簡(jiǎn)介

    近年來，隨著我國(guó)鋁加工技術(shù)的發(fā)展，鋁型材的應(yīng)用越來越廣泛，但工業(yè)鋁型材具有斷面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于擠壓等特點(diǎn)，因此合理設(shè)計(jì)鋁型材擠壓模具是大型鋁型材的關(guān)鍵。叢林集團(tuán)在使用HyperXtrude模擬分析軟件的過程中，經(jīng)過不斷探索，將設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念、經(jīng)驗(yàn)與有限元模擬分析軟件HyperXtrude有機(jī)結(jié)合起來，最大限度的減少了試模次數(shù)，降低了成本。

挑戰(zhàn)

    一般來說，一套好的擠壓模具，在擠壓條件已經(jīng)基本確定的情況下，主要滿足兩方面的要求：一是金屬流出模口時(shí)的速度均勻控制在一定的范圍內(nèi)，二是模具強(qiáng)度（這里主要分析模具變形、失效）應(yīng)符合要求。金屬流出模口時(shí)的速度應(yīng)在一定的范圍內(nèi)是為了保證擠出型材不出現(xiàn)扭擰、波浪、彎曲和供料不足等現(xiàn)象；模具強(qiáng)度應(yīng)符合要求主要是為了減少模具彈性變形、預(yù)防模具塑性變形導(dǎo)致模具報(bào)廢。彈性變形導(dǎo)致擠出型材產(chǎn)生“偏壁現(xiàn)象”，對(duì)一些難以避免的“偏壁現(xiàn)象”，在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常加入：“預(yù)變形量”。

    圖1所示為一實(shí)際型材截面圖。此鋁型材結(jié)構(gòu)較為特殊，考慮到模具強(qiáng)度，決定采用三模芯假分流。難點(diǎn)是模芯一旦內(nèi)外受力不均，容易偏心。如何設(shè)計(jì)模具保證型材成型是面臨的挑戰(zhàn)。

解決方案

    叢林集團(tuán)對(duì)幾種工業(yè)鋁型材（包括車體型材）的實(shí)際試模結(jié)果與基于HyperXtrude軟件模擬結(jié)果的分析對(duì)比，從金屬流出�？跁r(shí)的速度和是模具彈性變形兩個(gè)方面進(jìn)行了比較。圖2為根據(jù)三維設(shè)計(jì)建立的擠壓仿真分析模型。

圖1 實(shí)例型材截面1

圖2 型材1擠壓分析模型

圖3 型材出口速度及變形

    使用HyperXtrude進(jìn)行仿真分析后得到的結(jié)果如圖3~7所示。分別為型材出口速度及變形，模具變形云圖。

圖4上模模芯X向位移云圖

圖5上模模芯Y向位移云圖

圖6下模型腔在X向位移云圖

圖7下模型腔Y向位移云圖

    從仿真分析結(jié)果來分析，總體上模芯內(nèi)外受力較為均衡、變形很小，但金屬流出�？跁r(shí)的速度相差較大，容易引起型材變形。

    HyperXtrude在模具強(qiáng)度校核時(shí)反應(yīng)出來的數(shù)據(jù)在不同類別模具所表現(xiàn)出來的關(guān)注點(diǎn)是不一樣的。尤其是大型模具的強(qiáng)度校核，叢林集團(tuán)對(duì)以往失效模具做過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大型模具的強(qiáng)度校核是非常必要的。通過強(qiáng)度校核能夠事先發(fā)現(xiàn)模具強(qiáng)度的薄弱之處，并及時(shí)修正可以避免造成不必要的廢模，所以利用Altair HyperXtrude查看型材Z方向的流度，并且查看模具強(qiáng)度以及模具X、Y方向的速度云圖。X、Y方向的變形過大會(huì)導(dǎo)致模具中強(qiáng)度比較薄弱的地方失效而導(dǎo)致模具報(bào)廢。這個(gè)是觀察Z方向速度表現(xiàn)不出來的，而這個(gè)對(duì)模具的壽命影響是非常大的。通過仿真計(jì)算最終確定的修模方案：縮短中間部分工作帶長(zhǎng)度，擴(kuò)大中間部分二層焊合室尺寸，減少兩端部分二層焊合室尺寸，修模方案如圖9所示。

圖8 試模料頭及尺寸圖樣

圖9 修模方案

結(jié)論

    以上實(shí)例表明，只要三維建模準(zhǔn)確，給定擠壓工藝參數(shù)和實(shí)際試模時(shí)的參數(shù)吻合，Altair HyperXtrude軟件的模擬結(jié)果與實(shí)際試模結(jié)果的接近程度很高，基本能夠反映出設(shè)計(jì)問題及缺陷。模具強(qiáng)度校核的應(yīng)用可以有效保證大型模具的設(shè)計(jì)安全性。通過模擬擠壓可以減少試模次數(shù)，校核大型模具的強(qiáng)度，對(duì)模具的安全性預(yù)測(cè)具有明顯效果。模擬結(jié)果對(duì)于模具設(shè)計(jì)具有非常重要指導(dǎo)意義，可以作為模具設(shè)計(jì)的強(qiáng)有力工具。

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本文標(biāo)題：HyperXtrude在鋁型材模具設(shè)計(jì)中的作用

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