詳解鋁材擠壓模具從CAD設(shè)計到仿真摹擬 CAE再到數(shù)控加工CAM

1 媒介

鋁型材擠壓成型進程 很是復雜，除 圓形截面鋁型材的擠壓屬于二維軸對稱問題外，一般而言，其他外形 的鋁型材都屬于三維活動 年夜 變形問題。鋁型材斷面越復雜，變形的不平均 性越顯著。跟著 工業(yè)的成長 ，鋁型材斷面朝著外形 復雜，對模具的設(shè)計要求愈來愈 高，假如 模具設(shè)計不公道 ，截面上各部門的金屬在擠出模孔時就越輕易 以分歧 的速度流出，從而造成型材的扭擰、海浪 、曲折 和 裂紋等缺點 ，模具也極輕易 破壞 。

傳統(tǒng)上是依托 設(shè)計者厚實經(jīng)驗來削減 試模和修模。假如 一副模具由于 設(shè)計欠妥 ，頻頻 的試模修模，如許 既增添 了本錢 ，也耽誤 了模具開辟 周期。只有經(jīng)由過程 公道 的模具設(shè)計和提高模具加工制造裝配工藝精度來下降 試模本錢 ，進而獲得及格 產(chǎn)物 。在一些蓬勃 國度 ，是在CAD/CAM/CAE三者并行的設(shè)計理念下完成，有用 的削減 了模具的加工周期和試模次數(shù)，提高了效力 。

本文先介紹了模具CAD/CAM/CAE在擠壓模具方面的運用 ，按照本廠的臨盆 實踐經(jīng)驗，論述 了計較機輔助設(shè)計（CAD）到仿真摹擬 有限元闡發(fā)（CAE）再到數(shù)控加工(CAM)在模具制造流程中的主要 性和提高模具壽命和上機及格 率。

2 模具CAD

跟著 計較機手藝 的飛速成長 ，哄騙計較機輔助設(shè)計(CAD)不但 能顯著縮短模具設(shè)計周期，下降 本錢 ，減輕設(shè)計人員勞動強度。今朝 ，擠壓模CAD手藝 已在我國普遍 地使用。

采取 AutoCAD軟件繪制擠壓模具的二維圖形，設(shè)計人員通經(jīng)常使用 草圖起頭設(shè)計，將草圖變成 工作圖的沉重 工作可以交給計較機完成，可以快速作出圖形，使設(shè)計人員實時對設(shè)計作出判定 和點竄 ；型材截面幾何性質(zhì)計較，分流孔個數(shù)、外形 、尺寸及安插的設(shè)計，分流橋、模芯及焊合腔的尺寸肯定 ，模具強度校核，剖面圖和上下模視圖的繪制等功能模塊。能完成平面模和組合模設(shè)計的全進程 ，顯著提高了復雜模具的設(shè)計效力 和質(zhì)量[2]。

如圖1所示，為一套模具的二維CAD設(shè)計圖。圖2所示為用UG軟件繪制的三維圖形。

a鋁型材截面

圖 1 鋁型材擠壓模具二維設(shè)計圖

圖 2 鋁型材擠壓模具三維設(shè)計圖

3 鋁型材擠壓模具CAE

最近幾年來，國表里 很多 學者哄騙數(shù)值仿真的方式 對鋁型材擠壓工藝進行了研究，并獲得 了較年夜 進展。運用仿真手藝 可以實時跟蹤鋁型材擠壓金屬的活動 行動 ，仿真成形進程 ，揭露 金屬的真實活動 紀律 和各類 物理場量的散布 、轉(zhuǎn)變 情形 ，研究各類 身分 對金屬變形行動 的感化 和影響。展望現(xiàn)實 擠壓進程 中可能呈現(xiàn)的缺點 ，盡早 優(yōu)化模具構(gòu)造 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[3]。

在設(shè)計好圖紙后但還未投入臨盆 加工之前，采取 仿真摹擬 軟件對型材擠壓進程 進行了摹擬 仿真，獲得 了型材的速度散布 、溫度散布 和應力散布 等。

下面是對第一次設(shè)計方案進行的數(shù)值摹擬 ，如圖3所示為獲得 的材料穩(wěn)態(tài)活動 時的溫度、應力、位移和速度散布 圖，從圖中可以看出，材料流經(jīng)擠壓筒最后到出料口，溫度一向 是上升的趨向 。材料流經(jīng)區(qū)域的應力散布 ，整體上散布 平均 。但材料出口速度散布 一邊快，另外一 邊慢的趨向 。位移誤差 最年夜 值是2.935mm，申明 出材的產(chǎn)物 外形 變形對照 年夜 ，達不到圖紙的公役 要求。

圖3鋁型材擠壓模具CAE摹擬 仿的首次 摹擬 后果

按照摹擬 后果，我們起首 對工作帶進行了優(yōu)化設(shè)計，再對下模焊合室增添 阻流圈，如圖4為優(yōu)化設(shè)計后的三維建模圖形。

圖4 鋁型材擠壓模具CAE摹擬 仿真后優(yōu)化后的設(shè)計方案

如圖5所示為優(yōu)化設(shè)計后所做的仿真摹擬 。能看到型材出口位移散布 圖的最年夜 位移誤差 為0.9mm，比第一次摹擬 年夜 年夜 減小了，散布 平均 ，可以展望試模出來的型材斷面尺寸和外形 根基 可以或許 到達 圖紙的公役 要求。點竄 前后摹擬 的出口速度散布 圖，可以看出型材斷面各部位的流速加倍 均衡 平均 。

圖5 點竄 后、優(yōu)化后的鋁型材擠壓模具CAE摹擬 仿真后果

4 模具CAM

在模具投入臨盆 前期，我們經(jīng)由過程 了數(shù)值摹擬 后果的闡發(fā)，而且 實時做出了優(yōu)化設(shè)計，再進一步的仿真摹擬 ，到達 了出材要求，申明 此設(shè)計方案是可行。然后將繪制好的三維圖形導入Mastercam軟件編制好CNC的車銑加工法式 ，再將CNC指令傳輸?shù)郊庸ぼ囬g，如圖6所示加工流程，完成了由CNC機床加工取代 傳統(tǒng)的機床加工。改變了傳統(tǒng)的加工理念，到達 設(shè)計者的要求，年夜 年夜 提高了模具的加工制造精度[4-5]。

圖6鋁材擠壓模具CAM數(shù)控加工流程圖

5 試模后果

如圖7所示為第一次試模出來的中段料樣，與優(yōu)化設(shè)計后的數(shù)值摹擬 的后果完全吻合，上機試模產(chǎn)物 到達 圖紙公役 要求。

圖7模具上機后試模出來的鋁型材料頭

6 結(jié)論

本文論述 了CAD/CAM/CAE在鋁型材擠壓模具行業(yè)的運用 ，經(jīng)由過程 舉例申明 CAD/CAM/CAE在模具加工中的運用 研究，提高加工精度和預先摹擬 ，再點竄 設(shè)計方案，到達 一次性試模及格 ，改變傳統(tǒng)的設(shè)計加工理念。

（1）本文提出了由設(shè)計到摹擬 仿真到數(shù)控加工的一種并行的設(shè)計理念，到達 了削減 試模次數(shù)，縮短了模具開辟 周期，提高了臨盆 效力 。

（2）介紹了本廠的模具從設(shè)計到加工工藝流程，期望可以與同業(yè) 展開 更普遍 的接觸和更深切 的研究，配合 前進。