挤压机挤压筒过盈配合接触问题的有限元分析

题目申报表4、为结合学科竞赛；5、模拟仿真；6、其它题目来源－－A.指导教师出题； B.学生自定、自拟任务书任务书开题报告摘要本文主要是通过有限元分析软件ANSYS对630t立式冷挤压机机身进行静态分析，并根据静态分析结果分析应力分布和变形情况，来进行结构优化设计。

在对630t立式冷挤压机机身结构进行受力分析时，将机身底面四个脚采用固定约束方法限制其6个自由度，并在加载区施加均布载荷，然后计算结果，分析机身整体应力云图和垂直Z向整体变形图，找到机身应力集中区和薄弱环节，提出改进方案。

根据计算结果发现，床身整体应力不大，说明强度足够，但是机床垂直方向变形量较大，导致加工精度较差。

所以需要研究如何在降低机床变形量，提高加工精度的条件下，同时减少材料以降低成本。

针对该机身结构存在的问题，本文提出了十种优化方案，并把每个方案分别建模，导入有限元软件ANSYS，分析其强度和刚度，然后分析比较每个方案的计算结果，最终获得最优的改进方案。

该方案不仅可以明显提高机身的刚度，达到了机床加工精度的使用要求，还减轻了床身的质量，降低了生产成本。

关键词 630t冷挤压压力机，有限元，静态分析，改进设计。

AbstractT his article is for 630t Vertical cold extrusion machine body static analysis by finite element analysis software ANSYS and static analysis based on the results of the stress distribution and deformation analysis , to improve , compare and choose the best solution . When cold extrusion machine to 630t Vertical fuselage structure is analyzed, the underside of the fuselage four feet fixed constraint method to limit its six degrees of freedoms, and impose uniform load in the load area, and then calculate the results, analysis Z stress cloud and down to the deformation maps, find body stress concentration zone and weaknesses, to improve the program.According to the results, it was found that the strength parameters is surplus , but the amount of deformation is large, the precision is not enough, so the next step is to ensure the accuracy in the conditions to minimize the material in order to reduce costs. The fuselage structure for the problem, this paper presents an optimization program ten, and the modeling of each program separately, importing finite element software ANSYS, static analysis of its strength and stiffness, and comparative analysis of the results of each program, eventually find the optimal improvement program, not only improves the precision of the body, reaching the machine requirements, but also reduce the mass and reduce the cost.Key words closed press, finite element method, static analysis, improvement designs目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 本课题研究概况 (1)1.2 研究背景和来源 (1)1.3 冷挤压压力机研究现状 (2)1.4 研究目的及意义 (2)1.5 主要研究内容 (4)第二章机身结构的静态分析 (5)2.1 ANSYS软件简介 (5)2.1.1 ANSYS介绍 (5)2.1.2 ANSYS的主要技术特点 (6)2.1.3 ANSYS 有限元求解的基本步骤 (7)2.2 机身简介 (7)2.2.1建立有限元模型 (9)2.2.2单元类型的选择 (9)2.2.3 网格划分 (10)2.2.4 边界条件 (11)2.2.5 材料特性 (12)2.3 计算结果分析 (12)2.3.1 机身的应力应变要求 (12)2.3.2 原始模型整体应力图 (13)2.3.3 原始模型整体变形图..................... 错误！未定义书签。

第39卷 第1期 2017-01 【67】收稿日期：2016-09-23作者简介：许军富（1972 -），男，河南人，高级工程师，硕士，主要从事钻修井项目管理以及钻井管理以及钻井自动化 研究。

不同过盈量对零件装配影响的有限元分析Finite element analysis on affect of differentinterference to component assemble许军富XU Jun-fu（中石化胜利石油工程沙特钻井项目管理部，东营 257000）摘 要：装配是机械产品生产过程中一个必不可少的环节，过盈装配时由于存在过盈量而产生的应力对装配好的机构性能有比较大的影响，严重时可能会造成机构的破坏。

为此，应用有限元软件ABAQUS对不同过盈量的装配进行有限元分析，研究不同过盈量对装配的影响，预先掌握装配过程中的薄弱环节，提高产品装配质量，基于此，本文应用有限元技术计算分析提出了较为合理的结构形式。

关键词：零件；过盈量；装配；有限元中图分类号：TH13.46 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2017)01-0067-030 引言过盈配合是机械工业中一种常见的零部件组装方式，齿轮、轴承以及火车车轮等与其装配轴之间的配合大多采用过盈配合。

在工作外载荷作用下，能产生足够的摩擦力，以保证配合件之间不发生任何相对滑动，同时接触应力又不过大，装配件能正常工作。

过盈装配时由于存在过盈量而产生的应力对装配好的机构性能有比较大的影响，严重时可能会造成机构的破坏[1,2]。

为避免或者减少上述事故的发生，文应用有限元软件ABAQUS 对不同过盈量的装配进行有限元计算分析，研究了配合面之间的应力及接触压力分布规律；研究了不同过盈量对装配的影响，预先掌握装配过程中的薄弱环节，提高产品装配质量，基于此，本文应用有限元技术计算分析提出了较为合理的结构形式[3～5]。

1 过盈装配分析有限元模型的建立考虑模型的特点，及节省计算时间，分析时采取轴对称模型进行分析，分析步类型选择Static ，General （使用ABAQUS/Standard 作为求解器）。

过盈联接有限元分析的接触算法选择由博【摘要】接触算法对有限元分析结果及其计算时间有很大影响,因此,对于采用有限元方法预测压装曲线而言,选择一个合适的接触算法是至关重要的.本文首先建立了过盈联接的三维有限元模型,然后分别用罚刚度法、增强拉格朗日法及普通拉格朗日法对过盈联接进行有限元分析,最后通过控制法向刚度系数(FKN)、切向刚度系数(FKT)、渗透量(FTOLN),分别评价上述三种方法的计算精度和收敛性.分析结果表明在相关参数控制得当的情况下,三种方法都可以得到精确的结果,但是它们的计算时间有很大区别,其中计算时间最短的是增强拉格朗日算法.%Contact algorithm has significant influence on the analytic results and calculation time of Finite Element (FE) analysis. It is important to choose an appropriate contact algorithm to predict the press-fit curve with FE method. In this work, a three-dimensional (3D) FE model of a press-fit assembly was set up firstly. Then, it was analyzed by using three different contact algorithms, namely Pure Penalty, Augmented Lagrangian and Normal Lagrange. Finally, the accuracy and the convergence of their calculation results were evaluated with the governing contact algorithms options, including Normal stiffness factor (FKN), Tangent stiffness factor (FKT), Penetration tolerance (FTOLN). The results indicated that accurate results could be obtained through setting the governing parameters properly in all of three contact algorithms, but their calculation efficiencies were quite different. Obviously, the calculation time of Augmented Lagrangian was the shortest.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2018(037)004【总页数】4页(P156-159)【关键词】压装曲线;接触算法;有限元分析;过盈联接【作者】由博【作者单位】吉林化工学院航空工程学院,吉林132021【正文语种】中文【中图分类】TH131.70 引言过盈联接结构简单、定心性好、联接强度高，因此在工业生产中得到广泛应用。

过盈配合的有限元分析工程力学系张晨朝20803001过盈配合的有限元分析摘要: 在工程应用中,利用接触有限元法建立了内轴与外套过盈配合的有限元力学模型来判断结构设计是否符合要求。

针对内轴和外套的过盈配合状态，采用大型通用有限元ANSYS 软件对组合模具进行了有限元分析, 得出了内轴与外套在过盈配合状态下的应力分布规律及接触面压力分布状况, 找到了应力集中位置和大小。

结论表明结构配合尺寸设计没有使结构产生变形, 该结构完全符合产品的设计要求。

关键词: 过盈配合; ANSYSAbstract: In the project application, in order to judge whether the structural design meets the requirement, the finite element and mechanical model of the interference joint between inside lining and outside wrap is established by used contact -finite- element methods. Aimed at condition of the interference joint between inside lining and outside wrap, we carry on the finite element analysis based on ANSYS and attain the stress distribution in interference joint; the pressure distribution in contact face and the location and the size of stress concentration. It is concluded that the structure interference joint size of combined die do not make the mold have distortion and the combined die completely meets the product design requirement.Key words: interference joint; ANSYS1 引言过盈配合[1]是机械工业中一种常见的零部件组装方式,齿轮、轴承以及火车车轮等与其装配轴之间的配合大多采用过盈配合。

压装配合过盈量计算及有限元分析乔颖敏;张建刚【摘要】为得到过盈量和温度改变时轴承孑孔应力的变化趋势及压装配合时过盈量的合理取值范围,根据过盈配合原理计算径向力和接触面应力,同时以某型号变速器输入轴轴承与轴承孑孔的过盈配合为例,建立有限元模型并进行数值模拟,得出此型号轴承压装配合过盈量最优范围.【期刊名称】《汽车工艺与材料》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】4页(P38-41)【关键词】过盈配合;压装力;有限元;应力【作者】乔颖敏;张建刚【作者单位】陕西法士特汽车传动工程研究院,西安710119;陕西法士特汽车传动工程研究院,西安710119【正文语种】中文【中图分类】TH133.3过盈配合是轴承与轴承孔配合常用的连接方式之一。

两个或两个以上的零件配合可分为滑动配合、过渡配合、紧配合等多种状态，过盈配合属于紧配合中的一种，二者配合过程中需用特殊工具以较大的压装力挤压进去，也可利用材料的热胀冷缩特性，把孔径材料预热或者把轴材料冷却，迅速插入待常温后即为过盈配合状态。

变速器的输入轴与离合器壳体通过轴承进行连接，轴承外圈与离合器壳体无相对滑动，轴承内圈与输入轴一起转动且相对无滑动，轴承内外圈连接之间严格无转动。

在实际工作过程中，轴承高速转动而产热导致零件升温、过盈配合量减小，在转动过程中轴承传递到外圈部分扭矩克服过盈周向摩擦而使轴承外圈与轴承孔有相互转动，致使出现轴承跑外圈现象。

长时间轴承跑外圈，会使轴承孔磨损，逐渐导致轴承孔径增大，进一步导致齿轮啮合状态变差，引起齿轮点蚀、断齿、轴承破坏等一系列变速器故障。

上述的工作过程存在复杂的非线性接触，数值求解困难。

常用的有限元分析理论[1]和相关软件在计算复杂接触问题方面具有较大优势，为计算过盈配合的应力分布提供了有效途径。

设有两个空心轴过盈配合，其中外轴（包容件）内径D2，外径d3，内轴（被包容件）内径D1，外径d2，则两轴过盈配合量为Δd=D2-d2，可根据制造公差计算。

挤压机运行故障原因分析及解决方案设计能力 60 t/h 的造粒机组是国内引进大型挤压造粒机组之一，该机组是某大型煤炭深加工项目 35 万 t/a聚丙烯装置的配套设备。

在运行过程中，其自动控制系统存在一些需要改进和调整的地方，特别是造粒机组运行过程中经常联锁停车，经过反复分析研究，最终找到问题所在，并制定出相应的解决方案。

该机组主要由主电动机、减速箱、筒体、熔融泵、换网器、水下切粒机、干燥器、块料分离器以及颗粒振动筛等主要设备组成。

项目基本情况工艺流程简介造粒机组示意如图 1 所示，聚合单元生产的聚丙烯粉料由脱气仓进行脱活、干燥后，经粉料输送鼓风机送至造粒单元进料仓，粉料与助剂经过配置并在规定时间内充分混合，通过助剂计量称进入筒体。

聚丙烯粉料和助剂在筒体中充分混炼、熔融和均化，熔融聚丙烯经熔融泵增压，通过换网器过滤，由水下切粒机切粒。

切粒前产品的熔融指数用 MFR 在线测定仪测定。

熔融聚丙烯经过切粒机模板束状挤压后进入切粒室，旋转的切刀将聚丙烯切成小颗粒。

由于与颗粒冷却水接触，颗粒立即固化，同时由颗粒水送出切粒室。

颗粒经块料分离器把大的或不均匀的块料分离出来，其余送入颗粒干燥器中离心干燥，将颗粒与水完全分离。

另外，颗粒干燥器排风扇将空气吹入，加快带走颗粒表面的水分。

干燥的颗粒送到振动筛进行筛分，大颗粒和小颗粒均被筛掉，合格的颗粒送到颗粒料斗中。

最后由风送系统输送到料仓进行掺和包装。

机组 PLC 控制系统设计造粒机组的控制系统采用西门子公司的 PCS7 系统来实现。

整个造粒系统的电源模块、中央处理器、通信均采用冗余结构，分布式 IO 模块。

32 路数字输入模块12 块，32 路数字输出模块 10 块，8 路模拟输入模块 10 块，8 路模拟输出模块 10 块，24 路 F-DI4 安全模块，6 路 F-AI 安全模块 3 块，10 路F-DO 安全模块 4 块。

共有数字量输入点 372 个，数字量输出点 253 个，模拟量输入点 192 个，模拟量输出点 34 个，同时设计了与 PC 上位机通信的接口。

过盈配合应力的接触非线性有限元分析过盈配合应力的接触非线性有限元分析摘要基于非线性有限元软件MARC,提出过盈配合应力的动态和静态两种有限元分析方法,并以铁道车辆某高速轮对组装的过盈装配为例进行了有限元仿真计算,比较了两种方法的计算结果,分析了过盈量、摩擦系数、形状误差对装配应力的影响,结果对于确定合理过盈量和改进加工工艺具有参考意义。

关键词过盈配合接触非线性接触应力0 引言在机械工程实际中普遍采用过盈配合来传递扭矩和轴向力,例如轴承配合、轴瓦配合、铁道车辆的轮轴、制动盘等。

它是利用过盈量产生半径方向的接触面压力,并依靠由该面压力产生的摩擦力来传递扭矩和轴向力。

由于过盈配合两个相配合的接触面上不能粘贴应变片,因此难以对其应力状态进行测定,对整个组装过程的应力状态更难以进行跟踪研究,而且这种配合方式往往承受着交变载荷的作用,配合面间可能发生相对滑动,这一滑动是随着应力变化而变化的,因而配合面边缘的接触状态和应力状态也随着应力的交变而变化,表现出复杂的状态,因此一般只能凭经验确定采用的过盈量。

从力学角度看,这类问题属于接触非线性问题,传统的弹性接触解法已难以处理,可采用光弹性模拟实验进行研究,但只能反映应力分布趋势。

近年来,随着非线性理论的不断完善和计算机技术的飞速发展,利用非线性有限元法来分析这类问题已日趋成熟。

铁道车辆随着向高速、重载不断发展,对轮轴的安全性要求也越来越高。

研究表明,轮轴配合部位的应力状态对车轴的疲劳强度具有重要的影响,因此对轮对配合部位的宏观接触应力状态进行研究将有助于指导轮对制造标准的制定、高速重载轮对的设计和加工工艺的改进,以提高轮对的抗疲劳性能。

本文利用著名非线性有限元软件MARC,针对过盈配合的压力压装法和温差组装法对这类问题提出动态和静态两种仿真计算方法,并以铁道车辆某高速轮对的配合为例进行了计算,对比了两种计算方法的结果,分析了过盈量、摩擦系数、形状误差等因素对装配应力的影响。

第43卷 第7期 包 装 工 程2022年4月PACKAGING ENGINEERING ·218·收稿日期：2021-06-02基金项目：宁夏回族自治区重点研发计划（22019BFF02004）作者简介：张培建（1993—），男，天津科技大学硕士生，主攻多场耦合及优化设计。

通信作者：邢鸿雁（1969—），女，硕士，天津科技大学副教授，主要研究方向为CAD/CAE 。

基于热固耦合的双螺杆挤压机机筒有限元分析张培建1,2，邢鸿雁1,2，卫静怡1,2（1.天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室，天津 300222；2.天津科技大学 机械工程学院，天津 300222）摘要：目的 研究双螺杆挤压机在食品加工过程中出现卡顿、抱死的原因，为双螺杆挤压机设计及应用提供理论指导。

方法 应用ABAQUS 软件构建双螺杆挤压机仿真模型，通过传感器反馈的温度值设定温度载荷，同时以双螺杆挤压机运转时的低压工况、正常工况、极限工况分别设定压力载荷，运用热固耦合理论对机筒的温度分布、应力和变形进行仿真分析。

结果 在最大温度工况条件下，机筒轴向热变形量为2.356 mm ，总热变形量为2.358 mm ，x 方向上的热变形量为0.1324 mm ，y 方向上的热变形量为0.1592 mm ；在最大温度工况和极限压力耦合作用下，机筒总变形量为2.088 mm 。

温度引起的热膨胀是机筒变形的主要原因，机筒的轴向热变形量与总热变形量相当，并且远大于其他两方向的热变形量；与常温环境相比，在加热温度工况条件下机筒的变形量随着压力的增大而减小。

结论 要充分考虑温度对挤压机性能的影响，应用过程中要合理的设置温度参数。

关键词：双螺杆挤压机；机筒；热固耦合；有限元中图分类号：TB486；TH114+.7 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2022)07-0218-07DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2022.07.028 Finite Element Analysis of Twin-screw Extruder Cylinder Basedon Thermo-mechanical CouplingZHANG Pei-jian 1,2, XING Hong-yan 1,2, WEI Jing-yi 1,2(1.Tianjin Key Laboratory of Integrated Design and Online Monitoring of Light Industry and Food EngineeringMachinery and Equipment, Tianjin 300222, China; 2.School of Mechanical Engineering,Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300222, China) ABSTRACT: The work aims to study the causes of clatter and locking in the food extrusion process of twin-screw ex-truder, and to provide theoretical guidance for the design and application of twin-screw extruder. ABAQUS software was used to construct the simulation model of the twin-screw extruder. The temperature load was set according to the tem-perature feedback from the sensor. At the same time, the pressure load was set under the low pressure condition, normal condition and limit condition of the twin-screw extruder. The temperature distribution, stress and deformation of the cylinder were simulated and analyzed by the thermo-mechanical coupling theory. Under the maximum temperature condition, the axial thermal deformation of the cylinder was 2.356 mm, the total thermal deformation was 2.358 mm, the thermal deformation in the x direction was 0.1324 mm, and the thermal deformation in the y direction was 0.1592 mm. Under the coupling effect of maximum temperature condition and ultimate pressure, the total deformation of the barrel. All Rights Reserved.第43卷第7期张培建，等：基于热固耦合的双螺杆挤压机机筒有限元分析·219·was 2.088 mm. The thermal expansion caused by temperature was the main reason for the deformation of the cylinder, and the axial thermal deformation of the cylinder was equivalent to the total thermal deformation, and was much larger than that of the other two directions. Compared with the normal temperature environment, the deformation of the cylinder decreased with the increase of pressure under the condition of heating temperature. The effects of tem-perature on the performance of the extruder should be considered and reasonable temperature parameters should be set in application.KEY WORDS: twin screw extruder; cylinder; thermo-solid coupling; finite element随着生活水平的提高，人们对挤压膨化食品的营养和口感有更高的要求；膨化食品的生产通常是由双螺杆挤压机完成的。

程，可以求出空心轴和圆孔所受的径向压力为：空心轴径向应力：圆孔的径向应力：E———材料的弹性模量；δ———过盈量；—空心轴的外壁半径；的内壁半径；B——采用面对面接触，接触算法采用罚函数法。

求解器采用分析类型采用线性静力学分析。

求解前的图1轴孔仿真模型轴孔过盈配合仿真结果分析轴孔结合长度对接触应力的影响[11]为了研究轴向尺寸对接触应力的影响，组数据，三种长度的轴孔配合，，三组分别按最大过盈量0.048mm得到三组接触应力云图。

在此基础上并沿轴线方向创建接触路径，生成了接触应力沿轴向方向分布图。

这说明在材料特性、径向结构尺寸以及过盈量等相同的情况只改变轴向结合长度。

仿真分析结果从图三组长度的配合，在结合边缘都出现了应力集中现并且应力集中沿轴向方向的发生区域大致相同，。

这说明结合长度并不影响应力集中在轴向方向的结合面上的应力分布状态三组的趋势基本相都是从距左右两端2.5mm向内开始，应力数值逐渐向中心区域变小。

在轴孔结合的中间部位，结合面上的应力最小。

而且三组示例结合面上的应力均值非常接近，较大的差异性。

这说明结合长度的改变，图2不同配合长度下的接触应力分布图4.2过盈量对接触应力的影响[12]利用有限元分别对三组不同过盈量的轴孔过盈配合进行仿真实验。

为了研究过盈量对结合面应力的影响，中的第3组轴孔结构尺寸为例，过盈量分别选取了最小过盈量0.018mm、最大过盈量0.059mm和中间过盈量0.048mm，三种情况进行应力分析和边缘应力集中现象分得到接触应力云图。

在此基础上并沿轴线方向创建接触路径，生成了应力沿轴向方向分布图3所示。

从图我们可以发现：①过盈量越大结合面上的接触应力就越大，接触应力与过盈量呈正比关系。

②三种过盈量下的轴孔两端的应力集中区域非常接两端均约2.5mm。

这说明过盈的大小不能改变应力集中沿轴线方向的区域。

③径向应力集中与过盈量有关，过盈量越大，径向应力集中数值越大。

仿真结果是：过盈量为0.059mm的应力集中最大数值>过盈量为0.048mm的应力集中最大数值过盈量为0.018mm的应力集中最大数值。

目录此文本含运行文本，请索要！！摘要 (2)Abstract (3)概述 (4)第1章立式挤压模具主要技术参数及功能的确定 (4) (6) (6)第2章立式铜挤压模具的设计及参数的确定 (8) (8) (11) (12)挤压轴的尺寸 (12) (12)挤压筒的设计 (13) (13) (15)挤压筒的尺寸的确定 (16) (18)第3章对挤压模具的ANSYS接触性能分析 (19)ANSYS接触能力 (19)─面接触单元 (19)—面的接触分析 (19) (20) (21) (25)第4章结论 (28) (28)展望 (28)附录一有限元分析程序 (29)致谢 (21)参考文献 (32)随着信息技术的飞速发展，CAE技术在铝型材挤压模具设计制造领域的应用正越来越受到世界各国的关注。

尽快把最新的有限元分析技术应用到整个挤压模具设计与制造过程中，让更多的模具工程师掌握这种优化设计方法，以提高我国铝型材挤压行业及其模具制造业的市场竞争力.有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。

它是50年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。

ANSYS软件是融结构，热，流体，电磁，声学于一体的大型通用有限元分析软件，其代码长度超过10000行，可广泛用于石油化工，航空航天，机械制造，能源，电子，造船，汽车交通，国防军工，日用家电等一般工业及科学研究，是目前最主要的FEA 程序。

本文提出的用ANSYS来分析热挤压模具零件，发挥了计算机在计算和处理数据方面的优势，使大量的计算有计算机来完成。

使计算的数据更加准确，节省了大量的人力。

研究结果表明：运用理论解析、物理模拟和数值模拟等方法，对铝型材挤压的变形过程、应力场和温度场分布及变化、摩擦与润滑等问题进行了大量的分析和实验，并根据其研究成果对挤压模具进行了优化，提高了铝型材挤压模具设计与制造水平。

挤压机挤压筒过盈计算挤压筒过盈配合计算Study on the Interference Fit of Extrusion Container中国重型机械研究院重庆大学China National Heavy Machinery ResearchInstitute Co., Ltd.Chongqing UniversityMar.23,2012目录1.挤压筒内孔型腔基本理论研究 (5)1.1厚壁圆筒解析法描述 (5)1.1.1弹性力学的基本方程 (5)1.1.2典型受力情况下的应力及位移计算 (6)1.2组合圆筒接触应力计算 (9)1.2.1三层挤压筒接触应力计算 (10)1.2.2三层挤压筒接触应力计算对比 (11)1.3受内压组合挤压筒应力应变 (13)2.经验解、解析解及有限元结果对比 (20)3. 120MN金属挤压机挤压筒过盈配合有限元计算分析 (23)3.1 过盈情况一 (24)3.1.1内筒壁加压： (24)3.1.2内筒壁局部加压： (30)3.2 过盈情况二 (35)3.2.1内筒壁加压： (35)3.2.2内筒壁局部加压： (40)3.3 过盈情况三 (45)3.3.1内筒壁加压： (45)3.3.2内筒壁局部加压： (50)3.4 过盈情况四 (55)3.4.1内筒壁加压： (55)3.4.2内筒壁局部加压： (60)主要工作1.挤压筒应力计算解析解推导；2.经验解、解析解与有限元计算对比；3.120MN金属挤压机挤压筒过盈配合有限元计算分析。

This report includes：1.The analytic solutions on the stresses of extrusioncontainer.2. A comparison between the empirical, analytic solutionsand Finite Element Analysis (FEA) results.3.FEAon the interference fit of the extrusion containerof 120MN Extrusion Press.1.挤压筒内孔型腔基本理论研究挤压筒在挤压过程中受三向应力，分别为径向压力，周向压力和轴向压力，挤压沿轴向应力分布比较均匀，所以将挤压筒可简化为厚壁圆筒模型，即为平面应变问题，根据弹性力学计算三层圆挤压筒的接触应力及受内压时的应力应变。

第４９卷㊀第１期有色金属加工Ｖｏｌ ４９㊀Ｎｏ １２０２０年２月ＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳＭＥＴＡＬＳＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧＦｅｂｒｕａｒｙ２０２０ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７１－６７９５.２０２０.０１.０１３基于有限元分析影响铝挤压力的主要因素徐㊀鑫ꎬ张德伟ꎬ米㊀东ꎬ于长富ꎬ李㊀冰(辽宁忠旺集团有限公司ꎬ辽宁辽阳１１１００３)收稿日期:２０１９－０３－１４摘㊀要:文章以外径Φ５６ｍｍ㊁壁厚３ｍｍ的圆管为例ꎬ通过控制变量方式ꎬ基于有限元法对比模拟了多组挤压力影响参数ꎬ为实际铝挤压生产中挤压力的优化提供一定的理论依据ꎮ关键词:挤压力ꎻ影响因素ꎻ铝挤压ꎻ有限元ꎻ模拟中图分类号:ＴＧ３７９㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ｂ㊀㊀㊀㊀文章编号:１６７１－６７９５(２０２０)０１－００４９－０３㊀㊀随着我国经济的飞速发展ꎬ城市化和工业化进程加快ꎬ极快的推动了各行各业的发展ꎮ铝合金挤压型材的生产技术在不断的完善和创新ꎬ在民用建筑㊁工业㊁航天㊁船舶㊁汽车㊁电子等领域的使用也越来越广泛ꎮ近年来铝型材断面逐步向大型化㊁复杂化㊁高精度等方向发展[１－２]ꎮ随着铝型材产品的大型化㊁复杂化ꎬ铝型材挤压过程中的挤压力需求也越来越大ꎮ如何最大化发挥挤压机的挤压极限ꎬ是目前铝型材挤压工作者亟待解决的技术难题ꎮ挤压力是指在挤压过程中ꎬ通过挤压杆和挤压垫作用在金属坯料上的外力ꎮ挤压力是挤压过程最重要的参数之一[３]ꎮ挤压力上限由挤压机决定ꎬ但可通过优化挤压工艺参数来降低型材突破所需要的挤压力ꎬ以此最大化发挥挤压机的挤压能力ꎮ铝挤压生产中ꎬ挤压力的大小是选择挤压机吨位的决定因素ꎬ而影响挤压力的因素众多ꎬ掌握各因素对挤压力的影响程度对实际生产有重要意义ꎮ本文以铝合金管材为例ꎬ采用控制变量法ꎬ辅以有限元模拟软件ꎬ对各挤压参数对型材突破所需挤压力的影响程度进行分析ꎮ１㊀挤压力计算简式目前计算力的公式很多ꎬ根据变形力的计算方法共有４种ꎬ分别为主应力法㊁功平衡法㊁极值原理法㊁滑移线法ꎬ在生产实际中ꎬ最常用的是主应力法ꎮ主应力法的数学演算比较简单ꎬ由于主应力法得到的是解析解ꎬ从解的数学表达式中ꎬ可以看出各有关参数对求解结果的影响ꎬ因而在金属塑性成形分析中应用非常广泛[３]ꎮ以铝合金管材为例ꎬ省略推导过程ꎬ确定挤压力的一般公式如下:Ｐ＝４３ｌ３Ｄｔ－ｄ＋(１＋１３ｃｏｔαＤ＋ｄ)＋４ｆ１ｌ１ｄ１－ｄéëêêùûúú １＋Ｃｖ２σｂＴ Ｆ式中ꎬＰ为挤压力ꎻＤｔ为挤压筒直径ꎻｄ为管材内径ꎻｄ１为管材外径ꎻｌ１为模具工作带长度ꎻｌ３为挤压筒中未变形部分铸锭的长度ꎻα为模角ꎻＤ为平均直径ꎻｆ１为摩擦系数ꎻＣｖ为金属硬化系数ꎬ受挤压速度和挤压比影响ꎻσｂＴ为挤压温度Ｔħ下金属的变形抗力ꎻＦ为挤压筒断面积[４]ꎮ２㊀有限元模拟分析从挤压力简式可以发现ꎬ挤压力受金属的变形抗力㊁型材挤压速度㊁铸锭规格㊁挤压筒直径㊁模具工作带长度等因素影响ꎮ为比较各参数对挤压力的影响程度ꎬ本文以外径Φ５６ｍｍ㊁壁厚３ｍｍ的铝合金管材为例ꎬ通过有限元方式ꎬ比较各组挤压参数下的挤压力大小ꎮ管材截面积４９９.５ｍｍ２ꎬ断面周长３３３ｍｍꎬ米重１.３５ｋｇ/ｍꎬ模具规格Φ１８０ｍｍˑ１２０ｍｍꎮ２.１㊀模型建立根据管材断面设计模具图纸ꎬ采用三维绘图软件进行模具几何建模及装配ꎬ挤压模具上下图如图１(ａ)(ｂ)所示ꎮ将装配好的几何模型导入到有限元分析软件中ꎬ进行几何清理ꎬ抽取流动实体ꎬ划分实体网格ꎬ建立挤压分析有限元模型(图１(ｃ))ꎮ为比较不同参数对挤压力的影响程度ꎬ以控制变量为原则ꎬ排除个㊀㊀有色金属加工第４９卷别影响较小的因素后ꎬ选择８组不同挤压工艺参数进行模拟ꎬ具体工艺如表１所示ꎮ(ａ)模具上模ꎻ(ｂ)模具下模ꎻ(ｃ)挤压有限元模型ꎻ(ｄ)挤压模型装配图１㊀三维模型图Ｆｉｇ.１㊀Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌ表１㊀挤压工艺参数及模拟结果Ｔａｂ.１㊀Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ序号材料铸锭温度/ħ挤压杆速/(ｍｍ/ｓ)铸锭规格/ｍｍ挤压筒直径/ｍｍ工作带长/ｍｍ突破压力/ＭＮ１７０７５４２０１Φ１２０ˑ３５０１２５５１５.２１７２６０６３４２０１Φ１２０ˑ３５０１２５５６.２８８３６０６３４５０５Φ１２０ˑ３５０１２５５５.７０６４６０６３５００５Φ１２０ˑ３５０１２５５５.４５２５６０６３５００１Φ１２０ˑ３５０１２５５４.９７４６６０６３５００５Φ１２０ˑ５００１２５５６.０４６７６０６３５００５Φ１５１ˑ５００１６０５８.８９３８６０６３５００５Φ１２０ˑ３５０１２５１０５.７８３２.２㊀结果分析以挤压力为主要输出项ꎬ对８组不同挤压工艺参数分别进行模拟ꎬ模拟结果如表１最右侧突破压力栏所示ꎬ部分模拟结果如图２所示ꎮ结果显示:(１)通过第１和第２组模拟结果可以发现ꎬ突破压力主要受铸锭材质影响ꎮ同等参数下ꎬ采用７０７５铝合金(４５０ħ下ꎬ应变０.０１ｓ－１ꎬ应力约５０ＭＰａ)挤压时所需的突破压力远大于采用６０６３铝合金(４５０ħ下ꎬ应变０.０１ｓ－１ꎬ应力约７ＭＰａ)ꎬ但通过优化合金材质来提高挤压性是无法满足客户要求的ꎮ(２)通过第３和第４组模拟结果可以发现ꎬ在合金材质不变的情况下ꎬ当铸锭温度从４５０ħ提高到５００ħ时ꎬ突破压力由５.７０６ＭＮ降到了５.４５２ＭＮꎬ这主要是因为随着铸锭加热温度的提高ꎬ铸锭发生了软化现象ꎮ但通过提高加热温度的方式并不能很大程度上减小突破压力ꎮ(３)通过第４和第５组模拟结果可以发现ꎬ当挤压杆速度从５ｍｍ/ｓ降低到１ｍｍ/ｓ时ꎬ突破压力从５ ４５２ＭＮ降低到了４.９７４ＭＮꎬ这是因为挤出速度的提高会造成施加在铸锭上的载荷变大ꎬ从而导致铸锭的整体变形抗力增大ꎮ(４)通过第４和第６组模拟结果可以发现ꎬ当铸锭长度由３５０ｍｍ提高到５００ｍｍ时ꎬ突破压力从５ ４５２ＭＮ提高到了６.０４６ＭＮꎬ其主要原因也是由于随着铸锭长度的增加挤压变形抗力随之增加ꎬ但在缩短铸锭长度的同时必须考虑成品定尺长度对铸锭的影响ꎮ(５)通过第４和第７组模拟结果可以发现ꎬ当挤压筒直径从１２５ｍｍ提高到１６０ｍｍ时(铸锭直径相应提高ꎬ长度不变)ꎬ突破压力从５.４５２ＭＮ提高到了８ ８９３ＭＮꎬ这是由于同种断面产品采用大挤压筒挤出时变形程度(挤压比)变大ꎬ导致变形所需的变形抗力随之变大ꎮ在挤压筒㊁模具的强度范围内ꎬ采用大挤压机㊁小挤压筒的配置也是降低挤压力最理想的方式ꎮ(６)通过第４和第８组模拟结果可以发现ꎬ当模具工作带长度由５ｍｍ提高到１０ｍｍ时ꎬ突破压力从５ ４５２ＭＮ提高到了５.７８３ＭＮꎬ挤压力的提高主要是为０５㊀㊀㊀第１期有色金属加工抵消产品定型过程中产生的摩擦力ꎮ(ａ)流体速度场ꎻ(ｂ)流体温度场ꎻ(ｃ)挤压模具上模应力场ꎻ(ｄ)挤压模具下模应力场图２㊀模拟分析结果(采用第四组模拟参数)Ｆｉｇ.２㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ(ｗｉｔｈａｆｏｕｒｔｈｓｅｔｏｆａｎａｌｏｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ)３㊀结论通过模拟结果可知ꎬ在防止铸锭过烧及型材挤压质量良好的情况下ꎬ可以适当提高铸锭预热温度ꎬ降低挤压速度ꎬ缩短铸锭长度ꎬ采用大挤压机配小挤压筒ꎬ或适当缩短工作带长度的方式降低挤压所需的挤压力ꎮ其中大挤压机配小挤压筒的配置在挤压硬质合金时可优先考虑ꎮ参考文献[１]连晓春.多孔挤压分流模的设计开发[Ｃ]//Ｌｗ第五届铝型材技术(国际)论坛ꎬ２０１３.[２]李明环.大型工业铝型材模具设计与制造[Ｃ]//中国铝型材挤压模具开发与应用研讨会ꎬ２００８.[３]张慎璞.铝合金挤压机挤压力计算方法研究[Ｊ].锻压装备与制造技术ꎬ２０１７(２):[４]温景林.金属挤压与拉拔工艺学[Ｍ].东北大学出版社ꎬ２００３:５７－５８.ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＭａｉｎＦａｃｔｏｒｓＡｆｆｅｃｔｉｎｇＡｌｕｍｉｎｕｍＥｘｔｒｕｓｉｏｎＦｏｒｃｅＢａｓｅｄｏｎＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＸｕＸｉｎꎬＺｈａｎｇＤｅｗｅｉꎬＭｉＤｏｎｇꎬＹｕＣｈａｎｇｆｕꎬＬｉＢｉｎｇ(ＬｉａｏｎｉｎｇＺｈｏｎｇｗａｎｇＧｒｏｕｐＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＬｉａｏｎｉｎｇ１１１００３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬａｃｉｒｃｕｌａｒｔｕｂｅｗｉｔｈａｎｏｕｔｅｒｄｉａｍｅｔｅｒｏｆ５６ｍｍａｎｄａｗａｌｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆ３ｍｍｉｓｔａｋｅｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｖａｒｉａｂｌｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄꎬｓｅｖｅｒａｌｇｒｏｕｐｓｏｆｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄꎬｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓａｃｅｒｔａｉｎｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎａｃｔｕａｌａｌｕｍｉｎｕｍｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｆｏｒｃｅꎻｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒꎻａｌｕｍｉｎｕｍｅｘｔｒｕｓｉｏｎꎻｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔꎻｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ１５㊀㊀。

大型扁宽型材挤压筒的受力分析谢水生1刘静安2 贺金宇1徐盈辉1张学军11北京有色金属研究总院 100088 2西南铝业(集团)有限责任公司 401326 重庆【摘要】本文应用有限元法对过盈装配扁挤压筒的结构参数进行了系统的分析。

获得了不同装配参数下的扁挤压筒在装配后及工作时的内部应力分布和最大等效力的变化规律。

并进一步研究和分析扁挤压筒的内孔形状对等效应力的峰值的影响，获得了内孔形状变化对等效应力峰值的影响规律。

通过参数优化，得到了最佳的结构参数和内孔椭圆度。

关键词：扁挤压筒有限元应力分析结构参数优化内孔形状优化扁挤压筒是生产大型扁型材的关键工具，但工作条件十分苛刻，如果设计不合理就会产生严重的应力集中，从而降低其使用寿命。

影响扁挤压筒内部等效应力大小和分布的因素很多，其中包括扁挤压筒的外径、内孔尺寸及形状、分层尺寸、各层的装配过盈量和承受的最大比压。

当设备选定以后，扁挤压筒的外径尺寸将受到一定的限制。

比压的大小影响型材的生产范围，通常扁挤压筒设计中考虑比压不大于500MPa。

所以合理的扁挤压筒的结构尺寸，如扁挤压筒的分层尺寸、各层的装配过盈量，能在一定的范围内降低筒体内等效应力的峰值。

同时，本文在结构参数优化的基础上，进一步研究了内孔形状变化对等效应力峰值的影响规律。

进一步降低等效峰值，缓解扁挤压筒内壁的应力集中，提高挤压筒扁挤压筒的使用寿命。

1扁挤压筒有限元模型的建立[1，3，5]本研究主要针对配置于80MN挤压机上的三层预应力结构的扁挤压筒体，筒体材料选用4Cr5MoSiV1，其结构尺寸如图1所示：图中L=670mm,W=270mm,R3=900mm。

1.1有限元模型建立力学业模型的基本假设为：①由于扁挤压筒在轴向（z向）的变形相对于xoy平面内的变形小得多，因此本文简化为平面内变形问题考试。

②假设挤压坯料对挤压筒内壁作用的压力为均布压力。

③不考虑扁挤压筒的加热孔以及各种工艺孔和键槽的影响。

基于FME和FMEA有限元法分析的热挤压技术原始科学论文通过应用FMEA方法评估风险，给出分析的答案和条件，直接影响到采用或拒绝技术和结构的解决方案。

这主要是采用有限元模拟并且基于一个多学科团队为核心的动态解决问题的方法。

主要目标是在新的铝产品的开发和设计过程中减少风险和错误的发生，同时对工具设计过程中，计算机辅助设计，在塑性变形过程的热挤压技术向前发展具有相当的促进作用。

正是FMEA文件的知识专家在一个公司，目前已经变成财产，获得的价值和时事性在日新月异的变化。

这是被最强大的全球性跨国公司在其所有领域的管理技术和他们解决了无论什么情况或时间离开以后可能会出现的问题。

FME(Feature Manipulate Engineering，简称FME)是加拿大Safe Software公司开发的空间数据转换处理系统，它是完整的空间ETL解决方案。

该方案基于Open GIS 组织提出的新的数据转换理念“语义转换”，通过提供在转换过程中重构数据的功能，实现了超过250种不同空间数据格式(模型)之间的转换，为进行快速、高质量、多需求的数据转换应用提供了高效、可靠的手段。

FMEA是失效模式和效果分析(Failure Mode and Effect Analysis)，一种用来确定潜在失效模式及其原因的分析方法。

具体来说，通过实行FMEA，可在产品设计或生产工艺真正实现之前发现产品的弱点，可在原形样机阶段或在大批量生产之前确定产品缺陷。

FMEA最早是由美国国家宇航局(NASA)形成的一套分析模式，FMEA 是一种实用的解决问题的方法，可适用于许多工程领域，目前世界许多汽车生产商和电子制造服务商(EMS)都已经采用这种模式进行设计和生产过程的管理和监控。

1引言铝合金半镂空元素的完整的高科技挤出系统的设计过程是基于具有现实的决定性的参数和指标对挤压过程的影响。

这种技术提供一种收集和描述数值和分析反馈信息的可能性，从生产过程本身出发、从设计和开发过程、错误、缺陷和言论，生成一个自适应动态系统的时间。