摘    要：通過對懸臂類鋁型材的有限元模擬，研究懸臂類鋁型材擠壓模具的總體高度、鋁型材的厚度和鋁型材的寬度對模具強度的影響。通過正交試驗方法研究這三種影響因素對懸臂類鋁型材擠壓模具強度影響的主次性并尋找最優組合的懸臂類鋁型材擠壓模具。結果表明，鋁型材擠壓模具的高度對下模具最大應變值影響顯著，影響主次順序為鋁型材擠壓模具的高度、擠壓型材的厚度、鋁型材的寬度。

關鍵詞：懸臂;擠壓模;有限元;HyperWorks;

0 引 言

鋁型材擠壓生產是在高溫、高壓的環境中進行，因而很難預測其生產過程中存在的不足，繼而很難對后面的設計進行優化。在鋁型材擠壓生產過程中，有一個非常復雜的變形過程，包含有彈塑性、剛塑性、黏塑性等綜合復雜變形過程；鋁型材擠壓模具是既具有強度模具的特性又具有穩定流速場模具要求的雙重身份的統一體。由以上特征，人們對鋁型材的變形過程的感性認識成分要多于理性認識成分，即在設計過程中理論指導相對較少。目前，國內行業的普遍現狀仍是通過經驗類比的方法設計模具，模具一次試模的成功率不高，大概只有50%～60%。隨著計算機技術和有限元分析軟件的發展，數值模擬方法在擠壓模具設計應用中有一定的成熟度和實用性，這在模具修正設計中起著重要的作用。通過有限元軟件的求解分析，可以準確地預測擠壓生產過程中的情況。通過這樣的數值模擬手段對設計進行驗證和反饋，在模具設計中大大提高模具壽命和減少模具出廠的試模和修模次數，對提高設計的成功率、降低生產成本和能耗具有重要意義。

鋁合金型材生產中的核心問題是型材模具的設計制造和使用的問題，一個鋁合金型材產品的成形與模具的結構是否合理、各種尺寸因素是否恰當有著直接的關系。擠壓模具強度是影響鋁型材成型的關鍵，而影響模具強度的因素有很多，工程設計者一般都是從影響因素中分析，通過平衡各作用使模具的強度達到最佳狀況。一般地，影響擠壓模具強度的參數大概有以下因素：鋁型材的寬度、鋁型材的厚度、擠壓模具的總體高度、工作帶的長度、導流腔的角度等。本次主要研究的懸臂類鋁型材擠壓模具的總體高度、鋁型材的厚度和鋁型材的寬度三種因素。研究它們對擠壓模具影響的主次性，同時尋找本次的研究對象的最佳組合。

1 研究內容

本研究的擠壓模具分為上模具和下模具兩個部分，模具直徑大小都為160 mm。在建模前，先確定好擠壓模具分流孔、分流橋等的設計，分流孔的設計一般是對稱排列，目的是為了讓金屬液體能夠平穩均勻流動和降低模面的壓力[1]。本研究是采用2孔的。分流橋的作用主要是對金屬液體的分流作用和削減懸臂處應力集中的現象。本研究擠壓模具的分流橋寬度是隨鋁型材的寬度的變化的，但形狀一樣的。圖1為本研究的擠壓模具的裝配圖。運用Solidworks軟件對本設計研究的擠壓模具進行三維模型構建。模具模型構建完成后，將其轉換成IGES格式導入HyperMesh做前處理準備，接著在HyperXtrude向導中完成各項邊界條件和參數的設置，再接著進行數據求解，最后在HyperView軟件觀察結果，對結果進行分析[2,3]。

圖1 本研究的擠壓模具

2 試驗方案分析

本研究的影響因素有3個(擠壓型材的厚度、擠壓型材的寬度、擠壓模具的厚度)，通過3因素4水平正交試驗方案進行設計和確定，如表1、表2所示。試驗假設鋁型材的厚度為T，鋁型材的寬度為L、懸臂類鋁型材擠壓模具的高度H，如圖2、圖3所示。對3因素4水平的試驗來說，常規的全部試驗是要進行64次試驗，次數相當多。本設計采取正交設計的方法進行試驗，正交試驗設計能均勻地挑選出代表性強的少數試驗方案，由少數的試驗結果推出較優的方案，試驗次數減少且能確保試驗的可靠性，這樣試驗次數降至16次。下面對本次試驗方案進行設計和確定。

表1 因素水平

表2 本研究正交設計L16(43)對應試驗組合

圖2 型材截面 

圖3 擠壓模具高度示意 

文章來源：現代信息科技