帶筋寬幅鋁型材擠壓模具仿真與設(shè)計優(yōu)化

模具是鋁合金擠壓成型的主要 設(shè)備 之一[1]，模具質(zhì)量是影響鋁型材產(chǎn)物 質(zhì)量的關(guān)頭身分 。當前，鋁型材模具開辟 中遍及 存在開辟 周期長、修模試模次數(shù)多、模具質(zhì)量不不亂 等手藝 問題[2]。提高鋁型材模具的設(shè)計質(zhì)量和效力 已成為鋁型材行業(yè)成長 的手藝 瓶頸，為沖破 此手藝 瓶頸，利用模具仿真與優(yōu)化手藝 開辟 高效、公道 的模具布局是最有用 的路子 之一。鋁型材模具仿真進程 是一個虛擬的試模進程 ，它可以最年夜 限度的削減 現(xiàn)實 出產(chǎn)中的頻頻 試模進程 。經(jīng)由過程 仿真，可以剖析 模具布局對金屬的分流質(zhì)量、焊合質(zhì)量、擠出型材質(zhì)量的影響，判定 擠壓進程 中可能呈現(xiàn)的變形、裂橋、磨損等缺點 及其位置，可以對所設(shè)計的模具布局的公道 性做出評判，從而肯定 優(yōu)化策略，進而改良模具布局參數(shù)，經(jīng)由過程 頻頻 的優(yōu)化和仿真，終究 取得 最優(yōu)化的模具設(shè)計方案。

1 帶筋寬幅鋁型材擠壓模具及仿真建模

1.1 模具設(shè)計方案肯定

帶筋寬幅鋁型材的尺寸圖如圖1所示，型材根基 參數(shù)如表1所示，憑據(jù) 型材的尺寸及根基 參數(shù)設(shè)計如圖2所示的擠壓模具，擠壓機噸位為3600T。

表1 帶筋寬幅鋁型材根基 參數(shù)

型材線密度

Ix

Iy

Wx

Wy

材質(zhì)

機臺

4.08kg/m

45.8cm4

936.7cm4

10.6cm3

68cm3

5A30

3600T

圖1 帶筋寬幅鋁型材尺寸圖

(a)模面 (b)導流模

圖2 帶筋寬幅鋁型材擠壓模具圖

1.2 模具三維與CAE建模

完成模具CAD設(shè)計后，對模具進行仿真建模，仿真建模進程 包羅：模具三維建模、型材CAE建模、定徑帶CAE建模、焊合室和導流孔CAE建模、棒料CAE建模、導流模CAE建模、模面CAE建模。帶筋寬幅鋁型材擠壓模具三維造型如圖3所示，其仿真建模圖如圖4所示。

(a)模面三維造型 (b)導流模三維造型

圖3 帶筋寬幅鋁型材擠壓模具三維造型

(a)模面CAE建模 (b)導流模CAE建模

(c)鋁型材CAE建模

圖4 帶筋寬幅鋁型材擠壓模具仿真建模

2 仿真后果剖析

完成模具CAE建模后，設(shè)定仿真剖析 所需的各項界限 前提 ，界限 前提 的各項參數(shù)以公司現(xiàn)實 出產(chǎn)數(shù)據(jù)為準。CAE仿真摹擬 了全部 擠壓進程 ，經(jīng)由過程 對模子 較量爭論 剖析 取得 擠壓變形體內(nèi)的應力、變形和流速等物理量散布 ，和 擠壓各階段的壓力、變形和速度等工藝參數(shù)轉(zhuǎn)變 環(huán)境，肯定 擠壓模工作帶斷面和導流流孔、焊合室等模具布局對成形鋁材活動 的影響，提出剖析 呈報并向設(shè)計人員保舉 合適的擠壓前提 ，設(shè)計人員再憑據(jù) CAE剖析 后果批改 模具設(shè)計方案。經(jīng)由 數(shù)次頻頻 ，直到模具設(shè)計方案知足 產(chǎn)物 設(shè)計要乞降 產(chǎn)物 質(zhì)量要求為止。

2.1 導流孔與焊合室的金屬流速散布

導流孔與焊合室的金屬流速散布 云圖如圖5所示，圖平分 歧 的色彩 代表流速的快慢環(huán)境，紅色代表流速最快的區(qū)域，藍色代表流速最慢的區(qū)域，圖5(a)、5(b)、5(c)、5(d)為分歧 時候 段的導流孔與焊合室的金屬流速散布 云圖。由圖5(a)、5(b)可以看出，鋁金屬在導流孔的流速較慢，當鋁金屬經(jīng)由 導流孔進入焊合室后流速散布 產(chǎn)生 轉(zhuǎn)變 ，由圖5(c)、5(d)可以看出，鋁金屬在中央 的流速最快，雙方 的流速最慢，流速很不平均 ，輕易 引發(fā) 鋁型材偏壁和變形。

圖5 導流孔與焊合室的金屬流速散布 云圖

2.2 鋁型材出口金屬流速散布

憑據(jù) 擠壓出產(chǎn)經(jīng)驗，對 硬質(zhì)合金，型材在出口速度比力慢，所以型材出口速度設(shè)為2m/min（相當于37.3mm/s），模具擠壓比為37.3（以3600T擠壓機擠壓），較量爭論 得出擠壓桿速度為1mm/s。型材分歧 部位的流速散布 如圖6所示，可以看出，型材分歧 部位的流速值相差比力年夜 ，紅色圓圈所指的位置流速最快，最年夜 流速到達 78mm/s，型材雙方 位置的流速最慢，最慢流速為22.5mm/s。最年夜 流速與最小流速之間的差別 與模具自己 布局有關(guān)，最年夜 流速地方 需要的鋁金屬較多，流速應快于其它位置才可以或許 包管 供料，但最年夜 流速是最小流速3倍，流速比值相差太年夜 ，流速不平均 。并且 最年夜 流速是現(xiàn)實 設(shè)定流速的2倍，所以需要點竄 模具，下降 最年夜 流速值，增添 最小流速值，使它們之間的流速不克不及 相差太差異 。別的 ，流速相差太年夜 會引發(fā) 型材變形，如圖7所示。黑色箭頭所指的輪廓線為沒有變形的型材，從圖中兩個綠色圓圈所示位置可以看出型材在中央 和雙方 位置都拱起，使得型材尺寸達不到設(shè)計要求。

圖6 帶筋寬幅鋁型材出口流速散布 云圖

圖7 帶筋寬幅鋁型材變形散布 云圖

2.3 模具強度剖析

模具強度散布 如圖8所示，可以看出，導流模最年夜 應力散布 在模面外面 位置，如圖中黑色圓圈所指位置，最年夜 應力為939Mpa，模面最年夜 應力散布 在懸臂位置處，懸臂位置最年夜 的應力為1314Mpa(懸臂處如圖中紅色箭頭所指位置)，因為 5A30合金強度較高，所需擠壓力較年夜 ，擠壓應力也會響應 的增年夜 ，從仿真剖析 可知，模面所受的擠壓應力比力年夜 ，對模具利用 壽命有影響。

(a)模面 (b)導流模

圖8 帶筋寬幅鋁型材擠壓模具強度散布 云圖

3 帶筋寬幅鋁型材擠壓模具布局優(yōu)化

從仿真摹擬 的流速剖析 可以看出，在棒料進入增強 筋底部的導流和模面時，流速顯明比型材其余部位快，以致 難以到達 平衡 流速的結(jié)果 。相對 增強 筋頂部和型材雙方 的流速，增強 筋底部流速無疑過快，造成增強 筋頂部拱起，影響型材的平整度。是以 ，要到達 平衡 流速的結(jié)果 ，必需 改變棒料進入增強 筋底部導流和模面的金屬流量，和 改變定徑帶的長短等方式，以到達 平衡 流速的幻想 結(jié)果 。導流模尺寸與定徑帶尺寸的點竄 如圖9所示。

模具點竄 后再進行仿真剖析 ，擠壓速度改成 1.5m/min(27.9mm/s)，仿真剖析 后的型材流速散布 如圖10所示，可以看出，型材最年夜 流速與最小流速別離為33.6mm/s和23.7mm/s，最年夜 流速與最小流速之間的差值減小了許多 ，型材各個位置的流速都比力平衡 了，所以經(jīng)由過程 仿真剖析 后對模具布局進行點竄 到達 了平衡 流速的目標 。流速平衡 了，型材的變形也響應 的減小了，如圖11所示，所以在開模出產(chǎn)時，只要賜與 型材必然 的預變形余量便可 以包管 型材的尺寸要求。

(a)模具導流模尺寸點竄 圖

(b)定徑帶尺寸點竄 圖

圖9 帶筋寬幅鋁型材模具布局優(yōu)化圖

圖10 帶筋寬幅鋁型材出口流速散布 云圖(點竄 后)

圖11 帶筋寬幅鋁型材變形散布 云圖(點竄 后)

模具布局參數(shù)優(yōu)化后，進行模具的開模制造，在3600t擠壓機長進 行試擠壓，試模料頭如圖12(a)所示，現(xiàn)實 試模的料頭拱起，但變形不是很年夜 ，試模料頭的變形與仿真剖析 一致，經(jīng)由過程 料頭變形偏向 也能夠 看出試模料頭流速快慢與仿真剖析 后果一致。試模料身如圖12(b)所示，料身的各項質(zhì)量數(shù)據(jù)及格 ，合適設(shè)計要求。

(a)試模料頭 (b)試模料身

圖12 帶筋寬幅鋁型材試模圖

4 結(jié)論

針對帶筋寬幅鋁型材擠壓模具，采取 HyperXtrude有限元仿真剖析 方式 ，經(jīng)由過程 仿真建模與較量爭論 ，剖析 了鋁型材流速、鋁型材變形和模具應力散布 環(huán)境，并對模具布局參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。后果講明，布局優(yōu)化后的帶筋寬幅鋁型材擠壓模具合適出產(chǎn)要求。仿真與優(yōu)化手藝 的利用極年夜 地縮短了模具開辟 周期，提高了模具設(shè)計程度 。

1．鋁金屬在導流孔的流速較慢，當鋁金屬經(jīng)由 導流孔進入焊合室后流速散布 不平衡 ，致使 型材流速不平均 ，輕易 引發(fā) 型材偏壁和變形。

2．導流模最年夜 應力散布 在模面外面 位置，最年夜 應力為939Mpa，模面最年夜 應力散布 在懸臂位置處，懸臂位置最年夜 的應力為1314Mpa。

3．導流模與定徑帶布局尺寸優(yōu)化后，型材流速平衡 、變形減?。辉嚹Ａ项^變形與仿真剖析 一致，試模料身的各項質(zhì)量數(shù)據(jù)及格 ，合適設(shè)計要求。