大型復(fù)雜截面鋁型材擠壓過程數(shù)值模擬及模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化

擠壓模具在鋁型材擠壓生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用,擠壓模具設(shè)計的優(yōu)劣直接影響擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量。然而實際生產(chǎn)中,擠壓模具的設(shè)計更多依賴傳統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗,需要多次試模和修模,無法滿足產(chǎn)品開發(fā)需求。以典型的多腔壁板鋁型材為例,應(yīng)用ug建立分流組合模幾何模型,采用基于任意拉格朗日—歐拉(arbitrarylargrang-euler,ale)算法的hyperxtrude軟件對多腔壁板鋁型材的擠壓成形過程進行數(shù)值模擬,獲得擠壓過程中速度場、溫度場、應(yīng)力場及金屬流動情況。針對初始模具設(shè)計的不足,提出多腔壁板鋁型材擠壓模具優(yōu)化三步曲(開設(shè)引流槽、增設(shè)阻流塊、優(yōu)化工作帶),有效地解決了初始模具設(shè)計中速度分布不均的問題。利用數(shù)值模擬方法可以優(yōu)化模具結(jié)構(gòu),提出的多腔壁板鋁型材擠壓模具優(yōu)化三步曲對同類鋁型材擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。

以典型的多腔壁板鋁型材為例,應(yīng)用pro/e建立了分流組合模的幾何模型,利用鍛造專用有限元軟件對多腔壁板鋁型材擠壓過程進行了數(shù)值模擬,并對多腔壁板鋁型材擠壓模設(shè)計以及擠壓過程數(shù)值模擬中的關(guān)鍵問題進行了研究,以期提高模具設(shè)計質(zhì)量和效率,實現(xiàn)模具開發(fā)的高質(zhì)量、低成本、短周期。

文章選取一個特定的復(fù)雜橫截面型材,分析其模具的設(shè)計方案;建立了擠壓過程的有限元模型,利用基于任意拉格朗日歐拉法(ale)的hyperxtrude專用模塊,對鋁合金型材的擠壓過程進行模擬分析。通過對模具設(shè)計方案的數(shù)值模擬,重點對坯料在模具中不同位置的速度分布結(jié)果進行分析,并對比實際試模情況,對模具的設(shè)計方案進行了修正,探討了在擠壓工藝中通過模具結(jié)構(gòu)的調(diào)整,實現(xiàn)對金屬流動進行控制,以改善模腔內(nèi)的材料流動,獲得合格的型材產(chǎn)品。

介紹了鋁型材擠壓過程數(shù)值模擬的基本理論,包括描述流體運動的方法、材料模型及本構(gòu)關(guān)系、控制微分方程等。分析了有限元法和有限體積法在鋁型材擠壓過程數(shù)值模擬中的應(yīng)用現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)有限體積法由于采用歐拉描述,能避免網(wǎng)格畸變及重劃而具有技術(shù)優(yōu)勢,并開始受到重視,提出了有限元法及有限體積法在鋁型材擠壓過程數(shù)值模擬中應(yīng)用的研究重點及發(fā)展趨勢。

以金屬流出擠壓模具工作帶的流速均勻性為目標,以確保高質(zhì)量成形為目的,采用正常擠壓工藝設(shè)置相應(yīng)工藝參數(shù),使用hyperxtrude軟件對擠壓模具工作帶形狀和參數(shù)進行優(yōu)化,提出擠壓工藝與模具相互匹配、具備實際應(yīng)用可行性的數(shù)值化應(yīng)用解決方案,用以指導(dǎo)實際批量化的模具制造和鋁型材擠壓生產(chǎn)。同時,此項計算機數(shù)值模擬分析研究方法產(chǎn)生的＂虛擬試模＂效果,可以減少鋁型材設(shè)計研發(fā)生產(chǎn)周期、節(jié)省實際生產(chǎn)試模次數(shù)、提高生產(chǎn)效率和成品率、降低型材擠壓生產(chǎn)成本,提高鋁型材生產(chǎn)經(jīng)濟效益。

應(yīng)用ugnx建立了平面分流組合模的幾何模型,利用有限元軟件deform-3d對擠壓過程進行有限元模擬,研究了擠壓鋁合金空心型材時金屬的流動情況。模擬結(jié)果表明,即便是對稱性較好的鋁合金窗用光企型材(有一個對稱軸)模具,按照常規(guī)的設(shè)計方法也很難避免金屬的流速不均問題,影響型材的成型度。對于絕大多數(shù)空心型材來說,其斷面往往都是不對稱的,僅依靠設(shè)計者的經(jīng)驗和判斷設(shè)計模具是很難避免金屬流速不均問題的。而采用有限元模擬的方法,則可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的不足,并通過修改設(shè)計方案,達到滿意的效果,為設(shè)計模具提供科學的依據(jù)。

以金屬流出擠壓模具工作帶的流速均勻性為目標,以確保高質(zhì)量成形為目的,采用正常擠壓工藝設(shè)置相應(yīng)工藝參數(shù),使用hyperxtrude軟件對擠壓模具工作帶形狀和參數(shù)進行優(yōu)化,提出擠壓工藝與模具相互匹配、具備實際應(yīng)用可行性的數(shù)值化應(yīng)用解決方案,用以指導(dǎo)實際批量化的模具制造和鋁型材擠壓生產(chǎn)。同時,此項計算機數(shù)值模擬分析研究方法產(chǎn)生的"虛擬試模"效果,可以減少鋁型材設(shè)計研發(fā)生產(chǎn)周期、節(jié)省實際生產(chǎn)試模次數(shù)、提高生產(chǎn)效率和成品率、降低型材擠壓生產(chǎn)成本,提高鋁型材生產(chǎn)經(jīng)濟效益。

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鋁型材擠壓模具設(shè)計課件

>試卷 班級：106模具姓名：學號： 一、填空題（30分） 1.鋁合金擠壓型材按橫截面的形狀和尺寸可分為四組：、、、 。 2.大型基本擠壓工具包括、、、、和 等；模具包括、等直接參與金屬變形且消耗比較大的工具。 3.沿長度方向斷面不變的實心型材擠壓有三種基本方法是：⑴、⑵、⑶ 4.型材主要失效與壞損形式有、、和。 5.型材擠壓模具按模孔壓縮區(qū)斷面形狀可分為：、、、 和等。 6.修模的基本方法有、、、垳磨與拋光及表面氮化等。 7.鉗工修模主要包括鉗修工作帶，保證尺寸精度和降低表面粗糙度，修平、、 、橋部的刀紋、棱角，去除氧化皮、組裝垳磨模子等 二、判斷題（對的畫√，錯的畫×，10分） 1.電火花成形加工主要加工模子工作帶、墊模和專用環(huán)的模腔通孔以及直徑較小深度較深、內(nèi)表面要求較光滑的通孔和盲 孔。（） 2

將流體力學中的有限體積法(fvm)基本理論與剛黏塑性流動理論相結(jié)合,建立了基于非正交結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的鋁型材擠壓過程有限體積法數(shù)值模擬模型。模型采用非正交結(jié)構(gòu)網(wǎng)格擬合復(fù)雜幾何形狀邊界,可實現(xiàn)局部細化;在非正交網(wǎng)格上直接離散直角坐標系下的控制方程,避免了采用適體坐標系帶來的復(fù)雜坐標轉(zhuǎn)換問題。采用simple算法耦合求解壓力場和速度場,推導(dǎo)了非正交網(wǎng)格上的壓力修正方程。開發(fā)了鋁型材非穩(wěn)態(tài)擠壓有限體積法數(shù)值模擬程序ae-fvm,并對典型薄壁鋁型材擠壓過程進行了模擬和模具優(yōu)化,通過將模擬結(jié)果與基于有限體積法的模擬軟件msc/superforge的結(jié)果進行比較,驗證了所建立的數(shù)學模型的正確性。

鋁型材擠壓模具知識 所謂擠壓，就是對放在容器（擠壓筒）中的錠坯一端 加以壓力，使之通過?？壮尚偷囊环N壓力加工方法。 1.1.1沿型材長度方向斷面不變的實心型材擠壓 按金屬制品相對于擠壓桿運動方向可分為： 1）金屬正向流動的擠壓 2）金屬反向流動的擠壓 通過擠壓筒傳遞壓力 通過坯料傳遞壓力 同上圖，運動構(gòu)件不同 3）正向和反向的聯(lián)合擠壓 擠壓筒、坯料、模具都參與先后運動形成擠壓 1.1.2空心型材擠壓可分為： 1）固定針擠壓 2）隨動針擠壓 無縫管材正向熱擠壓 （a）固定針擠壓；（b）隨動針擠壓 1－擠壓桿；2－擠壓墊；3－擠壓筒；4－擠壓模；5－錠 坯；6－擠壓制品；7－擠壓針 3）焊合擠壓 焊合管材、空心型材正向熱擠壓 1－擠壓桿；2－擠壓墊；3－擠壓筒；4－上模；5－下模； 6－錠坯；7－擠壓制品 1.1.3階段變斷面實心型材的擠壓 用三個可拆卸

鋁型材擠壓模具設(shè)計思考題 1、基本概念 平模、錐模、正錐模、倒錐模、舌比、比周長、寬厚比、阻礙角、促流角、擠 壓比、分流比、寬展量、寬展角、比壓 2.模具工作帶的作用是什么？確定工作帶長度的原則是什么？ 3.擠壓模具設(shè)計時，為什么要設(shè)計入口圓角？ 4.在50mn擠壓機直徑為360mm的擠壓筒上，擠壓直徑為40mm棒材，合理的擠 壓比范圍為10~15，?？讛?shù)目為多少合適？ 5.不等壁型材模設(shè)計時，如何確定不同壁厚處的模孔工作帶長度？ 6.在型材模具設(shè)計時，如何平衡?？撞煌课唤饘俚牧鲃铀俣龋?7.在槽形型材模具設(shè)計時，為什么型材模孔的角度應(yīng)增大1°~2°，設(shè)計成 91°~92°，而且型材底部的?？壮叽鐟?yīng)適當擴大0.1~0.8mm？ 8.分流模主要由那幾部分構(gòu)成，焊合室的主要作用是什么？ 。 9.型材?？自O(shè)計時，?？壮叽缫刃筒牡拿x尺寸大一些，這是為什么？ 10.分流模設(shè)計中，

工業(yè)鋁型材技術(shù)專集·543· 模具制造和模具修正 bstein，bonn 盧莉莉，孫藝文，張玉潔，李越譯，王麗巍校 【東北輕合金有限責任公司，黑龍江哈爾濱150060) 1模具制造 1．1對用戶所需型材進行檢驗和分類 對所需型材進行檢驗和分類是擠壓廠很重要的工作之一。它是模具生產(chǎn)車間進行設(shè)計、 計算和模具加工的基礎(chǔ)，也是最后為客戶提供報價的依據(jù)。檢驗和分類工作由技術(shù)人員仔細 地完成，因為如果檢驗的數(shù)據(jù)不正確，可能會影響訂單的完成。對每臺擠壓機的現(xiàn)有模支承墊 和每個擠壓筒的直徑應(yīng)進行匯編整理，不同的模支承墊的孔徑應(yīng)按照1：1的比例畫在透明的 箔上(圖1)。對所需要的型材借助于圖紙進行檢驗分析，比如在圖1中用圖解說明的檢驗單。 再根據(jù)客戶的圖紙(必須對其比例進行核對)，對型材進行檢驗，應(yīng)考慮到： (1)擠壓后比較明顯的斷面部分； (2)處在輸出輥道上的斷面的定位，

提出了一種鋁型材擠壓模工作帶形狀的數(shù)值設(shè)計方法，該法以三維剛塑性有限元分析為基礎(chǔ)，以獲得均勻流動為目標進行工作帶形狀的迭代計算。經(jīng)實際算例驗證，方法可行。

對aa1100鋁材長方形空心管的擠壓過程使用數(shù)值分析軟件superforge進行數(shù)值模擬。在擠壓生產(chǎn)中,金屬流出工作帶時的流速均勻性是得到高質(zhì)量型材的關(guān)鍵。在擠壓生產(chǎn)中通常采用幾種方法修改模具,消除流速不均,例如修改分流孔的大小、形狀和位置分布,修改工作帶長度和焊合室形狀尺寸等。本文通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)在長方形空心管擠壓的初始模具設(shè)計中型材截面流速不均勻,造成端面不平。對此,提出了三種模具修改方案,并分別對其進行了數(shù)值模擬,經(jīng)過分析比較確定了最佳模具設(shè)計方案,由此方案可以生產(chǎn)出合格的擠壓件。

?????摘要：鋁型材的擠壓缺陷很大一部分都直接或間接的與擠壓模的設(shè)計和結(jié)構(gòu)有關(guān)。 簡要介紹（1）部分大斷面空心型；（2）雙?？滓灼诳招男筒?；（3）小開口、懸臂面 積大的平面型材；（4）壁薄而長度比比較大的平面型材等擠壓模的優(yōu)化設(shè)計。 前言：鋁型材生產(chǎn)的質(zhì)量和效率與擠壓模的設(shè)計和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，筆者根據(jù)幾年來 的工作實踐和生產(chǎn)經(jīng)驗，簡要介紹幾種在實際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)問題的鋁材擠壓模的優(yōu)化 設(shè)計實踐，與同行們共討論。 部分大斷面空心型材模具的優(yōu)化 斷面空心比較大的空心型材在常規(guī)設(shè)計情況下，常出現(xiàn)大面起波，平面間隙超差， 明顯焊縫等缺陷，出現(xiàn)這些問題，通常是緣于模具設(shè)計結(jié)構(gòu)的不合理性。為此，筆者在 模具設(shè)計上：上模采用偏橋，下模在料倉內(nèi)加凸筋的設(shè)計方案。 由于在生產(chǎn)過程中，型材大面起波、平面間隙超差等缺陷-般是因為大面分流孔接近 中心，金屬流速快而引起的，因此在焊合室中大面模孔前置一

鋁在地殼中的儲量為8%左右,是儲量位于第三的元素,生產(chǎn)鋁的礦產(chǎn)資源豐富,全球儲量還可持續(xù)開采200年。從鋁土礦開采到生產(chǎn)氧化鋁,再到生產(chǎn)原鋁成本巨大。一方面隨著能源成本的增加和全球?qū)︿X需求的持續(xù)增長,鋁價將持續(xù)上漲;另一方面鋁的可回收性很強,鋁型材擠壓工業(yè)的廢料可以直接加工成擠壓坯料,加工成本僅為原鋁的10%,能源消耗僅為原鋁的5%。

文章利用剛粘塑性有限元軟件deform-3d對分流組合模擠壓小直徑薄壁純鋁圓管過程進行了三維有限元模擬,得出了模具焊合室深度以及工作帶長度對擠壓力、應(yīng)力應(yīng)變、模具應(yīng)力等物理場量的影響規(guī)律,從而對模具結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化。模擬結(jié)果表明,分流模上模應(yīng)力集中主要分布在分流橋和模芯部位,下模應(yīng)力集中分布在工作帶附近和焊合室圓角過渡區(qū),焊合室深度和工作帶長度對產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響。通過試驗得知,加大焊合室深度和工作帶長度,可提高產(chǎn)品焊縫強度和表面質(zhì)量。

ω槽道翅片管具有精密的內(nèi)槽道結(jié)構(gòu),尺寸精度要求高,成形難度大。利用有限體積法對ω槽道翅片管的擠壓成形過程進行了模擬計算,通過分析對比模擬得到的擠出速度場和料頭形貌,探討了不同的模具結(jié)構(gòu)對金屬流動和管材成形的尺寸精密度的影響。模擬結(jié)果表明,采用非等長工作帶和6.5mm的模芯設(shè)計時,翅片管擠壓出口金屬的流速場最為均勻,尺寸精密度最好。按最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計模具并進行擠壓實驗,擠壓實驗和模擬仿真得到的料頭形貌吻合較好,實驗測得的擠壓速度和模擬得到的速度基本相符,誤差在8.75%以內(nèi),表明模型構(gòu)建的較為準確。

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散熱鋁型材擠壓模具設(shè)計