1.導(dǎo)言

鋁合金商品因其質(zhì)量輕，比強(qiáng)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(yùn)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(jì)水平的開展和人們環(huán)保節(jié)能減排意識(shí)進(jìn)步，鋁合金商品在人們?nèi)兆又械倪\(yùn)用不斷添加。對(duì)鋁合金件的種類，巨細(xì)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(duì)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(yùn)用的疑問，一個(gè)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(duì)規(guī)劃進(jìn)行驗(yàn)證和反應(yīng)，進(jìn)步規(guī)劃的成功率，有著很大的開展前景。

對(duì)揉捏成形，一方面，金屬處于揉捏筒以及模具腔以內(nèi)時(shí)，金屬活動(dòng)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(diǎn)固定于空間不動(dòng)，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(yùn)動(dòng)不受模具作業(yè)外表束縛，處于自由運(yùn)動(dòng)狀況。此刻則選用拉格朗日描繪，核算網(wǎng)格點(diǎn)是和物質(zhì)點(diǎn)一同運(yùn)動(dòng)的，這使得核算能精確地追尋物體的運(yùn)動(dòng)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(gè)商品型號(hào)，型材雜亂橫截面尺度如圖1所示。該斷面型材的請(qǐng)求壁厚為2.5mm，其截面積為1907.1mm2，模具的運(yùn)用請(qǐng)求是在22MN揉捏機(jī)上，選用直徑為200mm的鋁棒進(jìn)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?yàn)樾筒臄嗝娴耐饨訄A直徑到達(dá)Φ236.3mm，比揉捏棒料的直徑尺度大了約20%，因而需求對(duì)資料進(jìn)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(diǎn)，需求做一塊導(dǎo)流板以維護(hù)上模和引導(dǎo)金屬向兩端活動(dòng)。

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(hào)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(gè)空心大斷面，基地部位有一條加強(qiáng)筋。

從規(guī)劃的視點(diǎn)看，一方面因?yàn)榻孛婊卮嬖谝粭l較長的加強(qiáng)筋，為了滿意資料活動(dòng)供料的請(qǐng)求，需求在加強(qiáng)筋相應(yīng)上模的方位開設(shè)一個(gè)分流孔以確保有滿意的資料流向加強(qiáng)筋的出口方位。一起另一方面，模具上模將存在兩個(gè)大截面積的模芯，資料入口正面受壓面積較大，因而從上?；胤轿惶砑右粋€(gè)分流孔，以引導(dǎo)資料的活動(dòng)，削減模具正面接受的壓力。

對(duì)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(yuǎn)邊角的供料請(qǐng)求，盡量使有滿意多的金屬能流向兩端，平衡因?yàn)槠渑c近基地方位的金屬活動(dòng)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(gè)分流橋進(jìn)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(duì)模具進(jìn)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(dòng)應(yīng)力適應(yīng)于實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(dòng)速度散布圖，導(dǎo)流板上因?yàn)榛胤轿坏姆至骺淄疫呁嵝毕蛳鹿┝?，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(dòng)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(dòng)速度散布圖，上模的分流孔散布延續(xù)了導(dǎo)流板的趨勢(shì)，擺布兩端的寬展視點(diǎn)持平，因而右邊分流孔中的金屬活動(dòng)依然比左面分流孔快。其間左面分流孔中金屬活動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(qiáng)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(dá)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(dá)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?chǎng)的誤差很大。

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(yùn)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(duì)模具失效方位的剖析，發(fā)現(xiàn)模具鋼材存在比較嚴(yán)重的成分偏析，對(duì)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(bǔ)做新的上模時(shí)，必定需求對(duì)模具的構(gòu)造進(jìn)行修正，以改進(jìn)金屬活動(dòng)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(dòng)。

依據(jù)成果的剖析，對(duì)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(duì)金屬的阻止效果，模具則由七個(gè)分流孔成為五個(gè)分流孔的構(gòu)造。別的兩端分流孔稍稍往外擴(kuò)，削減金屬活動(dòng)時(shí)對(duì)分流孔下面模芯的正面壓力

初始規(guī)劃時(shí)，因?yàn)樾筒臄[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?yàn)槌叨纫粯?，依照?guī)劃經(jīng)歷兩端金屬活動(dòng)狀況應(yīng)當(dāng)一樣。但實(shí)踐卻是因?yàn)榛胤至骺卓坑业脑?，模具右邊的金屬活?dòng)較左面方位快，可見影響金屬活動(dòng)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(dòng)狀況。

4.定論

（1）恣意拉格朗日歐拉法吸取了有限單元法對(duì)位移描繪精確和有限體積法在資料活動(dòng)大變形上的長處，從這篇文章的運(yùn)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(dòng)和變形狀況。

（2）這篇文章經(jīng)過有限元剖析，尤其是對(duì)金屬活動(dòng)速度場(chǎng)的剖析評(píng)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(jìn)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(duì)金屬的活動(dòng)進(jìn)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(duì)擺布兩端分流孔的金屬活動(dòng)存在必定的影響，致使規(guī)劃尺度相對(duì)稱的兩孔的金屬活動(dòng)并不共同。而經(jīng)過數(shù)值模仿能取得金屬活動(dòng)進(jìn)程直觀的反映，使規(guī)劃人員能非常好的改進(jìn)規(guī)劃的思想。

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