型材擠壓
關注創建者：北京創聯智軟 創建時間：2021-12-21
型材擠壓的視頻教程
型材擠壓的實例教程
（一）QForm軟件簡介及功能
型材擠壓模擬是在實際產品生產加工前，通過三維建模和有限元分析技術，模擬、評價和優化型材擠壓模具以及工藝參數而開發的專業CAE系統。它可以精確模擬材料的溫度、應力，變形，流動，焊合等幾個方面性能的變化過程和結果，從而獲得整個鍛造加工過程中的溫度變化、材料流動、焊合情況、應力場、形狀變化等各種信息，利用這些信息，優化模具工作帶長度及分流孔大小位置等參數，提高現有的模具設計手段及減少模具設計時間。
QForm軟件是俄羅斯針對鍛造與擠壓工藝開發的有限元模擬軟件，QForm模塊包括：擠壓，模鍛，輥鍛，楔橫軋，環軋，自由鍛，型材擠出以及熱處理，同時提供了大量的材料數據以及設備和潤滑劑數據。
使用QForm軟件擠壓模塊，可以模擬由于材料流動不均勻，鋁合金在擠出后可能會發生的扭轉和彎曲現象。還可以精確計算材料流動的其它方面，例如空心型材焊合線的位置等。軟件對于型材擠壓有專門的操作界面，能快速導入幾何模型，自動生成有限元模型，還可以自動識別工作帶且把他們參數化，易于修改調整。通過工作帶編輯器對工作帶區域進行修改和優化，可以得到均勻一致的擠出速度和規則形狀的型材。另外通過耦合模擬技術還可以考慮擠壓模具實時變形，使計算更為精確。
QForm-Extrusion 是QForm 軟件中專門用于型材擠壓成形模擬并優化工藝設計的模塊。QForm擠壓模擬模塊有以下特點：
? 擠出過程分析 使用QForm型材擠壓模塊，可以在計算機上把整個的型材擠出的過程再現，目前可以模擬鋁、鎂、銅合金的實心，空心，半空心型材。
? 擠出速度分析 考慮擠出時的粘性摩擦，溫度，形狀，厚度，模具角度，內部形狀等，分析計算型材各位置的擠出速度，分析擠出工藝合理性。
? 擠出形狀分析 模擬擠壓型材尖端形狀是否合理，分析查找出現不一致的原因。
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 為了優化模具的結構，使鋁型材減少因流速產生的缺陷問題，現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 優化后的工作帶示意圖
圖9 工作帶優化后鋁型材的速度場云圖
在鋁型材上均勻地取20個節點，各節點的z向速度如表3所示。
表3 工作帶優化后鋁型材截面選取節點的速度值（單位：mm/s）
根據表3，可以計算出72.68 mm/s，由此計算處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，實際試模結果顯示修改后的模具擠壓出的鋁型材無缺陷，滿足生產精度要求。
5 結語
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，對擠壓過程中的應力場、應變場、溫度場及速度場進行了分析，依據分析結果對模具進行修正，最后得到合格的產品。 運用Simufact軟件能夠快速地獲得擠壓過程的應力場、應變場、溫度場、速度場，求解結果能正確地反應實際情況。合理、科學的應用Simufac能夠有效地指導鋁型材擠壓工藝和模具設計，減少試模次數，對提高設計效率和質量、節省成本、提高經濟效益具有重要價值意義。
來源：鋁加工
展開 擠壓力、焊合質量、鋁型材表面質量與機械性能都與溫度有關。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生的塑性變形熱難以擴散，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，表面質量不好。
圖6 溫度場云圖
4.3 速度場分析
在實際生產中，金屬的流動速度是決定鋁型材質量的重要因素。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準偏差SDV（Stantard Deviation of the Velocity field）值來衡量[9]，其計算式的形式如下：
式中，N為選取節點的數量，在本文中N為模具出口處同一平面上節點的個數；為位于待研究平面上第i個節點的z向速度；為待研究平面上各節點的z向平均速遞，SDV值反應了擠壓過程的穩定性，因此該值越小表示流速越均勻。
圖7為金屬流出模具后達到穩定的某個平面的流速圖，在鋁型材截面均勻選取20個節點，各點的流速值如表2所示。
圖7 速度場云圖
表2 鋁型材截面選取節點的速度值（單位：mm/s）
根據圖7可知由于鋁型材底邊比其余邊厚，速度較大，而中間筋處較難供料，速度較小，速度的差距容易使鋁型材變形。根據表2，可以計算出78.65 mm/s，由此計算處SDV=6.62。鋁型材出口流速不均勻。
展開 
型材擠壓的相關專題、標簽、搜索
型材擠壓的最新內容
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。
1 改進的LED散熱器結構
常見的散熱器有擠壓的型材散熱器、焊接散熱器、叉翅散熱器、針狀散熱器四類。其中擠壓的型材散熱器在LED 散熱占據很大的市場。
3-鋁型材擠壓裝框不能過于密集，材料與材料之間要有間隙，鋁型材特別是不通風的小料、厚料間隙就需要更大，管料、小料和板料合裝一框時，管料放下面有利于時效循環送風。
CNC鋁件加工過程中“時效”是指對鋁合金進行熱處理使其達到更高強度和硬度。鋁合金零件再經過壓鑄、加工、退火等諸多工藝之后，會因為其晶粒尺寸和分布不均勻等導致材料的力學性能和抗拉強度不足。
圖3.1 鋁合金橫梁截面結構
由于鋁合金是擠壓型材，所以需要考慮工藝要求和擠壓成本，因此，其截面形狀不能過于復雜，并且壁厚不能過小。對于田字形截面形狀來說，有5個壁厚變量，分別是：tinner、tmiddle、touter、tribgn和tribrow，與它的截面結構相對應，5個壁厚變量的上下限以及初始值如表3.1所示。
在鋁型材的擠壓過程中，多擠壓周期的連續擠壓方式中，相鄰2根擠壓坯料間會形成界面，使得該界面在型材中的延伸長度增加，因為橫向焊縫會大大影響鋁型材的使用壽命，導致疲勞壽命急劇下降。
2.7 增強擠型模塊模具結構調整設計功能
擠型模具設計對鋁型材擠壓產品的質量起著決定性作用，其中定徑帶長度的參數設計是重要因素之一。新增模具結構調整功能通過在模具邊緣上的定徑帶控制點來調整定徑帶長度輪廓。新的功能利用二維定徑帶長度輪廓中的轉折點提供定徑帶控制點的默認設置，從而簡化定徑帶控制點定義的過程，特別對于復雜的模具幾何形狀來說將更為方便。
型材模具擠壓成型
二、本期資料如何獲取？
掃碼關注“上海安世亞太”微信公眾號
后臺回復“JSL”
即可獲得完整版資料冊
資料將在1-3個工作日內
發送至您的郵箱
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，上模結構如圖2所示。
楊學威等采用傳統鋁型材擠壓工藝制作了散熱能力不低于8 kW、壓力損失不超過15 kPa的軸向型冷卻流道。BORGES等采用CFD仿真和紅外攝像技術從22個水冷電機流道結構方案中篩選了3個最優模型進行加工，顯著地縮短開發時間和降低成本，并進一步采用紅外攝像技術驗證了電機的溫度分布。ZHENG等通過優化水道數量、水流速度和水道分布結構使電機穩定溫度降低了13 ℃。
