鋁型材的案例
基于HyperWorks的一種懸臂類鋁型材的有限元模擬研究1
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(qiáng)度的影響。通過正交試驗(yàn)方法研究這三種影響因素對懸臂類鋁型材擠壓模具強(qiáng)度影響的主次性并尋找最優(yōu)組合的懸臂類鋁型材擠壓模具。結(jié)果表明，鋁型材擠壓模具的高度對下模具最大應(yīng)變值影響顯著，影響主次順序?yàn)?em>鋁型材擠壓模具的高度、擠壓型材的厚度、鋁型材的寬度。
關(guān)鍵詞：懸臂;擠壓模;有限元;HyperWorks;
0 引 言
鋁型材擠壓生產(chǎn)是在高溫、高壓的環(huán)境中進(jìn)行，因而很難預(yù)測其生產(chǎn)過程中存在的不足，繼而很難對后面的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。在鋁型材擠壓生產(chǎn)過程中，有一個非常復(fù)雜的變形過程，包含有彈塑性、剛塑性、黏塑性等綜合復(fù)雜變形過程；鋁型材擠壓模具是既具有強(qiáng)度模具的特性又具有穩(wěn)定流速場模具要求的雙重身份的統(tǒng)一體。由以上特征，人們對鋁型材的變形過程的感性認(rèn)識成分要多于理性認(rèn)識成分，即在設(shè)計(jì)過程中理論指導(dǎo)相對較少。目前，國內(nèi)行業(yè)的普遍現(xiàn)狀仍是通過經(jīng)驗(yàn)類比的方法設(shè)計(jì)模具，模具一次試模的成功率不高，大概只有50%～60%。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元分析軟件的發(fā)展，數(shù)值模擬方法在擠壓模具設(shè)計(jì)應(yīng)用中有一定的成熟度和實(shí)用性，這在模具修正設(shè)計(jì)中起著重要的作用。通過有限元軟件的求解分析，可以準(zhǔn)確地預(yù)測擠壓生產(chǎn)過程中的情況。通過這樣的數(shù)值模擬手段對設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證和反饋，在模具設(shè)計(jì)中大大提高模具壽命和減少模具出廠的試模和修模次數(shù)，對提高設(shè)計(jì)的成功率、降低生產(chǎn)成本和能耗具有重要意義。
鋁合金型材生產(chǎn)中的核心問題是型材模具的設(shè)計(jì)制造和使用的問題，一個鋁合金型材產(chǎn)品的成形與模具的結(jié)構(gòu)是否合理、各種尺寸因素是否恰當(dāng)有著直接的關(guān)系。擠壓模具強(qiáng)度是影響鋁型材成型的關(guān)鍵，而影響模具強(qiáng)度的因素有很多，工程設(shè)計(jì)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(qiáng)度達(dá)到最佳狀況。
展開 非標(biāo)設(shè)計(jì)必備常識——工業(yè)鋁型材相關(guān)知識
工業(yè)鋁型材是一種以鋁為主要成份的合金材料，通過將鋁棒熱熔、擠壓從而得到不同截面形狀的鋁材料，但添加的合金的比例不同，生產(chǎn)出來的工業(yè)鋁型材的機(jī)械性能和應(yīng)用領(lǐng)域也不同。工業(yè)鋁型材表面經(jīng)過氧化后，外觀非常漂亮，組裝成產(chǎn)品時，采用專用鋁型材配件，不需要焊接，較環(huán)保，而且安裝、拆卸、攜帶、搬移極為方便，廣泛用于自動化機(jī)械設(shè)備、封罩的骨架、流水線輸送帶、提升機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、檢測設(shè)備等等，圖6-1所示即為兩種利用鋁型材搭建的機(jī)架。
近年來，我國鋁型材加工業(yè)發(fā)展十分迅速，工業(yè)鋁型材產(chǎn)量已超過美國成為世界第一位，產(chǎn)品不但種類齊全，而且質(zhì)量穩(wěn)步提高，質(zhì)量水平已處于國際先進(jìn)行列，本書主要以國內(nèi)生產(chǎn)的工業(yè)鋁型材及其配件為例來介紹如何利用工業(yè)鋁型材及其配件搭建機(jī)架。
1、 鋁型材
國內(nèi)生產(chǎn)的鋁型材種類主要有20系列、30系列、35系列、40系列、50系列、60系列、80系列、90系列和100系列，每個系列都有不同的型號，型號不同，鋁型材橫截面也不相同。下面以40系列為例來詳細(xì)介紹工業(yè)鋁型材及其配件。
（1）40系列鋁型材型號名稱格式
40系列鋁型材具體型號名稱的格式為：xx-8-40xx□，各部分的具體含義為：
xx:通常情況下由廠家自行定義,一般為生產(chǎn)廠家名稱的英文字母縮寫。
8：該型號的鋁型材采用M8的螺栓和T型螺母,同時也是鋁型材的槽寬代號。
40：代表該型號為40系列鋁型材，也代表鋁型材的寬度為40mm，在圓弧形截面鋁型材中代表圓弧半徑。
xx：該處為數(shù)字，代表鋁型材的高度。
□：該處為大寫英文字母，代表鋁型材的截面形狀。
展開 Simufact軟件在鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)數(shù)值模擬的應(yīng)用
為了優(yōu)化模具的結(jié)構(gòu)，使鋁型材減少因流速產(chǎn)生的缺陷問題，現(xiàn)將鋁型材流速大于平均速度處的工作帶適量加長，將流速小于平均速度處的工作帶適量減短。優(yōu)化后的工作帶如圖8所示。
其他條件不變，重新模擬后的鋁型材出口流速如圖9所示。
圖8 優(yōu)化后的工作帶示意圖
圖9 工作帶優(yōu)化后鋁型材的速度場云圖
在鋁型材上均勻地取20個節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)的z向速度如表3所示。
表3 工作帶優(yōu)化后鋁型材截面選取節(jié)點(diǎn)的速度值（單位：mm/s）
根據(jù)表3，可以計(jì)算出72.68 mm/s，由此計(jì)算處SDV=2.93。與修改前SDV值明顯減小，即鋁型材截面速度更為均勻，實(shí)際試模結(jié)果顯示修改后的模具擠壓出的鋁型材無缺陷，滿足生產(chǎn)精度要求。
5 結(jié)語
基于Simufact有限元模擬軟件，建立了空心鋁型材分流模擠壓過程的計(jì)算模型，并以一幕墻鋁型材為研究對象，對擠壓過程中的應(yīng)力場、應(yīng)變場、溫度場及速度場進(jìn)行了分析，依據(jù)分析結(jié)果對模具進(jìn)行修正，最后得到合格的產(chǎn)品。 運(yùn)用Simufact軟件能夠快速地獲得擠壓過程的應(yīng)力場、應(yīng)變場、溫度場、速度場，求解結(jié)果能正確地反應(yīng)實(shí)際情況。合理、科學(xué)的應(yīng)用Simufac能夠有效地指導(dǎo)鋁型材擠壓工藝和模具設(shè)計(jì)，減少試模次數(shù)，對提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量、節(jié)省成本、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要價值意義。
來源：鋁加工
展開 Simufact軟件在鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)數(shù)值模擬的應(yīng)用 附simufact.additive 3下載
鋁型材出口流速不均勻。為了優(yōu)化模具的結(jié)構(gòu)，使鋁型材減少因流速產(chǎn)生的缺陷問題，現(xiàn)將鋁型材流速大于平均速度處的工作帶適量加長，將流速小于平均速度處的工作帶適量減短。優(yōu)化后的工作帶如圖8所示。
其他條件不變，重新模擬后的鋁型材出口流速如圖9所示。
圖8 優(yōu)化后的工作帶示意圖
圖9 工作帶優(yōu)化后鋁型材的速度場云圖
在鋁型材上均勻地取20個節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)的z向速度如表3所示。
表3 工作帶優(yōu)化后鋁型材截面選取節(jié)點(diǎn)的速度值（單位：mm/s）
根據(jù)表3，可以計(jì)算出72.68 mm/s，由此計(jì)算處SDV=2.93。與修改前SDV值明顯減小，即鋁型材截面速度更為均勻，實(shí)際試模結(jié)果顯示修改后的模具擠壓出的鋁型材無缺陷，滿足生產(chǎn)精度要求。
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結(jié)語
基于Simufact有限元模擬軟件，建立了空心鋁型材分流模擠壓過程的計(jì)算模型，并以一幕墻鋁型材為研究對象，對擠壓過程中的應(yīng)力場、應(yīng)變場、溫度場及速度場進(jìn)行了分析，依據(jù)分析結(jié)果對模具進(jìn)行修正，最后得到合格的產(chǎn)品。 運(yùn)用Simufact軟件能夠快速地獲得擠壓過程的應(yīng)力場、應(yīng)變場、溫度場、速度場，求解結(jié)果能正確地反應(yīng)實(shí)際情況。
展開 
派克漢尼汾推出了T型槽鋁型材全新產(chǎn)品配置器
革命性的軟件解決方案幫助工程師和設(shè)計(jì)師在產(chǎn)品開發(fā)中有效使用派克T型槽鋁型材組件
· 派克的北美“機(jī)電和驅(qū)動器”業(yè)務(wù)部推出了基于 CADENAS 技術(shù)的 T-插槽鋁型材新產(chǎn)品配置器。
· 派克的“T型槽鋁型材建筑師設(shè)計(jì)工具”面向環(huán)境、健康、安全、生產(chǎn)、維護(hù)和家居裝修等多個行業(yè)的專業(yè)人士，支持他們高效地開發(fā)新的派克T型槽鋁型材產(chǎn)品。
· 使用派克產(chǎn)品配置器的用戶現(xiàn)在可以根據(jù)自身的需求虛擬地組裝T形槽鋁型材組件，而軟件解決方案則負(fù)責(zé)最終產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。配置程序可在Parker網(wǎng)站上免費(fèi)下載，其友好的用戶界面、自動即時生成物料清單及報價等功能受到了專業(yè)用戶、手工業(yè)者和派克開發(fā)部門的一致好評。
在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出高度的靈活性，最大程度節(jié)省成本
· 派克的T型槽鋁型材主要用于組裝無數(shù)插座、框架、線性滑動系統(tǒng)、安全防護(hù)裝置、外殼、工作臺、物流系統(tǒng)以及其他設(shè)計(jì)。模塊化T-Solt鋁型材系統(tǒng)在工程、生產(chǎn)和裝配等眾多領(lǐng)域都展現(xiàn)出高度的靈活性，從而最大程度地降低成本。
· 過去，為了開發(fā)帶有T形槽鋁型材的新產(chǎn)品，工程師不得不在CAD系統(tǒng)中耗時耗力地創(chuàng)建各種型材、連接器、緊固件和配件，然后手動調(diào)整每個單獨(dú)的組件來進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，最后手動創(chuàng)建物料清單發(fā)送給派克以獲取報價。如果用戶沒有CAD訪問權(quán)限，他們通常會向Parker發(fā)送“餐巾紙草圖”，然后就需要派克工程團(tuán)隊(duì)對其進(jìn)行解讀并重建模型，以便準(zhǔn)確報價。因此，往往需要來回溝通三到五次才能完成報價，耗費(fèi)了客戶和派克團(tuán)隊(duì)大量的時間和精力。
展開 應(yīng)用于興發(fā)鋁業(yè)的PARTsolutions ?智能化的鋁型材數(shù)據(jù)檢索與借用
輔助快速決策，避免鋁型材斷面的重復(fù)、相似設(shè)計(jì)和加工
PARTsolutions的主要技術(shù)優(yōu)勢是可以通過鋁型材斷面的幾何形態(tài)更快捷更準(zhǔn)確的查找到相同或相似的歷史數(shù)據(jù)。通過PARTsolutions的部署與應(yīng)用，幫助興發(fā)鋁業(yè)減少類似甚至相同的鋁型材及其模具的研發(fā)數(shù)量，同時快速響應(yīng)最終客戶的需求，并在長期使用過程中節(jié)約可觀的成本和工作時間。通過與ERP系統(tǒng)的集成，PARTsolutions集成顯示關(guān)于型材產(chǎn)品的其他物料信息，諸如編碼、精度、材質(zhì)和投產(chǎn)時間等。PARTsolutions為鋁型材行業(yè)提供了智能化的數(shù)據(jù)資源管理平臺，實(shí)現(xiàn)了快速的數(shù)據(jù)搜索與查詢。
興發(fā)鋁業(yè)的原有技術(shù)平臺
目前興發(fā)鋁業(yè)已研發(fā)和生產(chǎn)了近20萬種不同形狀和尺寸的鋁型材，所有工程數(shù)據(jù)均由二維CAD系統(tǒng)進(jìn)行管理，生產(chǎn)與運(yùn)營數(shù)據(jù)由其自主開發(fā)的ERP系統(tǒng)統(tǒng)領(lǐng)。由于工程技術(shù)人員和客戶難以用語言文字方式對鋁型材的樣式和尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，因此查找和避免近似、重復(fù)的模具和型材往往耗費(fèi)大量的時間，興發(fā)鋁業(yè)的技術(shù)人員以往需要依賴個人工作經(jīng)驗(yàn)和簡單的分類條件在龐大的圖紙庫中進(jìn)行查詢，查詢不精準(zhǔn)，耗時費(fèi)力，效率有待提高。重復(fù)、相似型材及其模具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，不僅浪費(fèi)了寶貴的時間和成本，而且也難以應(yīng)對日益嚴(yán)苛的環(huán)境保護(hù)要求。
PARTsolutions的部署與應(yīng)用方式
PARTsolutions成功將保存于ERP系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵參數(shù)屬性對應(yīng)于型材三維數(shù)據(jù)當(dāng)中，使得企業(yè)可以輕松的在搜索結(jié)果中查詢到關(guān)于型材的全部ERP屬性信息，用以輔助數(shù)據(jù)借用和改型設(shè)計(jì)的決策環(huán)節(jié)。
展開 基于HyperWorks的一種懸臂類鋁型材的有限元模擬研究2
表4所示的數(shù)據(jù)為組合型懸臂類鋁型材擠壓模具的下模具最大應(yīng)變數(shù)值。
通過觀察下模的應(yīng)力分布情況，可以預(yù)測模具結(jié)構(gòu)哪個部位最容易受到破壞，接著對相應(yīng)的部位采取相應(yīng)的措施。下模具的應(yīng)變情況是影響擠壓生產(chǎn)出來的型材質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，尤其是在工作帶附近的部位，它會直接影響其型材的精度或形狀。
圖6所示的是擠壓模具下模的應(yīng)力分布圖，通過觀察可以得出，模具中間部位受到應(yīng)力最大，最大值為391.5 Mpa，其他部位相對較小。因此在設(shè)計(jì)模具是，應(yīng)力大的部位需要對其添加材料加強(qiáng)或?qū)υ摬课坏牟牧线M(jìn)行處理以達(dá)到加強(qiáng)目的。圖7是擠壓模具下模Mag方向的應(yīng)變分布圖，從圖中可以中間紅色部位的應(yīng)變是最大的，最大值為0.005 248 mm。因此在后面的設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中要對這里進(jìn)行優(yōu)化，降低其應(yīng)變值。
圖5 Bearing-Die1邊條件設(shè)置
應(yīng)變情況是影響擠壓生產(chǎn)出來的型材質(zhì)量的關(guān)鍵因素，尤其是在工作帶附近的部位，它會直接影響其型材的精度或形狀。用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過對下模具最大應(yīng)變值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來預(yù)知其影響程度。
下模具的最大應(yīng)變值的數(shù)據(jù)分析如圖8所示。
圖6 下模的應(yīng)力分布
圖7 下模Mag方向的應(yīng)變
表4 組合型懸臂類鋁型材擠壓模具的下模具最大應(yīng)變值
擠型材擠壓模具的高度對下模具最大應(yīng)變值影響顯著，主次影響為鋁型材擠壓模具的高度，其次擠壓型材的厚度，最小的是鋁型材的寬度。下模具的所受最大應(yīng)變值越小越好，對擠壓模具的高度進(jìn)行分析，最優(yōu)高度為120 mm，同理選出，擠壓型材的最優(yōu)厚度為2 mm，擠壓型材的最優(yōu)寬度為25 mm。
文章來源：現(xiàn)代信息科技
展開 【基礎(chǔ)知識】鋁合金簡介：型材、板材、鑄件
鋁型材的主要用有如下：
1、建筑鋁型材（門窗、幕墻）
2、散熱器鋁型材
3、一般工業(yè)鋁型材：主要用于工業(yè)生產(chǎn)制造，如自動化機(jī)械設(shè)備、骨架等，可以開模定制。
4、軌道車輛結(jié)構(gòu)鋁合金型材：主要用于軌道車輛車體制造。
5、裝修鋁型材，制作成鋁合金面框，裝裱各種裝飾畫。
6、外觀鋁型材，主要用家電或通訊行業(yè)，如移動硬盤，移動電源，電視機(jī)，顯示器等內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外觀裝飾上。
六、鋁板材
薄板(aluminum sheet)0.15-2.0mm
常規(guī)板(aluminum sheet)2.0-6.0mm
中板(aluminum plate)6.0-25.0mm
厚板(aluminum plate) 25-200mm
超厚板 200mm以上
單層鋁板
可用于電子產(chǎn)品外殼，家電產(chǎn)品外殼或者內(nèi)部導(dǎo)熱件等。
鋁件外殼成品是經(jīng)過五金沖壓模具拉伸成型，表面預(yù)處理，上色，3個過程完成的。
高分子薄膜鋁板
成型坡度有要求，不易拉伸,材料不宜腐蝕、超耐候性、彩色多樣、易保養(yǎng)等。
適用于電子產(chǎn)品外殼，家電外殼等
鋁塑復(fù)合板
是由經(jīng)過表面處理并用涂層烤漆的鋁板作為表面，聚乙烯，聚丙烯塑料混合作為芯層，經(jīng)過一系列工藝加工復(fù)合而成的新型材料。
可應(yīng)用于幕墻、內(nèi)外墻、門廳、飯店、商店、會議室等的裝飾外，還可用于舊建筑的改建，用作柜臺、家具的面層、車輛的內(nèi)外壁等。
蜂窩鋁板
采用復(fù)合蜂窩結(jié)構(gòu)，由預(yù)成型的盒狀面板和背板與鋁合金蜂窩芯材熱壓復(fù)合成型。
展開 用先進(jìn)的加工技術(shù)來減輕工業(yè)鋁型材加工變形
我們可以采用一些先進(jìn)的加工技術(shù)來防止工業(yè)鋁型材在加工過程中變形
1、提高切削速度
在常規(guī)范圍內(nèi)，切割工業(yè)鋁型材的溫度隨著切削速度提高而提高。但是當(dāng)速度達(dá)到一定的值以后，溫度不會繼續(xù)升高，反而會降低，這個速度值與鋁型材種類有關(guān)。如果常規(guī)的切削速度能提高5-10倍，那么就可以極大的減小變形量。
3、激光加工技術(shù)
激光加工技術(shù)比傳統(tǒng)加工技術(shù)有很多的特點(diǎn)，首先激光加工是非接觸性加工，對鋁型材工件沒有實(shí)際的作用力，工件的夾緊力很小，基本不會出現(xiàn)冷變形。激光加工過程中激光束能量密度高，加工速度快，對不加工的區(qū)域沒有影響，因此對工件的熱影響區(qū)域小，零件的熱變形也小。
2、電流變（ER）技術(shù)
電流變技術(shù)是一項(xiàng)新興的，并具有廣闊應(yīng)用前景的高新技術(shù)。它的理論技術(shù)是利用某些特殊的液體在電場作用下產(chǎn)生電流變效應(yīng)。這種效應(yīng)會使液體在電場的作用下停止流動并固話，使鋁型材具有抗剪切能力。應(yīng)用電流變液體可以在不加電場時確認(rèn)好鋁型材的加工位置，施加電場后就可以準(zhǔn)確定位和安裝。因此這個方法無需夾緊，變形小，精度高。
4、其他加工技術(shù)
除了激光加工技術(shù)，還有一些非接觸性的加工方法。比如水射流加工、線切割加工、超聲波加工、離子束加工、等離子體加工等等。這些先進(jìn)的加工技術(shù)同樣具有加工變形量小的特點(diǎn)。
展開 HyperXtrude在鋁型材模具設(shè)計(jì)中 的作用
HyperXtrude在鋁型材模具設(shè)計(jì)中 的作用
作者：Simwe 來源：Altair
簡介
近年來，隨著我國鋁加工技術(shù)的發(fā)展，鋁型材的應(yīng)用越來越廣泛，但工業(yè)鋁型材具有斷面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于擠壓等特點(diǎn)，因此合理設(shè)計(jì)鋁型材擠壓模具是大型鋁型材的關(guān)鍵。叢林集團(tuán)在使用HyperXtrude模擬分析軟件的過程中，經(jīng)過不斷探索，將設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念、經(jīng)驗(yàn)與有限元模擬分析軟件HyperXtrude有機(jī)結(jié)合起來，最大限度的減少了試模次數(shù)，降低了成本。
挑戰(zhàn)
一般來說，一套好的擠壓模具，在擠壓條件已經(jīng)基本確定的情況下，主要滿足兩方面的要求：一是金屬流出?？跁r的速度均勻控制在一定的范圍內(nèi)，二是模具強(qiáng)度（這里主要分析模具變形、失效）應(yīng)符合要求。金屬流出?？跁r的速度應(yīng)在一定的范圍內(nèi)是為了保證擠出型材不出現(xiàn)扭擰、波浪、彎曲和供料不足等現(xiàn)象；模具強(qiáng)度應(yīng)符合要求主要是為了減少模具彈性變形、預(yù)防模具塑性變形導(dǎo)致模具報廢。彈性變形導(dǎo)致擠出型材產(chǎn)生“偏壁現(xiàn)象”，對一些難以避免的“偏壁現(xiàn)象”，在設(shè)計(jì)時經(jīng)常加入：“預(yù)變形量”。
圖1所示為一實(shí)際型材截面圖。此鋁型材結(jié)構(gòu)較為特殊，考慮到模具強(qiáng)度，決定采用三模芯假分流。難點(diǎn)是模芯一旦內(nèi)外受力不均，容易偏心。如何設(shè)計(jì)模具保證型材成型是面臨的挑戰(zhàn)。
叢林集團(tuán)對幾種工業(yè)鋁型材（包括車體型材）的實(shí)際試模結(jié)果與基于HyperXtrude軟件模擬結(jié)果的分析對比，從金屬流出?？跁r的速度和是模具彈性變形兩個方面進(jìn)行了比較。圖2為根據(jù)三維設(shè)計(jì)建立的擠壓仿真分析模型。
使用HyperXtrude進(jìn)行仿真分析后得到的結(jié)果如圖3~7所示。分別為型材出口速度及變形，模具變形云圖。
展開 ALE有限元法在鋁型材擠壓模具優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
摘要：本文對一工業(yè)用鋁合金型材擠壓模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用了導(dǎo)流板保護(hù)結(jié)構(gòu)，上模短分流橋結(jié)構(gòu)和下模三級焊合室結(jié)構(gòu)；并運(yùn)用基于任意拉格朗日—?dú)W拉（ALE）有限元法的專用模塊HyperXtrude，成功模擬了坯料在模具中的穩(wěn)態(tài)擠壓過程，并對成形中型材的擠出速度、模具的形變與應(yīng)力情況進(jìn)行分析，驗(yàn)證了其設(shè)計(jì)方案的合理性。最后探討了模具優(yōu)化方案，通過調(diào)整工作帶長度和芯部壁厚，實(shí)現(xiàn)了對金屬流動的控制，最終獲得合格的型材產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞：鋁合金擠壓；任意拉格朗日—?dú)W拉法（ALE）；數(shù)值模擬；模具優(yōu)化
鋁型材在生活、建筑、航空航天中應(yīng)用日益廣泛[1]。擠壓成形是鋁型材生產(chǎn)的主導(dǎo)技術(shù)和核心環(huán)節(jié)，而擠壓模具是鋁型材擠壓成形的關(guān)鍵裝備。在鋁型材擠壓過程中，模具結(jié)構(gòu)不良容易導(dǎo)致型材扭擰、波浪、彎曲以及裂紋等缺陷問題。
目前鋁型材擠壓模具的設(shè)計(jì)還停留在依靠工程類比和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)階段，所設(shè)計(jì)的模具必須經(jīng)過反復(fù)試模和修模來調(diào)整工藝參數(shù)，這嚴(yán)重影響了企業(yè)的模具開發(fā)周期和生產(chǎn)效率，影響模具質(zhì)量和模具壽命，增加了經(jīng)濟(jì)成本和時間成本，因此改進(jìn)傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法已經(jīng)成為鋁型材及其模具廠家的當(dāng)務(wù)之急[2]。
鋁型材擠壓是一個處在高溫、高壓、復(fù)雜摩擦狀態(tài)等復(fù)雜條件下的成形過程，屬于三維流動、非線性、大變形問題。將數(shù)值模擬技術(shù)引入擠壓模具設(shè)計(jì)中，通過在計(jì)算機(jī)上模擬試模，能夠得到鋁合金在模腔內(nèi)的變形信息，如速度、溫度、應(yīng)力應(yīng)變、壓力等物理場量的分布，從而評價工藝及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，修改模具結(jié)構(gòu)，提高模具使用壽命。
Huetink[3]最早采用解耦A(yù)LE方法對杯—桿復(fù)合擠壓過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過網(wǎng)格運(yùn)動，可有效控制網(wǎng)格的畸變情況，但由于流出部分網(wǎng)格尺寸不夠細(xì)密，模擬所得的幾何形狀與真實(shí)情況有所偏差。
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FARAONE 使用 Inspire 設(shè)計(jì)特殊鋁型材
他們首先創(chuàng)建了一個簡單的鋁型材截面，并使用它在 solidThinking Inspire?中執(zhí)行拓?fù)鋬?yōu)化。優(yōu)化結(jié)果啟發(fā)了最終設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)基于優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行完善，最后在 solidThinking Inspire?中驗(yàn)證。 典型的優(yōu)化過程遵循以下步驟：在 Inspire 中創(chuàng)建設(shè)計(jì)空間，并施加負(fù)載和邊界條件。根據(jù)輸入的負(fù)載和邊界條 件，Inspire 優(yōu)化工具提出最優(yōu)結(jié)構(gòu)。該設(shè)計(jì)方案提供了輕量化和結(jié)構(gòu)效率的最佳組合。隨后，該部件被快速精整以定義最終形狀，然后再用 Inspire 進(jìn)行分析，以驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)性能。 由于安全性在建筑結(jié)構(gòu)中至關(guān)重要，因此在優(yōu)化結(jié)構(gòu)時，工程師通常會采用額外的安全系數(shù)。在這種情況下，Romagnoli 的負(fù)載增加了 1.5 倍。這意味著在某些情況下，工程師在每延米上施加的負(fù)載為為 300 - 450 kg。從靜態(tài)分析開始，進(jìn)行屈曲分析，以檢查鋁型材是否可能遭受局部屈曲。鋁型材的設(shè)計(jì)驗(yàn)證考慮了撓度，應(yīng)力和屈曲。由于這些標(biāo)準(zhǔn)，所有產(chǎn)品都必須進(jìn)行物理測試以確認(rèn)仿真結(jié)果。使用 HyperWorks 和 Inspire，F(xiàn)araone 的工程團(tuán)隊(duì)可以在內(nèi)部處理所有仿真，除了提供可靠的結(jié)果外，工程師在獲得可測試產(chǎn)品的速度上比以前快得多。
展開 HyperXtrude在鋁型材模具設(shè)計(jì)中的作用
簡介
近年來，隨著我國鋁加工技術(shù)的發(fā)展，鋁型材的應(yīng)用越來越廣泛，但工業(yè)鋁型材具有斷面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于擠壓等特點(diǎn)，因此合理設(shè)計(jì)鋁型材擠壓模具是大型鋁型材的關(guān)鍵。叢林集團(tuán)在使用HyperXtrude模擬分析軟件的過程中，經(jīng)過不斷探索，將設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念、經(jīng)驗(yàn)與有限元模擬分析軟件HyperXtrude有機(jī)結(jié)合起來，最大限度的減少了試模次數(shù)，降低了成本。
挑戰(zhàn)
一般來說，一套好的擠壓模具，在擠壓條件已經(jīng)基本確定的情況下，主要滿足兩方面的要求：一是金屬流出?？跁r的速度均勻控制在一定的范圍內(nèi)，二是模具強(qiáng)度（這里主要分析模具變形、失效）應(yīng)符合要求。金屬流出模口時的速度應(yīng)在一定的范圍內(nèi)是為了保證擠出型材不出現(xiàn)扭擰、波浪、彎曲和供料不足等現(xiàn)象；模具強(qiáng)度應(yīng)符合要求主要是為了減少模具彈性變形、預(yù)防模具塑性變形導(dǎo)致模具報廢。彈性變形導(dǎo)致擠出型材產(chǎn)生“偏壁現(xiàn)象”，對一些難以避免的“偏壁現(xiàn)象”，在設(shè)計(jì)時經(jīng)常加入：“預(yù)變形量”。
圖1所示為一實(shí)際型材截面圖。此鋁型材結(jié)構(gòu)較為特殊，考慮到模具強(qiáng)度，決定采用三模芯假分流。難點(diǎn)是模芯一旦內(nèi)外受力不均，容易偏心。如何設(shè)計(jì)模具保證型材成型是面臨的挑戰(zhàn)。
“ HyperXtrude軟件的模擬結(jié)果與實(shí)際試模結(jié)果的接近程度很高，基本能夠反映出設(shè)計(jì)問題及缺陷。模擬結(jié)果對于模具設(shè)計(jì)具有非常重要指導(dǎo)意義，可以作為模具設(shè)計(jì)的強(qiáng)有力工具。”
解決方案
叢林集團(tuán)對幾種工業(yè)鋁型材（包括車體型材）的實(shí)際試模結(jié)果與基于HyperXtrude軟件模擬結(jié)果的分析對比，從金屬流出?？跁r的速度和是模具彈性變形兩個方面進(jìn)行了比較。圖2為根據(jù)三維設(shè)計(jì)建立的擠壓仿真分析模型。
展開 HyperXtrude 在鋁型材模具設(shè)計(jì)中的作用
行業(yè)：鋁型材擠壓
挑戰(zhàn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于擠壓
Altair 解決方案：利用 Altair HyperXtrude 擠 壓仿真軟件對實(shí)際型材模 具進(jìn)行虛擬試模，并與實(shí)際 結(jié)果進(jìn)行對比。實(shí)際使用經(jīng) 驗(yàn)表明使用 HyperXtrude 接合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可以有效減 少試模次數(shù)，降低成本。
優(yōu)點(diǎn)：減少試模次數(shù) ; 降低生產(chǎn)成本
背景介紹
近年來，隨著我國鋁加工技術(shù)的發(fā)展，鋁型材的應(yīng)用越來越廣泛，但工業(yè)鋁型 材具有斷面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于擠壓等特點(diǎn)，因此合理設(shè)計(jì)鋁型材擠壓模具是大型鋁型 材的關(guān)鍵。叢林集團(tuán)在使用 HyperXtrude 模擬分析軟件的過程中，經(jīng)過不斷探索， 將設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念、經(jīng)驗(yàn)與有限元模擬分析軟件 HyperXtrude 有機(jī)結(jié)合起來， 最大限度的減少了試模次數(shù)，降低了成本。
挑戰(zhàn)
一般來說，一套好的擠壓模具，在擠壓條件已經(jīng)基本確定的情況下，主要滿足 兩方面的要求：一是金屬流出模口時的速度均勻控制在一定的范圍內(nèi)，二是模具強(qiáng) 度（這里主要分析模具變形、失效）應(yīng)符合要求。金屬流出模口時的速度應(yīng)在一定 的范圍內(nèi)是為了保證擠出型材不出現(xiàn)扭擰、波浪、彎曲和供料不足等現(xiàn)象；模具強(qiáng) 度應(yīng)符合要求主要是為了減少模具彈性變形、預(yù)防模具塑性變形導(dǎo)致模具報廢。彈 性變形導(dǎo)致擠出型材產(chǎn)生“偏壁現(xiàn)象”，對一些難以避免的“偏壁現(xiàn)象”，在設(shè)計(jì)時 經(jīng)常加入：“預(yù)變形量”。
圖 1 所示為一實(shí)際型材截面圖。此鋁型材結(jié)構(gòu)較為特殊，考慮到模具強(qiáng)度，決 定采用三模芯假分流。難點(diǎn)是模芯一旦內(nèi)外受力不均，容易偏心。如何設(shè)計(jì)模具保 證型材成型是面臨的挑戰(zhàn)。
“ HyperXtrude 軟件的模擬結(jié)果與實(shí)際試模結(jié)果的接近程度很高，基本能夠反 映出設(shè)計(jì)問題及缺陷。
展開 動圖演示20種鋁型材連接方式，很直觀
在非標(biāo)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常用到鋁型材，工業(yè)鋁型材表面經(jīng)過氧化后，外觀非常漂亮，組裝成產(chǎn)品時，采用專用鋁型材配件，不需要焊接，較環(huán)保，而且安裝、拆卸、攜帶、搬移極為方便。鋁型材連接方式也是多樣化的，咱們直觀學(xué)機(jī)械的小編雖然勤勞，但能力有限，也不可能窮極所有的方式，下面咱們簡單介紹一下鋁型材的20種連接方式，采用動圖的形式演示，比較直觀，大家可以保存。
1.內(nèi)置連接件
用于兩根型材的90°連接，隱藏式連接，連接強(qiáng)度高。
中間連接的方式：
2.角碼（90°、45°、135°）
用于型材固定角度的外連接，分為90°、45°、135°三種角度連接，可固定封板。
壓鑄角鋁直角連接：
擠壓角鋁直角連接：
45°、135°連接：
3.螺釘連接
用于兩根型材的90°內(nèi)連接，安裝拆卸方便，常用于簡單的型材外罩連接。
不同樣式的螺釘連接：
4.L形角槽連接件（90°）
用于兩根型材的90°連接，安裝拆卸簡單，型材不需要追加工。
5.高強(qiáng)度角槽連接件（45°）
用于兩條45°角的型材角槽內(nèi)連接，強(qiáng)度高，常用于固定門框型材。
6.端面連接件
用于兩條或三條型材之間的直角連接，牢固，美觀。
7.三維連接件（直角）
用于三條型材之間的直角連接，連接方便，快捷。
8.三維連接件（R角）
用于三條圓弧形型材之間的直角連接，連接方便，快捷。
9.彈性扣件
用于兩根型材的90°內(nèi)連接，安裝拆卸方便。
10.端連接件
用于兩根型材的90°內(nèi)連接，隱蔽式連接，連接強(qiáng)度高。
11.一字連接件
用于兩根型材的高強(qiáng)度對連接。
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