鋁合金擠壓；擠壓模具設(shè)計(jì)；Deform
關(guān)注創(chuàng)建者：**l**l**l_iCBS 創(chuàng)建時(shí)間：2015-12-30
鋁合金擠壓；擠壓模具設(shè)計(jì)；Deform的實(shí)例教程
摘要：本文對(duì)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(jí)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(zhuān)用模塊HyperXtrude，成功模擬了坯料在模具中的穩(wěn)態(tài)擠壓過(guò)程，并對(duì)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(guò)調(diào)整工作帶長(zhǎng)度和芯部壁厚，實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬流動(dòng)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(guò)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(wèn)題。
目前鋁型材擠壓模具的設(shè)計(jì)還停留在依靠工程類(lèi)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(guò)反復(fù)試模和修模來(lái)調(diào)整工藝參數(shù)，這嚴(yán)重影響了企業(yè)的模具開(kāi)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(shí)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(chǎng)家的當(dāng)務(wù)之急[2]。
鋁型材擠壓是一個(gè)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(guò)程，屬于三維流動(dòng)、非線(xiàn)性、大變形問(wèn)題。將數(shù)值模擬技術(shù)引入擠壓模具設(shè)計(jì)中，通過(guò)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(chǎng)量的分布，從而評(píng)價(jià)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(duì)杯—桿復(fù)合擠壓過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過(guò)網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)，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。
展開(kāi) 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，除航空航天工業(yè)外，建筑、交通運(yùn)輸、電力電器、化工、石油、農(nóng)機(jī)和日常用品等部門(mén)對(duì)鋁的需求量也越來(lái)越大。用擠壓的方法生產(chǎn)鋁型材，既節(jié)約金屬，生產(chǎn)效率又高[1]。
分流組合模廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)各種規(guī)格和形狀的管材和空心鋁型材的擠壓模具結(jié)構(gòu)類(lèi)型。該類(lèi)模具不僅可以生產(chǎn)復(fù)雜內(nèi)腔的鋁型材，而且可拆換、加工容易、成本較低[2]。目前該類(lèi)模具的設(shè)計(jì)很大程度上取決于經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試模，在反復(fù)試模的過(guò)程中浪費(fèi)大量的人力物力和財(cái)力。
本文采用Simufact有限元軟件對(duì)我公司設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬，揭示金屬的真實(shí)流動(dòng)規(guī)律和各種物理場(chǎng)的分布，預(yù)測(cè)實(shí)際生產(chǎn)中可能產(chǎn)生的各種缺陷，從而在設(shè)計(jì)階段對(duì)模具進(jìn)行優(yōu)化，以提高模具的質(zhì)量。
2 Simufact軟件介紹
在傳統(tǒng)有限元模擬中，多采用Lagrange法[3-6]，但鋁型材擠壓過(guò)程屬于非線(xiàn)性大變形，擠壓比非常大，金屬變形劇烈，這就不可避免地遇到網(wǎng)格再劃分的問(wèn)題。而由于鋁型材壁厚一般很薄，這給網(wǎng)格劃分帶來(lái)極大的困難，從而使得金屬塑性成形的有限元模擬無(wú)法進(jìn)行下去[7]。
有限體積法以前多用于模擬流體的流動(dòng)過(guò)程。近年來(lái)，部分學(xué)者也逐漸將有限體積法用于模擬金屬的塑性成形問(wèn)題。基于Euler的有限體積法是將網(wǎng)格固定在空間，材料在流動(dòng)過(guò)程中Euler網(wǎng)格不發(fā)生變化。因此，用有限體積法模擬大變形塑性成形問(wèn)題可以很好地避免網(wǎng)格再劃分問(wèn)題。
Simufact軟件是基于MSC.SuperForm和MSC.SuperForge開(kāi)發(fā)的材料加工工藝仿真優(yōu)化平臺(tái)[8]。同時(shí)擁有MARC（有限元法）和Dytran（有限體積法）求解器。在鋁型材的模擬過(guò)程中，一般采用Dytran有限體積法。
展開(kāi) 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(duì)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(jià)值意義。
下載地址：simufact.additive 3 安裝教程
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(bào)廢
Altair 解決方案：利用AltairHyperXtrude擠壓仿真軟件對(duì)模具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了仿真計(jì)算，并以此 結(jié)果指導(dǎo)模具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
優(yōu)點(diǎn)：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(jì)不當(dāng)、加工和生產(chǎn)過(guò)程操作不當(dāng)而造成模具過(guò)早失 效導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降和成本劇增等問(wèn)題，成為阻礙企業(yè)生產(chǎn)效益提高的瓶頸，因而通過(guò)模具優(yōu)化設(shè)計(jì)提高模具使用壽命是企業(yè)亟待解決問(wèn)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(bào)廢，因而其模具設(shè)計(jì)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(fèi)用昂貴也是制約模具設(shè)計(jì)創(chuàng)新的重要因素。鋁型材擠壓是一個(gè)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(guò)程，采用傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)有的測(cè)量?jī)x器與手段基本上無(wú)法準(zhǔn)確得到模具變形受力。
以下為實(shí)際型材的截面圖和擠壓工藝參數(shù)：
“整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中使用AltairHyperXtrude進(jìn)行模擬分析，研究其對(duì)模具受力的影響，很好地指導(dǎo)了模具創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過(guò)模擬擠壓可以減少試模次數(shù)，校核大型模具的強(qiáng)度，對(duì)模具的安全性預(yù)測(cè)具有明顯效果。模擬結(jié)果對(duì)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。”
展開(kāi) 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(huì)出現(xiàn)凸凹不平的現(xiàn)象，一般肉眼可能無(wú)法分辨，但通過(guò)表面處理，特別是進(jìn)行鋁型材噴涂表面處理時(shí)，表面會(huì)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(jì)比例不當(dāng)；
2、擠壓模具工作帶設(shè)計(jì)、過(guò)渡不當(dāng)；
3、冷卻過(guò)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(jì)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(guò)渡；見(jiàn)原設(shè)計(jì)圖A、C；調(diào)整后設(shè)計(jì)圖B、D。
展開(kāi) 
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鋁合金擠壓；擠壓模具設(shè)計(jì)；Deform的最新內(nèi)容
1 模具結(jié)構(gòu)初始設(shè)計(jì)方案及分析
1.1 模具結(jié)構(gòu)初始設(shè)計(jì)方案
圖1所示為某電動(dòng)自行車(chē)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(zhǎng)寬比接近2，矩形框上有8個(gè)圓形凸臺(tái)。在保證模具零件強(qiáng)度的前提下，為了使金屬流動(dòng)更均勻，根據(jù)型材擠壓形狀的實(shí)際需要，模具初始設(shè)計(jì)采用蝶形、4分流孔結(jié)構(gòu)，分流孔前端設(shè)置15 mm的入料口位置下沉
隨著科技的進(jìn)步，在多媒體娛樂(lè)功能引入傳統(tǒng)汽車(chē)時(shí)，標(biāo)志著汽車(chē)這一駕駛機(jī)器，就已經(jīng)不再是單一的交通工具。當(dāng)高度智能化的特斯拉電動(dòng)車(chē)一經(jīng)問(wèn)世，便引爆全球，憑借其出色的自動(dòng)安全駕駛功能，不斷刷新我們的眼球，而自動(dòng)安全駕駛功能的“眼睛”和“耳朵”，則是車(chē)身四周的攝像頭和雷達(dá)探頭。隨著自動(dòng)安全駕駛功能不斷地豐富，需要全車(chē)無(wú)死角探測(cè)車(chē)身周?chē)h(huán)境，遍布車(chē)身的各類(lèi)攝像頭、雷達(dá)探頭的數(shù)量需求持續(xù)增加。面對(duì)復(fù)雜的用車(chē)環(huán)境和高昂的傳感器價(jià)格
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(huì)出現(xiàn)凸凹不平的現(xiàn)象，一般肉眼可能無(wú)法分辨，但通過(guò)表面處理，特別是進(jìn)行鋁型材噴涂表面處理時(shí)，表面會(huì)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(jì)比例不當(dāng)
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(bào)廢
Altair 解決方案：利用AltairHyperXtrude擠壓仿真軟件對(duì)模具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了仿真計(jì)算，并以此 結(jié)果指導(dǎo)模具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
優(yōu)點(diǎn)：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
陳亮 謝國(guó)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
1 引言
我國(guó)擁有極其豐富的鋁礦資源。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，除航空航天工業(yè)外，建筑、交通運(yùn)輸、電力電器、化工、石油、農(nóng)機(jī)和日常用品等部門(mén)對(duì)鋁的需求量也越來(lái)越大。用擠壓的方法生產(chǎn)鋁型材，既節(jié)約金屬，生產(chǎn)效率又高[1]。
分流組合模廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)各種規(guī)格和形狀的管材和空心鋁型材的擠壓模具結(jié)構(gòu)類(lèi)型。該類(lèi)模具不僅可以生產(chǎn)復(fù)雜內(nèi)腔的鋁型材
摘要：本文對(duì)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(jí)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(zhuān)用模塊HyperXtrude，成功模擬了坯料在模具中的穩(wěn)態(tài)擠壓過(guò)程，并對(duì)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(guò)調(diào)整工作帶長(zhǎng)度和芯部壁厚，實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬流動(dòng)的控制，最終獲得合格的型材產(chǎn)品
寧波市北侖輝旺鑄模實(shí)業(yè)有限公司在V6汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金壓鑄缸體模具設(shè)計(jì)中一次試模成功，打破了國(guó)外對(duì)于這一領(lǐng)域的技術(shù)壟斷,給我國(guó)壓鑄界帶來(lái)了振奮，猶如一束溫暖的陽(yáng)光，給處于寒冬中的同行企業(yè)帶來(lái)了發(fā)展的希望。
寧波市北侖輝旺鑄模實(shí)業(yè)有限公司地處東海之濱寧波市北侖區(qū)大矸鎮(zhèn)，是中國(guó)壓鑄模骨干企業(yè)聯(lián)合體成員單位，亦是“模具之鄉(xiāng)”重點(diǎn)骨干私營(yíng)企業(yè)之一。 在2003年就引進(jìn)了日本的模流分析軟件ADSTEFAN
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(jì)和分析， HyperXtrude能精確模擬出材料在擠壓過(guò)程中的流動(dòng)和熱傳導(dǎo)，使得用戶(hù)可以減少模具設(shè)計(jì)時(shí)間和模具試制耗費(fèi)。HyperXtrude用來(lái)滿(mǎn)足從事擠壓工藝/產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師的需要，它也能夠求解金屬和聚合體的擠壓?jiǎn)栴}。
HyperXtrude通過(guò)以下幾個(gè)方面提高了設(shè)計(jì)工程師的生產(chǎn)力：
◇ 通過(guò)初始準(zhǔn)確可靠和快速的分析可以使模具設(shè)計(jì)時(shí)間和耗費(fèi)得到最小
