擠壓模具的案例
結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)在冷擠壓模具設(shè)計中的應(yīng)用
【摘 要】近年來CAE(Computer Aided Engineering)技術(shù)得到了快速發(fā)展，為模具工業(yè)提供了更強大的技術(shù)支持。在冷擠壓模具設(shè)計中，模具強度的校核設(shè)計是其中的關(guān)鍵，在很多情況下要靠經(jīng)驗來進(jìn)行設(shè)計。應(yīng)用結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)能方便準(zhǔn)確地進(jìn)行復(fù)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(jié)合近年來的實際工作經(jīng)驗，談?wù)剳?yīng)用 UG軟件的結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)在冷擠壓模具設(shè)計中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)CAE 冷擠壓模具設(shè)計 強度 校核
1 結(jié)構(gòu)CAE 技術(shù)概述
結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)主要是應(yīng)用有限元方法，通過給定條件如材料屬性、負(fù)載條件、邊界條件、裝配連接設(shè)定等，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)、熱學(xué)的分析及診斷，提供給用戶具體、形象的數(shù)據(jù)表達(dá)形式，以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)果的計算機(jī)可視化顯示技術(shù)“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(fù)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(yīng)離散，從對象的性能校核到自動自適應(yīng)動態(tài)設(shè)計、分析，計算結(jié)果的可視化顯示可對應(yīng)力、應(yīng)變和溫度等場的靜動態(tài)顯示、彩色調(diào)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(jìn)行顯示。
2 結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)在模具設(shè)計中的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jìn)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(chǎn)品的質(zhì)量。
傳統(tǒng)的模具設(shè)計主要是根據(jù)設(shè)計資料和設(shè)計人員的經(jīng)驗來進(jìn)行，校核計算往往進(jìn)行得粗略且不全面，不能精確反應(yīng)模具的實際狀況。
展開 ALE有限元法在鋁型材擠壓模具優(yōu)化設(shè)計中的應(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，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(yīng)力情況進(jìn)行分析，驗證了其設(shè)計方案的合理性。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—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(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)計還停留在依靠工程類比和設(shè)計經(jīng)驗階段，所設(shè)計的模具必須經(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)計中，通過在計算機(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情況有所偏差。
展開 基于HyperXtrude的鋁型材擠壓模具優(yōu)化
行業(yè)：鋁型材擠壓
挑戰(zhàn)：大型模具受力復(fù)雜，容易導(dǎo)致早期報廢
Altair 解決方案：利用AltairHyperXtrude擠壓仿真軟件對模具結(jié)構(gòu)強度進(jìn)行了仿真計算，并以此 結(jié)果指導(dǎo)模具的創(chuàng)新設(shè)計。
優(yōu)點：較少試模次數(shù) ;有效提高了模具質(zhì)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(zhì)量的關(guān)鍵因素，因而模具是型材生產(chǎn)關(guān)鍵。然而由于設(shè)計不當(dāng)、加工和生產(chǎn)過程操作不當(dāng)而造成模具過早失 效導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降和成本劇增等問題，成為阻礙企業(yè)生產(chǎn)效益提高的瓶頸，因而通過模具優(yōu)化設(shè)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(dǎo)致模具變形嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)裂橋而導(dǎo)致早期報廢，因而其模具設(shè)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(shè)計創(chuàng)新的重要因素。鋁型材擠壓是一個處在高 溫、高壓、復(fù)雜的摩擦狀態(tài)等復(fù)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(zhǔn)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(shè)計過程中使用AltairHyperXtrude進(jìn)行模擬分析，研究其對模具受力的影響，很好地指導(dǎo)了模具創(chuàng)新設(shè)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(yù)測具有明顯效果。模擬結(jié)果對于模具設(shè)計具有非 常重要指導(dǎo)意義，可以作為模具設(shè)計的強有力工具。”
展開 淺談鋁型材擠壓模具減輕暗影的有效解決方法
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(jìn)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(chǎn)原因：
1、鋁型材模具分流孔設(shè)計比例不當(dāng)；
2、擠壓模具工作帶設(shè)計、過渡不當(dāng)；
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(shè)計方法（PKC7003示例）：
a、調(diào)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(diào)整工作帶過渡；見原設(shè)計圖A、C；調(diào)整后設(shè)計圖B、D。
展開 
采用冷擠壓工藝進(jìn)行五金屬配件加工，對冷擠壓模具的結(jié)構(gòu)有什么要求
五金加工廠在五金配件加工時不光要用到?jīng)_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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(dǎo)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：
http://www.jlhengjie.com/
展開 五金沖壓件廠對于冷擠壓件的模具有什么要求
五金沖壓件廠加工五金配件，不光要用到冷沖壓工藝，有時還會用到冷擠壓工藝。冷擠壓是機(jī)械制造工藝中少、無切削加工工藝之一。它是將冷擠壓模具裝在壓力機(jī)上，利用壓力機(jī)簡單的往復(fù)運動，使金屬在模具腔內(nèi)產(chǎn)生產(chǎn)塑性變形，從而獲得所需要的尺寸、形狀及一定性能的機(jī)械零件。
冷擠壓時，為了使被擠壓的材料產(chǎn)生塑性變形流動，模具須承受巨大的反作用力，為順利實施冷擠壓工藝，必須考慮冷擠壓工藝對模具結(jié)構(gòu)有什么要求。一般要求如下：
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(yīng)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(dǎo)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。
展開 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(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(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)驗類比的方法設(shè)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(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)計應(yīng)用中有一定的成熟度和實用性，這在模具修正設(shè)計中起著重要的作用。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)計進(jìn)行驗證和反饋，在模具設(shè)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(shù)，對提高設(shè)計的成功率、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。擠壓模具強度是影響鋁型材成型的關(guān)鍵，而影響模具強度的因素有很多，工程設(shè)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(dá)到最佳狀況。
展開 基于 Inspire Extrude 的白車身門檻梁用鋁型材擠壓仿真模擬與模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化
車身鋁型材多以中大型、復(fù)雜的分流模寬展模為主，前期的產(chǎn)品截面和擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計將直接影響擠出型材模具的壽命、型材表面質(zhì)量和尺寸精度。傳統(tǒng)的鋁擠壓模具以工程師經(jīng)驗為主導(dǎo)進(jìn)行設(shè)計，并未經(jīng)仿真分析而直接進(jìn)行開模，后期在生產(chǎn)線上進(jìn)行多輪試錯調(diào)試，其中不可避免地耗費大量的調(diào)試時間和成本[2,3]。
近些年在鋁擠壓行業(yè)和汽車研發(fā)單位開始逐漸引入擠壓仿真分析軟件對型材產(chǎn)品進(jìn)行出口流速、應(yīng)力應(yīng)變情況及擠出產(chǎn)品形狀和模具壽命進(jìn)行模擬，從而使產(chǎn)品、工藝及模具設(shè)計在最優(yōu)狀態(tài)下進(jìn)行制作生產(chǎn)，縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本和提升產(chǎn)品質(zhì)量[4]。
本文將以廣汽傳祺某電動車型的中大型復(fù)雜多腔體截面門檻梁型材為例， 采用基于任意拉格朗日-歐拉（ALE）有限元法[5-7]的 Inspire Extrude 擠壓仿真分析軟件，對初始模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行擠出過程中分流體和型材出口流速、截面各區(qū)域相對出口速度差異百分比、型材擠出變形位移云圖進(jìn)行仿真模擬和分析。初步分析結(jié)果顯示型材擠出流速嚴(yán)重不均衡，模具和工藝若不優(yōu)化，將使后期的調(diào)試周期和成本大幅增加。為了在產(chǎn)品開發(fā)階段將模具結(jié)構(gòu)調(diào)整至最優(yōu)狀態(tài)，本文中基于鋁擠壓熱狀態(tài)下的金屬流動分配的最小阻力定律原則，通過分流孔優(yōu)化、供流槽體大小及工作帶長度等的優(yōu)化，再次導(dǎo)入優(yōu)化后的模具進(jìn)行仿真分析，直至獲取型材截面各區(qū)域出口流速趨于均勻的新的優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)。隨后，優(yōu)化后的模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)驗證，結(jié)果表明仿真分析結(jié)果與實際生產(chǎn)匹配度基本一致，獲得了良好的擠出產(chǎn)品，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了模具調(diào)試開發(fā)成本。
2 產(chǎn)品、模具設(shè)計與有限元模型的建立
2.1 產(chǎn)品及其初步模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖 1 所示為某電動車型用門檻梁鋁型材產(chǎn)品信息。圖 1(a)為型材三維視圖，圖 1(b)為型材截面尺寸。
展開 云南省機(jī)械研究設(shè)計院省院省校項目通過科技廳驗收
云南省機(jī)械研究設(shè)計院、中南大學(xué)、云南鋁業(yè)股份有限公司于2003年11月共同承擔(dān)的科技廳下達(dá)的省院省校科技合作項目"型材擠壓模具CAE技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用及提高模具質(zhì)量和使用壽命的研究"，經(jīng)過兩年多的努力，達(dá)到科技廳《計劃項目任務(wù)書》相關(guān)指標(biāo)要求，經(jīng)過現(xiàn)場查定，于2006年1月12日順利通過科技廳組織的驗收。
本項目主要選取當(dāng)前鋁型材廠中成模前試模次數(shù)較多、擠壓成形較困難的模具作為研究對象，利用數(shù)值成形技術(shù)反復(fù)進(jìn)行虛擬工藝仿真及相應(yīng)的擠壓工藝參數(shù)（如模具的構(gòu)造形式、擠壓的速度等）優(yōu)化分析，用分析結(jié)果指導(dǎo)模具設(shè)計，進(jìn)行實際生產(chǎn)驗證。改變傳統(tǒng)經(jīng)驗設(shè)計反復(fù)試模、修模造成成本高、周期長等缺陷。經(jīng)項目研究,實現(xiàn)了CAE技術(shù)在型材擠壓模具設(shè)計與優(yōu)化中的應(yīng)用，并利用DEFORM-3D和MSC.SuperForge分析軟件，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了薄壁、大擠壓比鋁型材的擠壓過程數(shù)值模擬，型材最小壁厚為1㎜，擠壓比最大達(dá)127。項目組完成了基于DEFORM和MSC.SuperForge平臺的數(shù)值模擬分析；基于AutoCAD軟件平臺，開發(fā)了型材擠壓模具設(shè)計系統(tǒng)--"鋁型材擠壓模具設(shè)計及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)"和"基于VBA和AutoCAD的型材擠壓模具 CAD綜合查詢與設(shè)計系統(tǒng)"，對提高模具設(shè)計質(zhì)量及速度具有重要作用；并應(yīng)用CAD/CAE系統(tǒng)，進(jìn)行了擠壓模具設(shè)計及優(yōu)化，實際設(shè)計了21套模具，制作的8套擠壓模具可用于工廠的正常生產(chǎn)，根據(jù)模具使用方提供的證明材料，一次試模成功率達(dá)87.5%。數(shù)值模擬得到的擠壓力，與實際上機(jī)擠壓測試得到的擠壓力誤差在15％以內(nèi)。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝的優(yōu)化及模具材料性能的改進(jìn)，使擠壓模具的使用壽命得到提高，項目組制作的擠壓模具現(xiàn)仍正常使用于生產(chǎn)當(dāng)中，模具壽命有待繼續(xù)統(tǒng)計，其中有一套模具（XY2004-06）已經(jīng)擠壓7噸多仍能使用，壽命已超過考核指標(biāo)規(guī)定的6噸要求。
展開 Altair HyperXtrude有鋁材擠壓模具及工藝的設(shè)計和分析限元模擬工具
Altair HyperXtrude是一種有限元模擬工具，用于鋁材擠壓模具及工藝的設(shè)計和分析， HyperXtrude能精確模擬出材料在擠壓過程中的流動和熱傳導(dǎo)，使得用戶可以減少模具設(shè)計時間和模具試制耗費。HyperXtrude用來滿足從事擠壓工藝/產(chǎn)品設(shè)計工程師的需要，它也能夠求解金屬和聚合體的擠壓問題。
HyperXtrude通過以下幾個方面提高了設(shè)計工程師的生產(chǎn)力：
◇ 通過初始準(zhǔn)確可靠和快速的分析可以使模具設(shè)計時間和耗費得到最小。
◇ 幫助檢修現(xiàn)有的模具。
◇ 鑒定新的模具設(shè)計。
◇ 幫助計算最優(yōu)的模具中支撐和附著長度。
展開 Simufact軟件在鋁型材擠壓模具設(shè)計數(shù)值模擬的應(yīng)用
與修改前SDV值明顯減小，即鋁型材截面速度更為均勻，實際試模結(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，減少試模次數(shù)，對提高設(shè)計效率和質(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 
Altair HyperXtrude-一項用于虛擬開發(fā)和驗證擠壓模具和工藝的創(chuàng)新技術(shù)，大幅提升產(chǎn)品的質(zhì)量和工廠的效率
目前，擠壓企業(yè)需要在更短的時間里生產(chǎn)更加復(fù)雜的型材，而同時還需要降低生產(chǎn)成本。Altair HyperXtrude?正是一款為了幫助這些企業(yè)而設(shè)計的仿真工具，用于分析和驗證擠壓模具設(shè)計和擠壓工藝。
作為在該領(lǐng)域技術(shù)的先驅(qū)，HyperXtrude能夠精確地模擬在擠壓過程中的材料流動和熱傳導(dǎo)，因此用戶可以極大地減少模具設(shè)計的時間并降低昂貴的試模成本。HyperXtrude包括以下功能：
? 特定的圖形用戶界面，引導(dǎo)用戶進(jìn)行擠壓仿真模型的準(zhǔn)備和分析。
? 具備分析金屬、聚合物、黏土和陶瓷擠壓過程的能力。
? 內(nèi)置的模具變形分析模塊允許設(shè)計人員計算模具的變形和模具內(nèi)的應(yīng)力。
? 能夠分析兩種或更多材料的混合擠壓。
? 與Altair HyperStudy?無縫集成，實現(xiàn)對模具工作帶、分流孔和焊合腔形狀的優(yōu)化。
展開 Simufact軟件在鋁型材擠壓模具設(shè)計數(shù)值模擬的應(yīng)用 附simufact.additive 3下載
由于坯料與工模具接觸面之間存在著摩擦力，尤其是在工作帶部位金屬流向發(fā)生改變，變形劇烈，所以坯料的最大等效應(yīng)變是在工作帶部位；而在擠壓筒中部和分流孔中部做近似的剛體運動，因此，此處的等效應(yīng)變較小。
4.2 溫度場分析
溫度是影響鋁型材質(zhì)量的重要因素。鋁型材熱擠壓是一個高溫高壓下大變形的過程。擠壓力、焊合質(zhì)量、鋁型材表面質(zhì)量與機(jī)械性能都與溫度有關(guān)。圖6所示是坯料的溫度場分布云圖，從圖6中可知坯料在與工模具接觸處雖然有摩擦熱的產(chǎn)生，但由于模具的溫度比坯料的低，且較易向空氣中散熱，所以溫度升高幅度不大，甚至溫度降低。擠壓筒中部和分流孔中部由于劇烈變形而產(chǎn)生的塑性變形熱難以擴(kuò)散，所以溫度升高幅度較大。在工作帶處變形最為劇烈，溫度最高。實際生產(chǎn)中溫度過低，坯料塑性不好，會降低擠壓速度；溫度過高，會使鋁材過燒，表面質(zhì)量不好。
圖6 溫度場云圖
4.3 速度場分析
在實際生產(chǎn)中，金屬的流動速度是決定鋁型材質(zhì)量的重要因素。流速不均會造成鋁型材不成型、扭擰、波浪等缺陷。為了評價擠壓過程中金屬流速的均勻程度，本文以擠壓模出口處流速場標(biāo)準(zhǔn)偏差SDV（Stantard Deviation of the Velocity field）值來衡量[9]，其計算式的形式如下：
式中，N為選取節(jié)點的數(shù)量，在本文中N為模具出口處同一平面上節(jié)點的個數(shù)；為位于待研究平面上第i個節(jié)點的z向速度；為待研究平面上各節(jié)點的z向平均速遞，SDV值反應(yīng)了擠壓過程的穩(wěn)定性，因此該值越小表示流速越均勻。
圖7為金屬流出模具后達(dá)到穩(wěn)定的某個平面的流速圖，在鋁型材截面均勻選取20個節(jié)點，各點的流速值如表2所示。
展開 HyperXtrude實現(xiàn)數(shù)字化模具設(shè)計制造
在模具制造早期如何預(yù)測和分析各種潛在的模具設(shè)計缺陷，對于提高模具制造質(zhì)量和縮短模具制造周期至關(guān)重要。使用HyperXtrude有限元擠壓成形軟件對模具設(shè)計進(jìn)行驗證，可以指導(dǎo)和解決擠壓模具設(shè)計和制造中出現(xiàn)的多種問題。
鋁擠壓模具在設(shè)計和制造的早期對于技術(shù)人員的經(jīng)驗要求較高，傳統(tǒng)的設(shè)計方法存在設(shè)計周期長、成本高和質(zhì)量不易保證等缺點。隨著有限元數(shù)值模擬技術(shù)（即CAE技術(shù)）在鋁擠壓制造業(yè)的成功應(yīng)用，為擠壓模具的設(shè)計和制造帶來了革命性的飛躍，將擠壓模具的設(shè)計和制造帶進(jìn)了一個嶄新的發(fā)展階段。這種基于數(shù)值模擬技術(shù)的設(shè)計和制造理念，具有多方面優(yōu)勢：在模具初始設(shè)計后，在計算機(jī)上以虛擬試模代替物理試模，降低模具設(shè)計成本；大幅縮短模具設(shè)計和制造周期，確保交付時間；為設(shè)計人員提供精確的計算結(jié)果，分析、評價和優(yōu)化模具設(shè)計方案，從而提高了模具設(shè)計質(zhì)量；有利于設(shè)計知識和經(jīng)驗的積累。
HyperXtrude是Altair工程軟件公司的一款專業(yè)的針對擠壓生產(chǎn)過程中分析材料流動和傳熱的有限元應(yīng)用軟件。HyperXtrude采用穩(wěn)健的求解算法，功能強大、計算精度高，已在鋁型材擠壓模具設(shè)計和制造中得到了成功應(yīng)用。
創(chuàng)建擠壓模具有限元模型
以一個實際的擠壓空心分流模為例，詳細(xì)介紹HyperXtrude軟件實現(xiàn)材料流動有限元分析的模型創(chuàng)建過程，圖1所示為模具圖和型材截面形狀。
圖1 空心分流模具圖和型材形狀
1.擠壓模具的材料流動有限元模型
為了分析和研究材料沿擠壓模具的流動性能，首先將材料流經(jīng)的模具和擠壓筒的內(nèi)表面幾何抽取出來，然后分別創(chuàng)建如圖2所示的有限元模型。主要包括四個部分：棒料、分流孔和焊合腔、工作帶和型材。根據(jù)材料在擠壓過程中變形程度及其對流動結(jié)果的影響，各部分網(wǎng)格單元的大小和密度要求不同，比如在模具出口附近，材料變形最劇烈，因此該區(qū)域的單元較密，而對于棒料中的單元尺寸應(yīng)盡量大。
展開 基于HyperWorks的一種懸臂類鋁型材的有限元模擬研究2
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)計模具是，應(yīng)力大的部位需要對其添加材料加強或?qū)υ摬课坏牟牧线M(jìn)行處理以達(dá)到加強目的。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
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