FEM-ANALYSE AV INDUSTRIELL ALUMINIUMSPROFILEKSTRUDERING

Abstract

Avhandlingen er skrevet for å øke forståelsen og kunnskapen rundt materialflyt ved ekstruderingav komplekse og tynnvegde aluminiumprofiler. Det gjennomgås også hvordan ujevn materialflyt utav en matrise kan avbalanseres ved bruk av forkammer.Rapporten tar for seg oppbygning av modeller og simulering for to forskjellige profilgeometrier.Det første profilet er et U-profil som det tidligere er gjort analyser av ved bruk av modellmateriale.Dette ble gjort i en Diplomoppgave uført av Kjetil Vala i 1992. Det andre profilet er et rektangulærttynnvegd hulprofil med en midtspalte og to utstikkere. Dette utgjør geometrien til en støtfanger gittav Benteler Aluminium Systems Norway AS. For å få til simuleringene er det benyttet to forskjelligemetoder for ekstrudering av disse profilene. Metodene som er benyttet er direkte ekstrudering vedbruk av flat matrise, med og uten forkammer, og sveiseekstrudering igjennom en porthullmatrise.Rapporten har ikke som hensikt å redegjøre for aspekter ved optimalisering av matrisedesign, menvise til typiske flytfenomener og hvordan forkammer kan brukes til å avbalanserer materialflyten utav en matrise.Rapporten begynner med en utdypning av grunnleggende teori vedrørende ekstruderingsprosessen,hvor både historie, matematiske beregninger for materialflyt og generell arbeidsflyt for modelleringog oppsett av modeller i programvarene UGS NX 8.0 og DEFORM-3D diskuteres. Spesielt utdypesdet for hvordan bruk av forkammer kan brukes for å avbalanseres ujevn materialflyt. Avhandlingendrøfter videre resultater oppnådd fra simuleringene gjort i DEFORM-3D. I resultatene fra simuleringerav U-profilet fremkommer det at bruk av forkammer senker relativ differanse i gjennomsnittligmaterialflythastighet over profiltverrsnittets bunnflate og profilvegg fra 26.4 % til 18.6 % ved brukav forkammer. I tillegg reduseres gjennomsnittlig utløpshastighet fra bæreflaten, langs bunnflatenfra 368.0 mms⁻¹ til 74.6 mms⁻¹ og langs profilveggen reduseres hastighetene fra 479.9 mms⁻¹ til91.7mms⁻¹. Presskraftmålinger viser at bruken av forkammer senker den forventede presskraften fra8.48MN til 7.98 MN.I simuleringsresultatene oppnådd for støtfangerprofilet fremkommer det i nettverksanalysenog studering av effektive tøyningsrater i forskjellige skalaer at karakteristiske soner som dødsoner,skjærsoner og deformasjonssoner gjengis på realistisk måte jamfør teorien om flytforløpet til materialetigjennom en ekstrudering.Avhandlingen avsluttes med en evaluering og diskusjon av resultatene, samt kvaliteten på disseog forslag til videre arbeid blir også presentert.Benyttelse av FEM for å analysere materialflyten i en plastisk formeprosess for metall er ansettfor å være en effektiv metode fremfor prøving og feiling, og bruk av erfaring for avbalansering avmaterialflyt. Bruken av FEM-analyse forventes å fortsette å øke. Bruk av FEM gir økte muligheter forå utforske løsninger og realistiske resultater, men simuleringer av komplekse geometrier bruker langberegningstid, stadig utvikling av programvare er derfor nødvendig.