【摘要】：擠壓工藝由于具有材料利用率高、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè),然而擠壓工藝參數(shù)的設(shè)定主要依靠產(chǎn)品質(zhì)量調(diào)整而并未考慮能耗因素,因此廣泛存在著高耗低效的現(xiàn)象。隨著鋁型材行業(yè)進(jìn)入薄利時(shí)代,實(shí)現(xiàn)能耗成本與質(zhì)量的協(xié)同調(diào)控成為亟需解決的問(wèn)題。由于在擠壓過(guò)程中,金屬流動(dòng)狀態(tài)會(huì)隨著參數(shù)變化而改變,從而無(wú)法有效地保證產(chǎn)品質(zhì)量。而等溫?cái)D壓工藝通過(guò)維持型材出口面溫度的恒定,能夠有效地保證型材質(zhì)量。因此等溫?cái)D壓得到了越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注,但是考慮能耗的相關(guān)研究仍較少。針對(duì)等溫?cái)D壓能耗優(yōu)化問(wèn)題,本文首先基于上限理論結(jié)合等溫?cái)D壓機(jī)理建立成形能耗模型;其次,結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù),建立有限元分析模型,分析工藝參數(shù)對(duì)成形能耗與型材出口面溫度變化及分布情況的影響;然后,利用支持向量機(jī)建立工藝參數(shù)與等溫?cái)D壓成形能耗與型材出口面溫度的預(yù)測(cè)模型,以此建立工藝參數(shù)與等溫?cái)D壓成形能耗與型材出口面溫度的優(yōu)化模型;最后,并采用粒子群算法優(yōu)化等溫?cái)D壓工藝參數(shù),達(dá)到型材質(zhì)量最優(yōu)及成形能耗最小目的。具體研究工作如下:(1)為了解決目前缺乏等溫?cái)D壓成形能耗計(jì)算方法的問(wèn)題,本文對(duì)擠壓成形過(guò)程中的金屬流動(dòng)特性進(jìn)行了分析,將擠壓過(guò)程分成了三個(gè)階段,針對(duì)每個(gè)階段的特點(diǎn),基于上限理論建立了相應(yīng)的能耗計(jì)算模型。能耗模型顯示,等溫?cái)D壓成形能耗與擠壓速度以及金屬變形抗力有直接關(guān)系。(2)為了解決能耗模型中部分參數(shù)無(wú)法直接獲取的問(wèn)題,本文根據(jù)所建立的能耗模型,選擇坯料初始溫度、坯料溫度梯度以及擠壓速度作為研究對(duì)象,利用數(shù)值模擬軟件建立空心圓管的有限元分析模型,對(duì)不同工藝參數(shù)條件下的等溫?cái)D壓成形過(guò)程進(jìn)行仿真模擬,分析仿真結(jié)果,研究坯料初始溫度、坯料首尾溫差和擠壓速度等工藝參數(shù)對(duì)擠壓成形能耗與型材出口面溫度變化及溫度分布的影響。(3)為了解決擠壓工藝參數(shù)的合理選擇較為困難的問(wèn)題,本文采用支持向量機(jī)建立工藝參數(shù)與型材質(zhì)量及擠壓成形能耗的預(yù)測(cè)模型,在此基礎(chǔ)上建立工藝參數(shù)與擠壓成形能耗及型材質(zhì)量的多目標(biāo)優(yōu)化模型,并采用粒子群算法求解,實(shí)現(xiàn)了擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)化。(4)綜合上述建立的模型與方法,使用MATLAB仿真平臺(tái)建立“擠壓能耗仿真優(yōu)化系統(tǒng)”,為擠壓成形的能耗優(yōu)化提供理論支持和技術(shù)參考。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP18;TG379
【圖文】：

廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文建立相應(yīng)的關(guān)系模型。因此結(jié)合支持向量機(jī)和粒子群算過(guò)程能耗的影響規(guī)律，合理選擇擠壓工藝參數(shù)，對(duì)減少本和投產(chǎn)時(shí)間具有一定的指導(dǎo)意義。研究現(xiàn)狀等溫?cái)D壓概述是指在保持型材出口溫度恒定或基本恒定（差異為±10形工藝。等溫?cái)D壓工藝的特點(diǎn)是在擠壓過(guò)程中，變形區(qū)最大限度地保持金屬變形抗力和金屬流動(dòng)的均勻性，保精準(zhǔn)程度以及組織與性能沿?cái)嗝婧烷L(zhǎng)度方向的均勻性[11工藝的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是擠壓成形極限圖[12]。如圖 1-1 所示，表示擠壓能力曲線，而右側(cè)曲線表示擠壓制品的表面質(zhì)

在終了擠壓階段，坯料容易產(chǎn)生縮尾等缺陷，實(shí)際生產(chǎn)中不建議繼續(xù)擠壓，選擇忽略終了擠壓階段的能耗，所以等溫?cái)D壓成形能耗表示為：tfE E+Etotal(2.13)2.2 填充擠壓階段能耗模型在填充擠壓階段，鋁棒可近似視為靜態(tài)壓縮過(guò)程，因此，填充過(guò)程的能耗由材料的鐓粗時(shí)的擠壓力和沖頭移動(dòng)距離確定[37]，即：t0131 AvthDEit + (2.14)式中：μ為摩擦系數(shù)，熱變形時(shí) μ 0. 3~0.5；Dt為擠壓筒內(nèi)徑(mm)；vi為擠壓墊移動(dòng)速度(mm/s)；t1為填充擠壓階段時(shí)間(s)；h 為鋁棒鐓粗后的高度(mm)；0 為變形溫度下材料的變形抗力(MPa)； /42A D ，為坯料的橫截面積(mm2)。2.3 基本擠壓階段能耗模型

3.2 等溫?cái)D壓成形工藝參數(shù)分析根據(jù)第二章所建立的能耗模型，可以發(fā)現(xiàn)，在眾多的工藝參數(shù)中對(duì)擠壓成形能耗有著直接影響的是擠壓速度和金屬變形抗力，而金屬變形抗力主要受溫度影響。擠壓速度是擠壓工藝參數(shù)中非常重要的參數(shù)，對(duì)型材的表面質(zhì)量、力學(xué)性能以及生產(chǎn)效率都有一定的影響[43]。擠壓溫度主要影響擠壓過(guò)程中金屬流動(dòng)的均勻性，同時(shí)也會(huì)影響成形過(guò)程中金屬的晶粒尺寸和力學(xué)性能的變化[44]。對(duì)于等溫?cái)D壓工藝而言坯料初始溫度對(duì)型材出口面的溫度影響較大，而坯料存在的溫度梯度對(duì)擠壓過(guò)程的溫度升高起補(bǔ)償作用，通過(guò)坯料后半段較低溫度的金屬平衡前期擠壓時(shí)的大量熱量，使得擠壓過(guò)程型材出口面溫度大致恒定。所以選擇將擠壓速度、坯料初始溫度和坯料溫度梯度作為本文研究的工藝參數(shù)，研究其與擠壓成形能耗的關(guān)系。為了準(zhǔn)確分析工藝參數(shù)對(duì)于擠壓成形能耗的影響，針對(duì)單一參數(shù)分析時(shí)，其它工藝參數(shù)保持不變。以鋁合金圓管的擠壓成形過(guò)程為例，圖 3-1 是本文研究的鋁合金空心圓管結(jié)構(gòu)圖，使用的坯料直徑為 90mm，長(zhǎng)度為 250mm，擠壓筒內(nèi)徑為 96mm，所生產(chǎn)的空心圓管外徑為 60mm，內(nèi)徑 56mm，壁厚 2mm。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 冷艷,景作軍;鋁型材等溫?cái)D壓技術(shù)綜述[J];北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2004年01期

2 ;5CrMnMo130汽車連桿鍛模超塑性等溫?cái)D壓工藝通過(guò)鑒定[J];鍛壓技術(shù);1988年01期

3 Б.М.ГОТЛИБ;于永棣;;鋁合金的等溫?cái)D壓[J];輕合金加工技術(shù);1982年01期

4 馮楊明;李偉萍;黎家行;李黨軍;單海珍;劉靜安;;實(shí)現(xiàn)鋁合金等溫?cái)D壓的主要方法與關(guān)鍵技術(shù)[J];鋁加工;2016年01期

5 羅銘強(qiáng);陳文泗;劉靜安;李黨軍;單海珍;;實(shí)現(xiàn)鋁合金等溫?cái)D壓的主要方法與關(guān)鍵技術(shù)[J];輕合金加工技術(shù);2016年03期

6 В.М.ГОТЛИБ;趙如;;鋁合金等溫?cái)D壓[J];重型機(jī)械;1982年12期

7 劉奇;李保永;張素敏;劉萍;薛杰;;7A04鋁合金接頭等溫?cái)D壓成形工藝[J];航天制造技術(shù);2018年05期

8 李博;;大型擠壓機(jī)等溫?cái)D壓速度控制系統(tǒng)[J];電腦知識(shí)與技術(shù);2019年04期

9 李博;張乃祿;張茹;;鈦及鈦合金型材模擬等溫?cái)D壓速度控制系統(tǒng)[J];信息記錄材料;2019年03期

10 劉展鴻;徐宏佳;;鋁型材模擬等溫?cái)D壓工藝的有益探索[J];機(jī)電工程技術(shù);2008年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前5條

1 嚴(yán)若軍;李文德;劉靜安;;實(shí)現(xiàn)鋁合金等溫?cái)D壓的主要方法與關(guān)鍵技術(shù)措施[A];2016中國(guó)鋁加工產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新交流大會(huì)論文集[C];2016年

2 吉衛(wèi);周朝輝;曹海橋;;鋁合金杯形件等溫?cái)D壓成形工藝[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)(2008年版)[C];2009年

3 劉靜安;陳文泗;羅銘強(qiáng);;軟鋁合金快速擠壓的特點(diǎn)、基本條件與關(guān)鍵技術(shù)[A];2016中國(guó)鋁加工產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新交流大會(huì)論文集[C];2016年

4 季法生;劉靜安;劉允棠;徐福瑞;龍奇敏;潘健;巫賜建;;鋁擠壓筒直插式金屬加熱管系統(tǒng)的特點(diǎn)與節(jié)能效果分析[A];2019年中國(guó)鋁加工產(chǎn)業(yè)年度大會(huì)暨中國(guó)（鄒平）鋁加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇論文集[C];2019年

5 王昶;胡亞民;賴周藝;;鎂合金射釘槍端蓋等溫體積成形及數(shù)值模擬[A];第3屆全國(guó)精密鍛造學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 黃光法;TC4基復(fù)合材料等溫?cái)D壓變形組織演化和力學(xué)性能[D];上海交通大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 方華;基于粒子群算法的等溫?cái)D壓能耗優(yōu)化[D];廣東工業(yè)大學(xué);2019年

2 李博;25MN擠壓機(jī)等溫?cái)D壓速度控制技術(shù)研究[D];西安石油大學(xué);2019年

3 尋鑫;基于迭代學(xué)習(xí)控制的鋁型材等溫?cái)D壓的技術(shù)研究[D];福州大學(xué);2013年

4 張陽(yáng)羊;Al/Mg雙金屬等溫?cái)D壓復(fù)合材料制備技術(shù)研究[D];蘭州理工大學(xué);2017年

5 羅永新;鎂合金擠壓過(guò)程模擬實(shí)驗(yàn)研究[D];湖南大學(xué);2007年

6 楊光;鋁合金葉片的成形工藝研究[D];中北大學(xué);2011年

7 包春玲;鎂合金等溫?cái)D壓工藝及變形機(jī)理的研究[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2006年

8 胡基貴;基于數(shù)值模擬的等溫?cái)D壓研究[D];湖南大學(xué);2007年

9 毛澤;鼓形鋁合金殼體成形工藝研究[D];中北大學(xué);2012年

10 冷艷;鋁棒材等溫?cái)D壓技術(shù)的研究[D];北方工業(yè)大學(xué);2003年

本文編號(hào)：2790467