鋁型材擠壓成型
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-18
鋁型材擠壓成型的實例教程
基于LS-DYNA，分析擠壓鋁型材的軸向壓潰特性，動畫如下圖。
鋁擠壓型材，在鋁合金型材平面厚度發生變化的交接處或鋁型材分流模與平模的交接處會出現凸凹不平的現象，一般肉眼可能無法分辨，但通過表面處理，特別是進行鋁型材噴涂表面處理時，表面會形成在暗影或骨影。
一 分析生產原因：
1、鋁型材模具分流孔設計比例不當；
2、擠壓模具工作帶設計、過渡不當；
3、冷卻過程不均勻，交叉或厚薄區冷熱不均造成收縮不同，拉伸變形；
二 分流模改良設計方法（PKC7003示例）：
a、調整擠壓模具分流孔大小和芯頭空刀尺寸以及模橋的位置；b、調整工作帶過渡；見原設計圖A、C；調整后設計圖B、D。
展開 摘要：本文對一工業用鋁合金型材擠壓模具進行設計，采用了導流板保護結構，上模短分流橋結構和下模三級焊合室結構；并運用基于任意拉格朗日—歐拉（ALE）有限元法的專用模塊HyperXtrude，成功模擬了坯料在模具中的穩態擠壓過程，并對成形中型材的擠出速度、模具的形變與應力情況進行分析，驗證了其設計方案的合理性。最后探討了模具優化方案，通過調整工作帶長度和芯部壁厚，實現了對金屬流動的控制，最終獲得合格的型材產品。
關鍵詞：鋁合金擠壓；任意拉格朗日—歐拉法（ALE）；數值模擬；模具優化
鋁型材在生活、建筑、航空航天中應用日益廣泛[1]。擠壓成形是鋁型材生產的主導技術和核心環節，而擠壓模具是鋁型材擠壓成形的關鍵裝備。在鋁型材擠壓過程中，模具結構不良容易導致型材扭擰、波浪、彎曲以及裂紋等缺陷問題。
目前鋁型材擠壓模具的設計還停留在依靠工程類比和設計經驗階段，所設計的模具必須經過反復試模和修模來調整工藝參數，這嚴重影響了企業的模具開發周期和生產效率，影響模具質量和模具壽命，增加了經濟成本和時間成本，因此改進傳統的模具設計方法已經成為鋁型材及其模具廠家的當務之急[2]。
鋁型材擠壓是一個處在高溫、高壓、復雜摩擦狀態等復雜條件下的成形過程，屬于三維流動、非線性、大變形問題。將數值模擬技術引入擠壓模具設計中，通過在計算機上模擬試模，能夠得到鋁合金在模腔內的變形信息，如速度、溫度、應力應變、壓力等物理場量的分布，從而評價工藝及模具結構設計是否合理，修改模具結構，提高模具使用壽命。
Huetink[3]最早采用解耦ALE方法對杯—桿復合擠壓過程進行了數值模擬，通過網格運動，可有效控制網格的畸變情況，但由于流出部分網格尺寸不夠細密，模擬所得的幾何形狀與真實情況有所偏差。
展開 行業：鋁型材擠壓
挑戰：大型模具受力復雜，容易導致早期報廢
Altair 解決方案：利用AltairHyperXtrude擠壓仿真軟件對模具結構強度進行了仿真計算，并以此 結果指導模具的創新設計。
優點：較少試模次數 ;有效提高了模具質量
背景介紹
鋁合金擠壓模具是控制鋁型材的成型、尺寸精度及表面質量的關鍵因素，因而模具是型材生產關鍵。然而由于設計不當、加工和生產過程操作不當而造成模具過早失 效導致生產效率下降和成本劇增等問題，成為阻礙企業生產效益提高的瓶頸，因而通過模具優化設計提高模具使用壽命是企業亟待解決問題。
挑戰
大型方管型材由于其模具受力大，往往容易導致模具變形嚴重，甚至出現裂橋而導致早期報廢，因而其模具設計一直是困擾鋁型材模具行業的難題。另外，模具材料、加工、試模等費用昂貴也是制約模具設計創新的重要因素。鋁型材擠壓是一個處在高 溫、高壓、復雜的摩擦狀態等復雜條件下的成形過程，采用傳統的物理實驗和現有的測量儀器與手段基本上無法準確得到模具變形受力。
以下為實際型材的截面圖和擠壓工藝參數：
“整個設計過程中使用AltairHyperXtrude進行模擬分析，研究其對模具受力的影響，很好地指導了模具創新設計，通過模擬擠壓可以減少試模次數，校核大型模具的強度，對模具的安全性預測具有明顯效果。模擬結果對于模具設計具有非 常重要指導意義，可以作為模具設計的強有力工具。”
展開 提高鋁合金型材成品率是降低企業生產成本最直接和有效的方法。成品率每提高1個百分點，鋁材的生產費用將降低23元～30元，以一個年產1萬t鋁型材的企業來說，若每噸鋁型材的成品率提高5個百分點，每年可節約125萬元，而這125萬元是純利潤。成品率的提高是建立在產品質量的基礎之上，與產量又是同比關系。提高成品率是一個系統工程，通過單一工藝方法很難大幅提高成品率，必須是多環節的累積提高。提高成品率又是一個細致的工作，不僅需要技術工藝做支撐，更需要嚴謹、務實、科學的管理。
1 影響成品率的因素
影響成品率的因素是多方面的，就擠壓生產而言主要有以下幾個方面：
（1）鋁鑄錠的質量直接決定擠壓制品的成品率。
（2）模具、擠壓工具對成品率有很大影響，它們直接關系到擠壓制品的質量，制品合格率高則成品率就高。
（3）生產管理中生產計劃下達的合理性以及生產報表原始數據的準確性也是提高成品率的前提。各種生產報表的原始數據是鋁型材擠壓前計算鑄錠長度的重要依據。
（4)擠壓工藝包括根據擠壓比選定擠壓設備、確定工藝溫度及張力矯直工藝等，每步工藝是否科學、細致、合理也對成品率影響很大。
（5）操作人員的熟練程度和責任心是提高擠壓成品率所必備的。
2 提高擠壓鋁型材成品率的工藝方法
2.1 提高鑄錠質量是保證擠壓成品率的前提
鑄錠對擠壓生產來說是原材料。鑄錠組織均勻，晶粒細小，無夾渣、氣孔、偏析、裂紋等缺陷時，不僅可以降低擠壓力、提高擠壓速度，提高產品的內在質量，而且可以減少擠壓制品表面氣泡、氣孔、劃傷、開裂、麻點等表面缺陷。比如較小的夾渣可以通過模具工作帶的狹縫排出，但會造成型材表面犁痕，產生一定長度的幾何廢料；較大的夾渣將被卡在工作帶狹縫中不能被排出，引起塞模或擠壓制品開裂而被迫更換模具，這樣就會嚴重影響成品率。
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1 模具結構初始設計方案及分析
1.1 模具結構初始設計方案
圖1所示為某電動自行車電池外殼用的矩形框鋁型材橫截面。該型材屬于矩形空心件，矩形長寬比接近2，矩形框上有8個圓形凸臺。在保證模具零件強度的前提下，為了使金屬流動更均勻，根據型材擠壓形狀的實際需要，模具初始設計采用蝶形、4分流孔結構，分流孔前端設置15 mm的入料口位置下沉
擠壓鋁型材6061T6材料，帶Gissmo失效，已標定已加密。售短期或長期使用期限。
鋁擠壓型材，在鋁合金型材平面厚度發生變化的交接處或鋁型材分流模與平模的交接處會出現凸凹不平的現象，一般肉眼可能無法分辨，但通過表面處理，特別是進行鋁型材噴涂表面處理時，表面會形成在暗影或骨影。
一 分析生產原因：
1、鋁型材模具分流孔設計比例不當
提高鋁合金型材成品率是降低企業生產成本最直接和有效的方法。成品率每提高1個百分點，鋁材的生產費用將降低23元～30元，以一個年產1萬t鋁型材的企業來說，若每噸鋁型材的成品率提高5個百分點，每年可節約125萬元，而這125萬元是純利潤。成品率的提高是建立在產品質量的基礎之上，與產量又是同比關系。提高成品率是一個系統工程，通過單一工藝方法很難大幅提高成品率，必須是多環節的累積提高。提高成品率又是一個細致的工作
鋁合金型材則以擠壓成型為主，通過加熱鋁棒經過模具擠壓成型，鋁型材最薄擠壓厚度可以做到0.2mm，當然越薄，工藝制作越難，產品強度也就越弱。
行業：鋁型材擠壓
挑戰：大型模具受力復雜，容易導致早期報廢
Altair 解決方案：利用AltairHyperXtrude擠壓仿真軟件對模具結構強度進行了仿真計算，并以此 結果指導模具的創新設計。
優點：較少試模次數 ;有效提高了模具質量
背景介紹
鋁合金擠壓模具是控制鋁型材的成型、尺寸精度及表面質量的關鍵因素，因而模具是型材生產關鍵
陳亮 謝國文 田永生 陳曉紅 尤彬波 吳雄偉
廣汽研究院工藝工程部 廣州
摘要：本文借助于基于任意拉格朗日-歐拉（ALE）有限元法的 Altair 擠壓仿真分析模塊 Inspire Extrude
基于LS-DYNA，分析擠壓鋁型材的軸向壓潰特性，動畫如下圖。
1 引言
我國擁有極其豐富的鋁礦資源。隨著國民經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，除航空航天工業外，建筑、交通運輸、電力電器、化工、石油、農機和日常用品等部門對鋁的需求量也越來越大。用擠壓的方法生產鋁型材，既節約金屬，生產效率又高[1]。
分流組合模廣泛地應用于生產各種規格和形狀的管材和空心鋁型材的擠壓模具結構類型。該類模具不僅可以生產復雜內腔的鋁型材
