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铝合金齿轮泵泵体半固态挤压成形的数值模拟研究
摘要：
本文以铝合金齿轮泵的泵体为研究对象，采用ANSYS有限元软件，运用半固态挤压成形工艺，对该泵体进行数值模拟分析。在分析中，首先建立泵体的CAD三维实体模型，然后通过物理模拟和参数优化，确定了挤压过程中的合理参数，随后对泵体进行了模拟挤压计算，并对模拟结果进行了分析和验证。最终，得出了铝合金齿轮泵泵体半固态挤压成形的优化生产工艺。
关键词：铝合金齿轮泵；泵体；半固态挤压成形；数值模拟；优化生产工艺
Abstract：
Thispaperfocusesonthenumericalsimulationanalysisofthepumpbodysemi-solidextrusionformingforaluminumalloygearpump.ByusingthefiniteelementsoftwareANSYSandsemi-solidextrusionformingprocess,thereasonableparametersduringtheextrusionprocessweredeterminedthroughphysicalsimulationandparameteroptimization,andthepumpbodywasmodeledin3DusingCAD.Numericalsimulationanalysisforthepumpbodyextrusionwasconducted,andthesimulationresultswereanalyzedandvalidated.Finally,anoptimizedproductionprocessofthealuminumalloygearpumpwithsemi-solidextrusionformingwasproposed.
Keywords:Aluminumalloygearpump;pumpbody;semi-solidextrusionforming;numericalsimulation;optimizedproductionprocess
1.引言
铝合金齿轮泵作为一种主要的流体传输设备，具有结构简单、使用方便、性能可靠等特点，在工业生产过程中得到了广泛应用。然而，传统的生产工艺往往存在成型时间长、工艺复杂、材料浪费等问题，使得生产效率低下，增加了生产成本。因此，研究一种能够改进铝合金齿轮泵生产工艺的方法是非常有必要的。
半固态挤压成形技术是一种高效的铝合金成形方法。它通过控制金属的半固态状态，实现了高效成形，同时也减少了材料的浪费。因此，运用半固态挤压成形技术来生产铝合金齿轮泵泵体，可以提高生产效率，减少成本，具有重要的应用价值。
2.模型建立
一般而言，铝合金齿轮泵泵体通常由泵头、泵腔和轴承座三部分构成。本文以泵头为研究对象，建立了铝合金齿轮泵泵头的3D模型。图1所示为泵头的CAD三维实体模型。
（图1铝合金齿轮泵泵头的3D模型）
在模型的设计过程中，需要考虑到泵头的结构特征和材料性能，以及挤压成形的可行性。结合实际情况，在模型设计时，选择了23S113铝合金材料，同时考虑泵头的厚度、齿轮参数等因素，以保证泵头的结构紧凑且坚固耐用。
3.半固态挤压成形参数优化
半固态挤压成形的质量受到多方面因素的影响，如材料温度、挤压速率、挤压压力等因素。因此，为了提高挤压过程的成形质量，需要确定合适的挤压参数。本文采用物理模拟和参数优化的方法，确定了铝合金齿轮泵泵体在半固态挤压成形过程中的合理参数。
在模拟过程中，首先确定了模型的模拟区域，并将模型进行网格划分。然后，通过添加热源和控制液态铝温度的方式将铝坯进行预热到所需温度。接下来，设定了挤压过程的压力和速度，实现了对铝坯的模拟挤压。最后，通过数值模拟分析，确定了合理的挤压参数，如挤压速度、挤压压力等。
4.数值模拟结果分析
在进行模拟挤压计算之后，可以得到铝合金齿轮泵泵体的模拟挤压成形结果。本文通过对模拟结果的分析和验证，确定了铝合金齿轮泵泵体半固态挤压成形的优化生产工艺。
从模拟结果可以看出，泵头的挤压成形完整、表面光滑，不存在明显的变形和缺陷，与实际铝合金齿轮泵泵头形状基本一致，表明挤压成形过程正确可行，模拟方法和参数优化是合理的。另外，模拟结果还表明在特定的挤压参数（如温度、压力、速度等）下，铝合金齿轮泵泵体的成形效果较好。
5.结论
以铝合金齿轮泵泵头为研究对象，本文基于ANSYS有限元软件，通过半固态挤压成形技术，对铝合金齿轮泵泵体进行了数值模拟研究。模拟结果表明，泵头的挤压成形完整、表面光滑，不存在明显的变形和缺陷，同时也确定了铝合金齿轮泵泵体半固态挤压成形的优化生产工艺。该研究成果为铝合金齿轮泵生产工艺的改进提供了有力的理论和技术支持。