是1990年在kola創(chuàng)下的超深井世界記錄。該井由井下馬達(dá)和鉆柱通過復(fù)合鉆進(jìn)方式完成,鉆柱主要由鋁鉆桿組成。該井的施工積累了大量的鋁鉆桿應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),在后續(xù)相對(duì)簡單井的施工中得到了有效的應(yīng)用。事實(shí)上,至上世紀(jì)80年代鋁鉆桿的使用數(shù)量已經(jīng)占到前蘇聯(lián)當(dāng)時(shí)在用鉆桿的80%。

采礦鑿巖機(jī)的氣腿以前用鋼管制造，改用鋁合金管材針對(duì)鑿巖機(jī)帶來輕量化的效果，通過優(yōu)化合民分改進(jìn)拉伸工具，完善生產(chǎn)工藝，最終生產(chǎn)出了滿足鑿巖機(jī)使用要求的風(fēng)動(dòng)工具鋁合金管材。

采礦鑿巖機(jī)的氣腿以前用鋼管制造，改用鋁合金管材制造將對(duì)鑿巖機(jī)帶來輕量化的效果。通過優(yōu)化合金成分，改進(jìn)拉伸工具，完善生產(chǎn)工藝，最終生產(chǎn)出了滿足鑿巖機(jī)使用要求的風(fēng)動(dòng)工具鋁合金管材。

鋁合金管材的開發(fā)與應(yīng)用 一、在航空、航天工業(yè)中的應(yīng)用 鋁合金是飛機(jī)和航天器輕量化的首選材料，在航空、航天工業(yè)中 應(yīng)用非常廣泛。在航空航天工業(yè)中，鋁合金管材主要用作電纜保護(hù)套、 飛機(jī)副油箱的汽油及潤滑油的管路、各種拉桿及排氣筒等。例如，作 為電纜保護(hù)用套管，其合金主要為1035,8a06等，管材主要規(guī)格有： φ42mmx1mm、φ38mmx1mm、φ34mmx1mm、φ32mmx1mm等。 作為飛機(jī)副油箱的汽油及潤滑油路用高壓導(dǎo)管，其合金主要為5a02， 管材主要規(guī)格有：φ6mmx1mm、φ8mmx1mm、φ10mmx1mm、φ 10mmx1.5mm、φ12mmx1mm、φ12mmx1.5mm、φ14mmx1mm等。 作為拉桿、排氣筒用的管材，其合金主要為5a02,管材主要規(guī)格有: φ65mmx1.5mm、φ70mmx1mm、φ72mmx1mm、φ73mmx1.5

根據(jù)對(duì)穿孔針?biāo)芾Φ挠?jì)算,得出如何確定無潤滑擠壓鋁合金管材時(shí)合理的鑄錠長度,以減少擠壓時(shí)的斷針現(xiàn)象。

考察和分析了反向擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)特點(diǎn),以及鑄塊表面質(zhì)量、尺寸精度對(duì)管材質(zhì)量的影響。對(duì)反向擠壓鋁合金管材用空心鑄塊外觀質(zhì)量提出了要求。

提出了計(jì)算穿孔針上單位壓力的方法,測定了3種鋁合金穿孔針單位壓力的修正系數(shù)。用此方法和系數(shù),修改了老壓機(jī)的工藝,消除了事故,提高了管材質(zhì)量,取得了經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)7075鋁合金管材擠壓成形進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。測試了管材擠壓成形時(shí)擠壓力變化規(guī)律和變形程度對(duì)擠壓后管材力學(xué)性能的影響規(guī)律。指出,7075鋁合金管材擠壓成形時(shí)必須嚴(yán)格控制坯料溫度、模具預(yù)熱溫度、潤滑方式、擠壓速度、擠壓比等工藝參數(shù)。

采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究5a02鋁合金薄壁管材充液壓彎成形過程中內(nèi)壓對(duì)缺陷的影響規(guī)律,分析內(nèi)壓對(duì)彎曲內(nèi)側(cè)起皺、截面畸變及壁厚分布的影響,獲得壁厚變化規(guī)律;通過數(shù)值模擬給出的應(yīng)力狀態(tài),揭示缺陷形成機(jī)制。結(jié)果表明:提高內(nèi)壓能降低軸向壓應(yīng)力的絕對(duì)值,減小失穩(wěn)起皺趨勢,當(dāng)內(nèi)壓超過一個(gè)臨界值時(shí),皺紋完全消除。對(duì)于直徑為63mm、壁厚為1mm的5a02-o鋁合金管材,其內(nèi)壓臨界值為2.8mpa。充液有效地減小截面畸變程度,隨內(nèi)壓的增大,截面畸變程度逐漸減小。彎曲后,壁厚最大減薄點(diǎn)位于彎曲外側(cè)點(diǎn),且隨內(nèi)壓的增大,軸向和環(huán)向拉應(yīng)力均呈增大趨勢,彎曲外側(cè)壁厚度減薄的趨勢也增大。

采用自行設(shè)計(jì)的連續(xù)流變擴(kuò)展成形技術(shù)裝置對(duì)6201鋁合金管材的制備進(jìn)行研究。結(jié)果表明:連續(xù)流變擴(kuò)展成形可以制備質(zhì)量良好的6201鋁合金管材。制備d80mm的6201合金管材最佳藝工藝條件為:擠壓輪冷卻水流量為10~15l/min;澆注溫度為750~780℃;模具預(yù)熱溫度為500~560℃;擠壓輪轉(zhuǎn)速為15r/min。制品在線水淬固溶并在150℃時(shí)效10h后的抗拉強(qiáng)度為300mpa,伸長率為10.2%,等效導(dǎo)電率為47.4%iacs,抗拉強(qiáng)度比al-mg-si-cu鋁合金管母線提高15%,等效導(dǎo)電率提高3%。

對(duì)鋁合金管的沖切過程進(jìn)行了有限元模擬,刀具采用剛體模型,工件采用彈塑性模型,材料斷裂破壞采用normalizedcockcroft&latham破壞準(zhǔn)則。分析了沖切過程中沖切力、等效應(yīng)力的變化,得出了彈性變形、塑性變形、塑性變形至裂紋擴(kuò)展、斷裂始終貫穿于整個(gè)沖切過程之中。通過模擬切口與實(shí)際切口的對(duì)比、模擬切屑形狀與實(shí)際切屑形狀的對(duì)比,說明了模擬過程的有效性。

對(duì)鋁合金管的沖切過程進(jìn)行了有限元模擬,刀具采用剛體模型,工件采用彈塑性模型,材料斷裂破壞采用normalizedcockcroft&latham破壞準(zhǔn)則,分析了沖切過程中沖切力、等效應(yīng)力的變化,得出了彈性變形、塑性變形、塑性變形至裂紋擴(kuò)展、斷裂始終貫穿于整個(gè)沖切過程之中。通過模擬切口與實(shí)際切口的對(duì)比以及模擬切屑形狀與實(shí)際切屑形狀的對(duì)比,說明了模擬過程的有效性。

論述了我省鋁工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀,針對(duì)鋁合金管的潛在市場需求,提出了開發(fā)鋁合金管的應(yīng)用市場,開展鋁合金管的深加工,從而提高我省鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力。為構(gòu)筑鋁工業(yè)大省創(chuàng)造條件。

研究了合金元素,特別是錳元素含量對(duì)5056鋁合金管材熱擠壓性能的影響。結(jié)果表明,與5083、5a05、5b05、5a06等其它高鎂鋁合金相比,由于5056合金中的錳元素的含量少,其主要相組成物中沒有能夠明顯降低合金塑性的硬脆相物質(zhì)(femn)al6相;不會(huì)因?yàn)殄i元素向穿孔針表面層擴(kuò)散而促進(jìn)穿孔針粘鋁。故其熱擠壓性能良好,擠壓速度快,穿孔針粘鋁少,擠出管材的表面質(zhì)量好,不易出現(xiàn)擠不動(dòng)的“悶車”現(xiàn)象。

對(duì)al-zn-mg-cu系超高強(qiáng)鋁合金采用zr細(xì)化組織處理后,研究了管材的組織和性能之間的關(guān)系,通過金相組織觀察和斷口掃描,分析了影響管材斷裂韌性kc值的主要因素。

通過對(duì)鋁合金管材渦流探傷狀態(tài)的標(biāo)定試驗(yàn),經(jīng)肉眼檢查與渦流探傷對(duì)比,并對(duì)缺陷進(jìn)行剖傷分析,給出如何選擇閾值控制缺陷當(dāng)量以滿足軍品質(zhì)量的要求。

分析了鋁合金拉桿的熱擠壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)。新工藝采用桿部反擠頭部正擠的復(fù)合熱擠壓工藝進(jìn)行生產(chǎn),使材料利用率和生產(chǎn)率大大提高。運(yùn)用deform-2d軟件對(duì)鋁合金拉桿零件熱成形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,通過數(shù)值模擬獲得鋁合金拉桿擠壓過程中材料內(nèi)部溫度場、應(yīng)變場、塑性應(yīng)變場等參數(shù)的變化規(guī)律。實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)棒料進(jìn)行熱擠壓成形是可行的。

基于deform-3d有限元分析平臺(tái),采用網(wǎng)格分步重劃分的方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)微通道管成形非穩(wěn)態(tài)過程的三維數(shù)值模擬,獲得了成形過程模具中的金屬應(yīng)力和流速分布,以及模具受力情況。利用數(shù)值模擬結(jié)果,結(jié)合壓力-時(shí)間判據(jù),對(duì)焊合質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估,并利用熱模擬試驗(yàn)機(jī)模擬了擠壓成形中相應(yīng)溫度和接觸壓力下的焊合過程。該文研究可對(duì)實(shí)際生產(chǎn)微通道管時(shí)工藝參數(shù)優(yōu)化和擠壓模具設(shè)計(jì)等問題提供參考。