CAE在鋁型材擠壓模具優(yōu)化設(shè)計的運用 與成長

鋁型材擠壓是指將鋁合金高溫鑄坯通入專用模具內(nèi)，在擠壓機供給的強年夜 壓力感化 下，按給定的速度，將鋁合金從模腔中擠出，從而獲得所需外形 、尺寸和 具有必然 力學(xué)機能 的鋁合金擠壓型材。鋁型材擠壓成型進程 十分復(fù)雜，除 圓形和圓環(huán)形截面鋁型材的擠壓屬于二維軸對稱問題外，一般而言，其它外形 的鋁型材擠壓屬于三維活動 年夜 變形問題。是以 ，擠壓模具的設(shè)計建造 質(zhì)量和其利用 壽命就成了擠壓進程 是不是 經(jīng)濟可行的樞紐之一。公道 的設(shè)計與制造能年夜 年夜 耽誤 模具壽命，對 提高1出產(chǎn)效力 、下降 本錢 和能耗具有主要 意義。

今朝 ，我國型材擠壓模具設(shè)計根基 上還逗留 在傳統(tǒng)的依托 工程類比和設(shè)計經(jīng)驗的堆集上。而現(xiàn)實 上，型材斷面越復(fù)雜，其擠壓變形的不平均 性就越明顯 ，從而造成新設(shè)計的模具很難包管 坯料一次性的平均 流出，致使 型材因扭擰、海浪 、曲折 及裂紋等缺點 而報廢，模具也極易毀傷 ，必需 顛末頻頻 試模、修模才能投入正常利用 ，造成資金、人力、時候 、資本 等方面的鋪張[1]。是以 ，跟著 鋁型材產(chǎn)物 不息向年夜 型化、扁寬化、薄壁化、高精化、復(fù)雜化和多用處 、多功能、多品種、長命 命偏向 成長 ，改良傳統(tǒng)的模具設(shè)計方式 已成為當(dāng)前鋁型材工業(yè)成長 的急迫 需求。

1鋁型材擠壓模CAE研究的意義

鋁型材擠壓模CAE手藝 是行使 CAD中建樹的擠壓產(chǎn)物 模子 、連系 擠壓工藝與節(jié)制 參數(shù)、完成其成形進程 闡發(fā)和響應(yīng) 模具優(yōu)化設(shè)計的一種數(shù)值手藝 。

具體做法為:在擠壓模初步設(shè)計的根本上，按照事前 擬定的工藝實驗 方案，行使 較量爭論 機仿真全部 擠壓成形進程 ，獲得擠壓變形體內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、流速等物理量散布 ，和 擠壓各階段的壓力、溫度、速度等工藝參數(shù)轉(zhuǎn)變 情況；肯定 擠壓模工作帶斷面和分流孔、焊合腔、導(dǎo)流槽等模具布局對成形鋁材活動 的影響，模具利用 進程 中可能泛起 的變形、塌陷、崩刃、裂口、磨損、”粘著”和委靡等缺點 及其位置；提出闡發(fā)陳說并向設(shè)計人員保舉 適合 的擠壓前提 ，設(shè)計人員再按照CAE闡發(fā)了局批改 模具設(shè)計方案。顛末數(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]。這現(xiàn)實 上是將出產(chǎn)現(xiàn)場的”試模-修模-試模”進程 轉(zhuǎn)移到較量爭論 機上完成，以部份 替換 模具設(shè)計制造進程 中費時費事的試模工作，從而削減 該階段的材料和能源消費 ，下降 出產(chǎn)本錢 ，并據(jù)此設(shè)計出高質(zhì)量的鋁型材擠壓模具。

固然 CAE手藝 已在鋁型材擠壓模具設(shè)計制造范疇 獲得 了某些成功的運用 ，但真正面向模具工程師的運用 卻很少。這主如果 因為 今朝 國表里 還沒有專門針對鋁型材擠壓模開辟 的CAE軟件，所以，當(dāng)模具工程師借助一些通用或?qū)Ｓ肅AE軟件(如ANSYS/LSDYNA、MARC/AutoForge、Deform等)進行模具設(shè)計方案和模具布局闡發(fā)時，除要求利用 者具有 扎實的擠壓工藝和擠壓模設(shè)計制造專業(yè)常識 、熟習(xí) 擠壓模各零部件在耦合場情況 中的工作狀態(tài) 外，還要求他對數(shù)值摹擬 手藝 及響應(yīng) 有限元闡發(fā)方式 必需 有較深切 的認識 ，這對 工作在出產(chǎn)第一線的工程手藝 人員而言是比力難的，這也是CAE手藝 在擠壓模具行業(yè)中得不到普遍 運用 的主要 緣由 之一。

鋁型材擠壓模CAE的運用 可以縮短模具的設(shè)計制造周期，提高模具的質(zhì)量，加強 企業(yè)市場競爭力。但是 ，只有解決了上述問題，才能使CAE手藝 真正在擠壓模具行業(yè)中獲得 普遍 運用 。這恰是 鋁型材擠壓模CAE手藝 研究的意義。

2鋁型材擠壓模優(yōu)化設(shè)計近況

因為 要設(shè)計出布局公道 且經(jīng)濟適用 的擠壓模具是一件十分復(fù)雜而難題 的工作，是以 ，世界列國 的擠壓工作者對模具設(shè)計理論和方式 (分外對優(yōu)化理論和方式 )進行了年夜 量的研究工作。

在擠壓手藝 成長 的早期 ，一般按照機械設(shè)計道理 ，行使 傳統(tǒng)強度理論并連系 設(shè)計者的實踐經(jīng)驗來進行模具設(shè)計。跟著 彈塑性理論和擠壓理論的成長 ，很多 新型的嘗試?yán)碚摵头绞?、較量爭論 理論和方式 已最先 用于擠壓模具設(shè)計建造 范疇 。如，工程較量爭論 法、金屬活動 坐標(biāo)網(wǎng)格法、光彈光塑法、密柵紋云法、滑移線法、上限元理論和有限元理論等被普遍 用于模具應(yīng)變場簡直定和各類 強度的校核，進而優(yōu)化其布局和工藝要素。跟著 較量爭論 機手藝 的成長 ，擠壓模具的CAD/CAM手藝 在比來 2030年中獲得 敏捷 成長 ，且很年夜 一部份 手藝 集中在模具設(shè)計的優(yōu)化方面。何德林等人[3]行使 IDEF0方式 開辟 出能對平面模和分流模進行優(yōu)化設(shè)計的CAD/CAM系統(tǒng)；王孟君等人[4]以AUTOCAD120為圖形支持 情況 ，VISUALBASIC4.0為開辟 東西，開辟 的CAD系統(tǒng)，可以有用 地從事擠壓平模的各項較量爭論 ，從而對設(shè)計了局進行優(yōu)化；閆洪等人[5]將CAE概念引入模具設(shè)計進程 ，指出了優(yōu)化設(shè)計的偏向 ；劉漢武等人[6]提出智能CAD概念，為模具設(shè)計智能化供給了一些思緒 。另外 ，國表里 科研人員運用理論解析、物理摹擬 和數(shù)值摹擬 等方式 ，對鋁型材擠壓的變形進程 、應(yīng)力場和溫度場散布 及轉(zhuǎn)變 、磨擦 與潤滑等問題進行了年夜 量的闡發(fā)和嘗試，并按照其研究功效 對擠壓模具進行了優(yōu)化。例如，趙云路和劉靜安[7]對各類擠壓模具的優(yōu)化設(shè)計進行了系統(tǒng)闡述。國內(nèi)還有部份 科研人員用有限元法連系 嘗試方式 對擠壓模具最好 輪廓線及模具布局進行了闡發(fā)和優(yōu)化。

3鋁型材擠壓模CAE國表里 成長 近況 和趨向

對鋁型材的擠壓進程 進行數(shù)值摹擬 可以展望現(xiàn)實 擠壓進程 中可能泛起 的缺點 ，盡早 優(yōu)化模具布局設(shè)計、調(diào)劑 擠出工藝參數(shù)和有針對性的指明手藝 解決方案。國表里 研究者們對此已做了很多 工作。韓國的HyunWooShin等[8]在1993年對非軸對稱擠壓進程 進行了有限元闡發(fā)，他們行使 二維剛塑性有限元方式 連系 厚板理論將三維問題進行了簡化，對全部 擠壓進程 進行了不掉 正確 的數(shù)值摹擬 ，同時也削減 了較量爭論 量。對 變形摹擬 ，于滬同等 [9]采取 塑性成型摹擬 軟件DEFORM，連系 剛粘塑性有限元法函數(shù)法對平面分流模的擠壓變形進程 進行了二維摹擬 ，得出了擠壓進程 中鋁合金的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度和 活動 速度等的散布 和轉(zhuǎn)變 。劉漢武等[10]行使 ANSYS軟件對分流組合模擠壓鋁型材進行了有限元闡發(fā)和較量爭論 ，找出了原模具設(shè)計中不容易 發(fā)現(xiàn)的布局缺點 。周飛等[11]采取 三維剛粘塑性有限元方式 ，對一典型鋁型材非等溫成型進程 進行了數(shù)值摹擬 ，闡發(fā)了鋁型材擠壓的三個分歧 成形階段，給出了成形各階段的應(yīng)力、應(yīng)變和溫度場散布 情況和 全部 成形進程 中模具載荷隨成形時候 的轉(zhuǎn)變 情況。對 壓力場，閆洪等[12]在2000年行使 ANSYS軟件作為平臺，對壁板型材擠壓進程 進行了三維有限元摹擬 和闡發(fā)，獲得了型材擠壓進程 的位移場、應(yīng)變場、應(yīng)力場。對現(xiàn)實 型材擠壓中工藝參數(shù)選擇和模具布局尺寸的批改 起到了主要 指導(dǎo)感化 。對 擠壓進程 的磨擦 與潤滑闡發(fā)，1997年，俄羅斯的VadimL.Bereshnoy等[13]對磨擦 輔助在直接和間接擠壓成型硬質(zhì)鋁合金中的手藝 進行了研究。該手藝 的成長 和運用 使出產(chǎn)效力 和質(zhì)量都獲得 了年夜 年夜 提高。美國的PradipK.Saha[14]在1998年對鋁型材擠壓成型中熱動力學(xué)和磨擦 學(xué)進行了研究。他采取 熱力學(xué)數(shù)值摹擬 法組織 了3種分歧 的嘗試模子 ，闡發(fā)了模具工作帶和活動 金屬接觸面上的磨擦 特征 ，還對坯料溫度和擠壓進程 中發(fā)生 的熱量對模具工作帶所發(fā)生 的溫升的影響、并進行了現(xiàn)實 丈量 驗證；研究解釋，擠壓進程 中的磨擦 對型材的精度和外面 質(zhì)量有直接影響，模具工作帶的磨損進程 取決于擠壓進程 中的熱動力學(xué)機能 ，擠壓熱動力學(xué)機能 又遭到 擠壓變量的嚴(yán)重影響。

在二次開辟 方面，國內(nèi)的一些研究進展也值得存眷 。陳澤中、包忠詡等[15]經(jīng)由過程 系統(tǒng)集成和二次開辟 ，建樹了基于UG和ANSYS的鋁型材擠壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，并對分流組合模進行了CAD/CAE/CAM研究，有用 提高了模具設(shè)計制造效力 。深圳年夜 學(xué)的李積彬[16]用C說話 編寫了鋁型材擠壓模具參數(shù)設(shè)計的法式 ，以流程圖的情勢 具體 指導(dǎo) 鋁型材擠壓模具的設(shè)計進程 ；以人機對話的情勢 實現(xiàn)鋁型材擠壓模具參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。蘭州鐵道學(xué)院的段志東[17]經(jīng)由過程 ANSYS供給的強年夜 的前后處置懲罰 和求解功能平臺，經(jīng)由過程 在ANSYS運用 法式 中添加本身 的鉚釘有限元法式 ，介紹并總結(jié)了用UIDL對ANSYS進行圖形用戶界面二次開辟 的一般步調(diào) 和紀(jì)律 ，為用戶在擴充ANSYS功能、建樹本身 專用法式 的同時建樹起對應(yīng)的圖形驅(qū)動界面供給了有益的幫忙。江蘇戚墅堰機車車輛工藝研究所的盛偉[18]以ANSYS軟件為平臺，進行金屬塑性成形進程 摹擬 軟件的二次開辟 ，并運用 該軟件對鍛件塑性成形進程 進行了摹擬 ，為提高鍛件質(zhì)量、展望金屬成形中的缺點 、擬定公道 工藝供給了理論根據(jù) 。

但總的說來，這些研究多偏重 于理論化，一種真正適合通俗 設(shè)計制造人員利用 的擠壓模有限元闡發(fā)軟件在國內(nèi)幾近 還沒有。有些二次開辟 在具體運用 上也有很年夜 的局限性，所以對現(xiàn)行有限元軟件的用戶化研究，使之能更好的運用 于擠壓模具的設(shè)計就成為當(dāng)務(wù)之急。

4結(jié)論

提高鋁型材擠壓模具設(shè)計與制造程度 是改良 產(chǎn)物 質(zhì)量和加強 市場競爭力之樞紐地點 ，而鋁型材擠壓模CAE手藝 在鋁型材擠壓模具設(shè)計優(yōu)化中起著十分主要 的感化 。

國表里 同業(yè) 借助鋁型材擠壓模CAE對優(yōu)化鋁型材擠壓模具(包羅擠壓進程 和擠壓工藝)進行了有益測驗考試 ，獲得 了很多 科研和運用 功效 ，這類 動向值得留意 。

盡快把最新的有限元闡發(fā)手藝 運用 到全部 擠壓模具設(shè)計與制造進程 中，讓更多的模具工程師把握 這類 優(yōu)化設(shè)計方式 ，以提高我國鋁型材擠壓行業(yè)及其模具制造業(yè)的市場競爭力。

按照經(jīng)驗，CAE各階段所用的時候 為：40%～45%用于模子 的建樹和數(shù)據(jù)輸入，50%～55%用于闡發(fā)了局的判讀和評定，而真實的 闡發(fā)較量爭論 時候 只占5%閣下 。CAE采取 CAD手藝 來建樹CAE的幾何模子 和物理模子 ，完成份 析數(shù)據(jù)的輸入，平常稱此進程 為CAE的前處置懲罰 。一樣 ，CAE的了局也需要用CAD手藝 生成形象的圖形輸出，如生成位移圖、應(yīng)力、溫度、壓力散布 的等值線圖，示意運用 、溫度、壓力散布 的彩色明暗圖，我們稱這一進程 為：CAE的后處置懲罰 。