1.導(dǎo)言

鋁合金商品因其質(zhì)量輕，比強度高，外形漂亮，而鋁合金型材更是廣泛用于建筑建材、交通運輸、航空航天、電子電器等多行業(yè)多領(lǐng)域當(dāng)中。跟著經(jīng)濟水平的開展和人們環(huán)保節(jié)能減排意識進步，鋁合金商品在人們?nèi)兆又械倪\用不斷添加。對鋁合金件的種類，巨細的不一樣需求也越來越廣泛。尤其在地鐵，汽車等交通工具的高速開展，對大型鋁合金型材件的需求越來越大。

鋁合金型材出產(chǎn)中的基地疑問是型材模具的規(guī)劃制作和運用的疑問，一個鋁合金型材商品的成形與模具的構(gòu)造是不是合理，各種尺度要素是不是妥當(dāng)有著直接的聯(lián)系。而在目前，國內(nèi)行業(yè)的遍及現(xiàn)狀仍是經(jīng)過經(jīng)歷類推的辦法規(guī)劃模具，模具的一次試模成功率一向不高，大概只要50%-60%。經(jīng)過數(shù)值模仿的手法對規(guī)劃進行驗證和反應(yīng)，進步規(guī)劃的成功率，有著很大的開展前景。

對揉捏成形，一方面，金屬處于揉捏筒以及模具腔以內(nèi)時，金屬活動的外外表即為揉捏筒和模具與坯料觸摸的外表。此刻，選用歐拉描繪，核算的網(wǎng)格點固定于空間不動，這使得它徹底避免了拉格朗日描繪中存在的網(wǎng)格歪曲和重區(qū)分的疑問。另一方面，當(dāng)在揉捏成形金屬擠出模具后，金屬運動不受模具作業(yè)外表束縛，處于自由運動狀況。此刻則選用拉格朗日描繪，核算網(wǎng)格點是和物質(zhì)點一同運動的，這使得核算能精確地追尋物體的運動和變形。

2.模具規(guī)劃與模型樹立

2.1 模具規(guī)劃

下面是某型材廠出產(chǎn)的一個商品型號，型材雜亂橫截面尺度如圖1所示。該斷面型材的請求壁厚為2.5mm，其截面積為1907.1mm2，模具的運用請求是在22MN揉捏機上，選用直徑為200mm的鋁棒進行揉捏，揉捏比系數(shù)λ =16.5，組合模具尺度為Φ398 300mm。擠壓鋁合金是6063-T5。擠壓速度為5mm/s。

因為型材斷面的外接圓直徑到達Φ236.3mm，比揉捏棒料的直徑尺度大了約20%，因而需求對資料進行比較大的寬展成形。為了減輕模具上模分流橋部位的壓力，以及盡量削減上模的寬展視點，需求做一塊導(dǎo)流板以維護上模和引導(dǎo)金屬向兩端活動。

再依據(jù)模具規(guī)劃的根本準(zhǔn)則，將Φ398 300mm的組合模具尺度確定為：導(dǎo)流板Φ398 85mm（93mm），上模Φ398 120mm，下模Φ398 95mm（103mm），括號內(nèi)尺度標(biāo)明加上裝配止口高度的模具厚度尺度。

型材截面具有兩個空心大斷面，基地部位有一條加強筋。

從規(guī)劃的視點看，一方面因為截面基地存在一條較長的加強筋，為了滿意資料活動供料的請求，需求在加強筋相應(yīng)上模的方位開設(shè)一個分流孔以確保有滿意的資料流向加強筋的出口方位。一起另一方面，模具上模將存在兩個大截面積的模芯，資料入口正面受壓面積較大，因而從上模基地方位添加一個分流孔，以引導(dǎo)資料的活動，削減模具正面接受的壓力。

對分流孔和寬展等構(gòu)造的布置，一方面要滿意型材截面兩端離基地較遠邊角的供料請求，盡量使有滿意多的金屬能流向兩端，平衡因為其與近基地方位的金屬活動速度誤差。

兩端分流孔暗影有些倒角45°，以削減分流橋和模芯方位的正面受壓；基地上下兩個分流橋進料和出料方向需求沉橋，以降低單薄方位接受的壓力。

2.2 樹立有限元模型

首要，依照規(guī)劃方案對模具進行三維CAD建模和區(qū)分有限元網(wǎng)格：

其間，R是氣體常數(shù)，取R =8.314（J/mol/K）；T是溫度，α、A、Q和m分別是用來將活動應(yīng)力適應(yīng)于實驗數(shù)據(jù)的參數(shù)，其間α = 25MPa，ln（A）= 22.5（1/s），Q = 141550（J/mol） 和m。 K0（T）是依賴于溫度的參數(shù)。

資料彈性模量為3.681ⅹ1010Pa，密度為2.64ⅹ103kg/m3，泊松比為0.333，坯料加熱溫度為480°C。模具與揉捏筒預(yù)熱溫度為430°C。剖析核算在Hyperxtrude揉捏專用有限元剖析模塊進行，在本次剖析中，沖突選用庫侖模型，沖突系數(shù)取0.4[6,7]。

3.顯現(xiàn)的是導(dǎo)流板端面往下50mm截取平面的金屬活動速度散布圖，導(dǎo)流板上因為基地方位的分流孔往右邊歪斜向下供料，致使金屬較多的被拖向右邊的分流孔，致使金屬在右邊的分流孔中活動比左面的分流孔快。

是上模入料端面往下60mm截得平面的金屬活動速度散布圖，上模的分流孔散布延續(xù)了導(dǎo)流板的趨勢，擺布兩端的寬展視點持平，因而右邊分流孔中的金屬活動依然比左面分流孔快。其間左面分流孔中金屬活動速度的最大值為9.855mm/s，右邊分流孔則為13.72mm/s。

是在焊合室基地方位截取平面的金屬活動速度散布圖，圖中能夠很明顯看出右邊截面資料流速較快，速度值在12~14mm/s之間；左面截面左端次之，速度值在8~10mm/s之間；左面截面靠基地的上下兩端速度最慢，速度值約在4~6mm

顯現(xiàn)的是型材擠出的金屬活動速度散布。從試模的成果和模仿成果都標(biāo)明，截面兩端出料太快，而基地和加強筋的方位太慢，無法正常出材。其間，數(shù)值模仿成果顯現(xiàn)出口速度最大到達290.6mm/s。而依據(jù)理論核算，型材擠出的平均速度

可見的值到達3.59，而擠出型材在基地的方位的速度值取得最小值，只要40mm/s擺布?？梢娝俣葓龅恼`差很大。

以上方案規(guī)劃的模具經(jīng)過屢次修模以后，模具經(jīng)過了試模，但在運用中，僅擠出沒到2噸的商品在中赤色顯現(xiàn)的方位即呈現(xiàn)了裂橋。

從裂橋的方位能夠闡明該方位是模具最單薄方位，而依據(jù)對模具失效方位的剖析，發(fā)現(xiàn)模具鋼材存在比較嚴重的成分偏析，對模具的壽命有較大的影響。

3.2 規(guī)劃批改

依據(jù)模具的首次試模成果和數(shù)值模仿成果，在補做新的上模時，必定需求對模具的構(gòu)造進行修正，以改進金屬活動的供應(yīng)狀況，引導(dǎo)更多的金屬流向基地的部位，平衡金屬的活動。

依據(jù)成果的剖析，對規(guī)劃方案采取了以下修正，將基地兩孔之間的分流橋去掉，削減其對金屬的阻止效果，模具則由七個分流孔成為五個分流孔的構(gòu)造。別的兩端分流孔稍稍往外擴，削減金屬活動時對分流孔下面模芯的正面壓力

初始規(guī)劃時，因為型材擺布的兩條邊尺度根本一樣，依照一般的經(jīng)歷，規(guī)劃的擺布兩端的分流孔入料尺度一樣。因為尺度一樣，依照規(guī)劃經(jīng)歷兩端金屬活動狀況應(yīng)當(dāng)一樣。但實踐卻是因為基地分流孔靠右的原因，模具右邊的金屬活動較左面方位快，可見影響金屬活動的要素是多方面構(gòu)成的。因而在修模中，從作業(yè)帶上作相應(yīng)的修正，將圖5中，左面角上的作業(yè)帶高度由3.5mm改短為3.2mm，一起將右邊邊上的作業(yè)帶高度由5.3mm改成5.8mm，經(jīng)過作業(yè)帶的阻止效果，平衡擺布兩端的金屬活動狀況。

4.定論

（1）恣意拉格朗日歐拉法吸取了有限單元法對位移描繪精確和有限體積法在資料活動大變形上的長處，從這篇文章的運用中，Hyperxtrude揉捏專用有限元模仿軟件能極好的描繪揉捏穩(wěn)態(tài)期間金屬的活動和變形狀況。

（2）這篇文章經(jīng)過有限元剖析，尤其是對金屬活動速度場的剖析評估，闡明數(shù)值模仿剖析能有用的幫助鋁合金型材模具的規(guī)劃，進步規(guī)劃的成功率并降低模具的返修次數(shù)。

（3）模具的規(guī)劃的本質(zhì)是經(jīng)過模腔對金屬的活動進行操控，以取得出口速度均勻的型材。從本型材的模具規(guī)劃中，基地分流孔的方位對擺布兩端分流孔的金屬活動存在必定的影響，致使規(guī)劃尺度相對稱的兩孔的金屬活動并不共同。而經(jīng)過數(shù)值模仿能取得金屬活動進程直觀的反映，使規(guī)劃人員能非常好的改進規(guī)劃的思想。

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