擠壓模具
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-09-22
擠壓模具的視頻教程
ABAQUS-鋁棒拉拔成型模擬（熱結構耦合）
本案例基于ABAQUS6.14模擬了鋁棒拉拔成型過程，采用軸對稱模型和CAX4T單元，整個分析由四個分析步組成，第一步建立鋁材和模具的接觸，第二步進行拉拔，第三部去除接觸（材料已擠壓出模具），第四步散熱冷卻過程，模擬時長分別1,10,0.1,10000。定義了鋁材的結構和熱學材料參數(shù)，產熱與對流散熱，輸出應力應變，溫度場分布云圖。
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擠壓模具的實例教程
【摘 要】近年來CAE(Computer Aided Engineering)技術得到了快速發(fā)展，為模具工業(yè)提供了更強大的技術支持。在冷擠壓模具設計中，模具強度的校核設計是其中的關鍵，在很多情況下要靠經驗來進行設計。應用結構CAE技術能方便準確地進行復雜模具成型零件及模具裝配部件的強度、剛性的校核計算。筆者結合近年來的實際工作經驗，談談應用 UG軟件的結構CAE技術在冷擠壓模具設計中的應用。
【關鍵詞】結構CAE 冷擠壓模具設計 強度 校核
1 結構CAE 技術概述
結構CAE技術主要是應用有限元方法，通過給定條件如材料屬性、負載條件、邊界條件、裝配連接設定等，對結構進行力學、熱學的分析及診斷，提供給用戶具體、形象的數(shù)據(jù)表達形式，以便進行結構設計校核數(shù)據(jù)。
目前，開發(fā)對象的自動離散及有限元分析結果的計算機可視化顯示技術“瓶頸”現(xiàn)象已逐步解決，對象的離散從手工、半自動到全自動，從簡單對象的單維單一網(wǎng)格到復雜對象的多維多種網(wǎng)格單元，從單材料到多種材料，從單純的離散到自適應離散，從對象的性能校核到自動自適應動態(tài)設計、分析，計算結果的可視化顯示可對應力、應變和溫度等場的靜動態(tài)顯示、彩色調色顯示，也可對受載對象可能出現(xiàn)缺陷（裂紋等）的位置、形狀、大小及其可能波及區(qū)域等進行顯示。
2 結構CAE技術在模具設計中的應用
模具常常工作在高壓、高溫的狀況下，如冷擠壓模具工作在高壓狀態(tài)下，熱鍛模具工作在高壓高溫狀態(tài)下，強度與穩(wěn)態(tài)校核顯得很重要；壓鑄模、塑料成型模工作在高壓高溫狀態(tài)下，模具結構的剛性與熱力性校核顯得很重要。有必要清楚模具的工作狀況并進行模具的強度、剛性等校核，使模具能安全、長壽命的工作，保證產品的質量。
傳統(tǒng)的模具設計主要是根據(jù)設計資料和設計人員的經驗來進行，校核計算往往進行得粗略且不全面，不能精確反應模具的實際狀況。
展開 摘要：本文對一工業(yè)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(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(yōu)化方案，通過調整工作帶長度和芯部壁厚，實現(xiàn)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(shù)值模擬；模具優(yōu)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(huán)節(jié)，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(shù)，這嚴重影響了企業(yè)的模具開發(fā)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(tǒng)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(tài)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(shù)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(shù)值模擬，通過網(wǎng)格運動，可有效控制網(wǎng)格的畸變情況，但由于流出部分網(wǎng)格尺寸不夠細密，模擬所得的幾何形狀與真實情況有所偏差。
展開 行業(yè)：鋁型材擠壓
挑戰(zhàn)：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(chuàng)新設計。
優(yōu)點：較少試模次數(shù) ;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(yè)生產效益提高的瓶頸，因而通過模具優(yōu)化設計提高模具使用壽命是企業(yè)亟待解決問題。
挑戰(zhàn)
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(xiàn)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(yè)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(chuàng)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(tài)等復雜條件下的成形過程，采用傳統(tǒng)的物理實驗和現(xiàn)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(shù)：
“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(chuàng)新設計，通過模擬擠壓可以減少試模次數(shù)，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 鋁擠壓型材，在鋁合金型材平面厚度發(fā)生變化的交接處或鋁型材分流模與平模的交接處會出現(xiàn)凸凹不平的現(xiàn)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(qū)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 五金加工廠在五金配件加工時不光要用到沖壓加工工藝，有時還要用到冷擠壓加工工藝。冷擠壓時，為了使被擠壓的材料產生塑性變形流動，模具須承受巨大的反作用力，所以冷擠壓工藝對冷擠壓模具的結構是有一定要求的，具體要求如下：
1）模具要有足夠的強度和剛度，墊板有足夠的厚度和硬度，上、下模座用中碳鋼制作；
2）模具工作部分的形狀和尺寸合理，有利于金屬的塑性變形，從而降低擠壓力；
3）模具的材料選擇、加工方案和熱處理規(guī)范的確定都應合理；
4）模具的安裝牢固可靠，易損件的更換、拆卸、安裝方便；
5）模具導向良好，以保證制件的公差和模具壽命；
6）模具容易制造，成本低；
7）放、取制件方便，操作簡單、安全。
本文來源：滄州惠豐汽車配件有限公司
公司網(wǎng)址：
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c）LJ鋼（0Cr4NiMoV）
LJ鋼（圖5）為冷擠壓成形橡塑模具專用鋼。LJ鋼的碳含量極低，塑性優(yōu)異，變形抗力低，其冷擠壓成形性能與工業(yè)純鐵相近，冷擠壓成形的模具模腔輪廓清晰、光潔、精度高。鋼中的主加元素為Cr，輔加元素為Ni、Mo、V等，合金元素的主要作用是提高鋼的淬透性，提高滲碳層的硬度、耐磨性和心部強度。
LJ鋼具有良好的鍛造性能和熱處理工藝性能。
前言
壓縮成形 (Compression Molding) 常見用于熱固性塑料，塑料預熱后放置于開模狀態(tài)的模穴之中，在合模過程中模具擠壓塑料使其充滿模穴，同時給予熱量進行固化。常見應用于機械零件、餐具、電動車電池…等等。
模具合模之前影響壓縮成型結果
在模具壓縮成型之前，預填料 (charge) 的分布位置與幾何形狀對成型結果有重要影響。
該工藝的原理是在金屬管道內部施加內壓，使管道徑向膨脹，在模具擠壓和內壓整體作用下，形成波紋狀結構。此過程中，管道胚料產生較大程度的塑性變形，成形后會存在殘余應力。另外，工藝中的一些關鍵參數(shù)，如內壓幅值、模具尺寸等，也會影響波紋管的最終成形質量。目前，工業(yè)界通常通過經驗或試驗來確定這些參數(shù)，成本高、周期長，且難以達到最優(yōu)參數(shù)組合。
[4] 何海崗，楊銀初，王志藝，等．變頻控制電磁感應加熱技術在鋁擠壓模具爐上的應用[J]．機電工程技術，2022,51(9):212-214.
[5] 楊晶琦．電力電子器件原理與設計[M]．北京：國防工業(yè)出版社，1999.
[6] 崔巍．摩擦副表面織構特征對潤滑特性影響規(guī)律的研究[D]．西安：西安理工大學，2013.
圖6 下模的應力分布
圖7 下模Mag方向的應變
表4 組合型懸臂類鋁型材擠壓模具的下模具最大應變值
擠型材擠壓模具的高度對下模具最大應變值影響顯著，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。
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(yōu)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。
其研究重點包括但不限于以下方面：
1) 金屬擠壓技術：研究金屬材料在高溫和高壓條件下的擠壓工藝，包括擠壓模具設計、擠壓參數(shù)優(yōu)化、金屬流動行為研究等。
2) 金屬鍛造技術：研究金屬材料在高溫和高應變速率條件下的鍛造工藝，包括鍛造設備設計、鍛造工藝參數(shù)控制、金屬變形行為研究等。
3) 材料力學行為：研究金屬材料的塑性變形、強度、疲勞和斷裂等力學行為，為擠壓和鍛造工藝提供理論支持。
型材模具擠壓成型
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圖4（b）所示為經一定次數(shù)擠壓后失效的模具零件，圖中失效點出現(xiàn)了裂紋，失效部位與模擬預測結果一致。
圖4 初始方案模具受力云圖和實際失效模具零件
2 模具結構優(yōu)化設計
2.1 優(yōu)化方案
為了減小模具所受應力，結合工程經驗提出了3種模具結構的優(yōu)化方案，如圖5所示。
所有模具安裝基準一致，即終鍛模具作為最終安裝定位基準，通過預鍛模具擠壓終鍛模具，并采用楔塊把緊，實現(xiàn)模具緊固，如圖7 所示。機鍛模具實現(xiàn)標準化設計后，縮短了模塊準備時間，且同類產品之間模塊可互相替換，尤其體現(xiàn)在新產品模具準備中，大大縮短了產品同步開發(fā)所用時間，使我司在新產品開發(fā)過程中處于優(yōu)勢地位。同時鍛模頂桿，也稱二級頂桿，采用標準化設計，所有頂桿采用φ33mm 直徑。
