帶筋寬幅鋁型材擠壓模具仿真與設(shè)計(jì)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(dāng)前，鋁型材模具開(kāi)辟 中遍及 存在開(kāi)辟 周期長(zhǎng)、修模試模次數(shù)多、模具質(zhì)量不不亂 等手藝 問(wèn)題[2]。提高鋁型材模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效力 已成為鋁型材行業(yè)成長(zhǎng) 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(kāi)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(jìn)程 是一個(gè)虛擬的試模進(jìn)程 ，它可以最年夜 限度的削減 現(xiàn)實(shí) 出產(chǎn)中的頻頻 試模進(jìn)程 。經(jīng)由過(guò)程 仿真，可以剖析 模具布局對(duì)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(jìn)程 中可能呈現(xiàn)的變形、裂橋、磨損等缺點(diǎn) 及其位置，可以對(duì)所設(shè)計(jì)的模具布局的公道 性做出評(píng)判，從而肯定 優(yōu)化策略，進(jìn)而改良模具布局參數(shù)，經(jīng)由過(guò)程 頻頻 的優(yōu)化和仿真，終究 取得 最優(yōu)化的模具設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)如圖2所示的擠壓模具，擠壓機(jī)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(jī)臺(tái)

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(dǎo)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(jì)后，對(duì)模具進(jìn)行仿真建模，仿真建模進(jìn)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(dǎo)流孔CAE建模、棒料CAE建模、導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(xiàng)界限 前提 ，界限 前提 的各項(xiàng)參數(shù)以公司現(xiàn)實(shí) 出產(chǎn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。CAE仿真摹擬 了全部 擠壓進(jìn)程 ，經(jīng)由過(guò)程 對(duì)模子 較量爭(zhēng)論 剖析 取得 擠壓變形體內(nèi)的應(yīng)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(dǎo)流流孔、焊合室等模具布局對(duì)成形鋁材活動(dòng) 的影響，提出剖析 呈報(bào)并向設(shè)計(jì)人員保舉 合適的擠壓前提 ，設(shè)計(jì)人員再憑據(jù) CAE剖析 后果批改 模具設(shè)計(jì)方案。經(jīng)由 數(shù)次頻頻 ，直到模具設(shè)計(jì)方案知足 產(chǎn)物 設(shè)計(jì)要乞降 產(chǎn)物 質(zhì)量要求為止。

2.1 導(dǎo)流孔與焊合室的金屬流速散布

導(dǎo)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(lán)色代表流速最慢的區(qū)域，圖5(a)、5(b)、5(c)、5(d)為分歧 時(shí)候 段的導(dǎo)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(dǎo)流孔的流速較慢，當(dāng)鋁金屬經(jīng)由 導(dǎo)流孔進(jìn)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(dǎo)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(yàn)，對(duì) 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(dāng)于37.3mm/s），模具擠壓比為37.3（以3600T擠壓機(jī)擠壓），較量爭(zhēng)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(dá) 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(yīng)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(shí) 設(shè)定流速的2倍，所以需要點(diǎn)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(huì)引發(fā) 型材變形，如圖7所示。黑色箭頭所指的輪廓線為沒(méi)有變形的型材，從圖中兩個(gè)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(dá)不到設(shè)計(jì)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(qiáng)度剖析

模具強(qiáng)度散布 如圖8所示，可以看出，導(dǎo)流模最年夜 應(yīng)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(yīng)力為939Mpa，模面最年夜 應(yīng)力散布 在懸臂位置處，懸臂位置最年夜 的應(yīng)力為1314Mpa(懸臂處如圖中紅色箭頭所指位置)，因?yàn)?5A30合金強(qiáng)度較高，所需擠壓力較年夜 ，擠壓應(yīng)力也會(huì)響應(yīng) 的增年夜 ，從仿真剖析 可知，模面所受的擠壓應(yīng)力比力年夜 ，對(duì)模具利用 壽命有影響。

(a)模面 (b)導(dǎo)流模

圖8 帶筋寬幅鋁型材擠壓模具強(qiáng)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(jìn)入增強(qiáng) 筋底部的導(dǎo)流和模面時(shí)，流速顯明比型材其余部位快，以致 難以到達(dá) 平衡 流速的結(jié)果 。相對(duì) 增強(qiáng) 筋頂部和型材雙方 的流速，增強(qiáng) 筋底部流速無(wú)疑過(guò)快，造成增強(qiáng) 筋頂部拱起，影響型材的平整度。是以 ，要到達(dá) 平衡 流速的結(jié)果 ，必需 改變棒料進(jìn)入增強(qiáng) 筋底部導(dǎo)流和模面的金屬流量，和 改變定徑帶的長(zhǎng)短等方式，以到達(dá) 平衡 流速的幻想 結(jié)果 。導(dǎo)流模尺寸與定徑帶尺寸的點(diǎn)竄 如圖9所示。

模具點(diǎn)竄 后再進(jìn)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(gè)位置的流速都比力平衡 了，所以經(jīng)由過(guò)程 仿真剖析 后對(duì)模具布局進(jìn)行點(diǎn)竄 到達(dá) 了平衡 流速的目標(biāo) 。流速平衡 了，型材的變形也響應(yīng) 的減小了，如圖11所示，所以在開(kāi)模出產(chǎn)時(shí)，只要賜與 型材必然 的預(yù)變形余量便可 以包管 型材的尺寸要求。

(a)模具導(dǎo)流模尺寸點(diǎn)竄 圖

(b)定徑帶尺寸點(diǎn)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(diǎn)竄 后)

圖11 帶筋寬幅鋁型材變形散布 云圖(點(diǎn)竄 后)

模具布局參數(shù)優(yōu)化后，進(jìn)行模具的開(kāi)模制造，在3600t擠壓機(jī)長(zhǎng)進(jìn) 行試擠壓，試模料頭如圖12(a)所示，現(xiàn)實(shí) 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(guò)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(xiàng)質(zhì)量數(shù)據(jù)及格 ，合適設(shè)計(jì)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(duì)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(guò)程 仿真建模與較量爭(zhēng)論 ，剖析 了鋁型材流速、鋁型材變形和模具應(yīng)力散布 環(huán)境，并對(duì)模具布局參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(kāi)辟 周期，提高了模具設(shè)計(jì)程度 。

1．鋁金屬在導(dǎo)流孔的流速較慢，當(dāng)鋁金屬經(jīng)由 導(dǎo)流孔進(jìn)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(dǎo)流模最年夜 應(yīng)力散布 在模面外面 位置，最年夜 應(yīng)力為939Mpa，模面最年夜 應(yīng)力散布 在懸臂位置處，懸臂位置最年夜 的應(yīng)力為1314Mpa。

3．導(dǎo)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(xiàng)質(zhì)量數(shù)據(jù)及格 ，合適設(shè)計(jì)要求。