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(jì)的優(yōu)劣直接影響擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量。然而實(shí)際生產(chǎn)中,擠壓模具的設(shè)計(jì)更多依賴傳統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),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—?dú)W拉(arbitrarylargrang-euler,ale)算法的hyperxtrude軟件對(duì)多腔壁板鋁型材的擠壓成形過程進(jìn)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(dòng)情況。針對(duì)初始模具設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)同類鋁型材擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)多腔壁板鋁型材擠壓過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,并對(duì)多腔壁板鋁型材擠壓模設(shè)計(jì)以及擠壓過程數(shù)值模擬中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究,以期提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率,實(shí)現(xiàn)模具開發(fā)的高質(zhì)量、低成本、短周期。

文章選取一個(gè)特定的復(fù)雜橫截面型材,分析其模具的設(shè)計(jì)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(duì)鋁合金型材的擠壓過程進(jìn)行模擬分析。通過對(duì)模具設(shè)計(jì)方案的數(shù)值模擬,重點(diǎn)對(duì)坯料在模具中不同位置的速度分布結(jié)果進(jìn)行分析,并對(duì)比實(shí)際試模情況,對(duì)模具的設(shè)計(jì)方案進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)金屬流動(dòng)進(jìn)行控制,以改善模腔內(nèi)的材料流動(dòng),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(yùn)動(dòng)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(shì),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(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)。

以金屬流出擠壓模具工作帶的流速均勻性為目標(biāo),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(duì)擠壓模具工作帶形狀和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,提出擠壓工藝與模具相互匹配、具備實(shí)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(shí)際批量化的模具制造和鋁型材擠壓生產(chǎn)。同時(shí),此項(xiàng)計(jì)算機(jī)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(jì)研發(fā)生產(chǎn)周期、節(jié)省實(shí)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(jì)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(duì)擠壓過程進(jìn)行有限元模擬,研究了擠壓鋁合金空心型材時(shí)金屬的流動(dòng)情況。模擬結(jié)果表明,即便是對(duì)稱性較好的鋁合金窗用光企型材(有一個(gè)對(duì)稱軸)模具,按照常規(guī)的設(shè)計(jì)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(duì)于絕大多數(shù)空心型材來說,其斷面往往都是不對(duì)稱的,僅依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和判斷設(shè)計(jì)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(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的不足,并通過修改設(shè)計(jì)方案,達(dá)到滿意的效果,為設(shè)計(jì)模具提供科學(xué)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(biāo),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(duì)擠壓模具工作帶形狀和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,提出擠壓工藝與模具相互匹配、具備實(shí)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(shí)際批量化的模具制造和鋁型材擠壓生產(chǎn)。同時(shí),此項(xiàng)計(jì)算機(jī)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(jì)研發(fā)生產(chǎn)周期、節(jié)省實(shí)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(jì)效益。

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鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)課件

>試卷 班級(jí)：106模具姓名：學(xué)號(hào)： 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(shí)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?？讐嚎s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(duì)的畫√，錯(cuò)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(xué)中的有限體積法(fvm)基本理論與剛黏塑性流動(dòng)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(shí)現(xiàn)局部細(xì)化;在非正交網(wǎng)格上直接離散直角坐標(biāo)系下的控制方程,避免了采用適體坐標(biāo)系帶來的復(fù)雜坐標(biāo)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(duì)典型薄壁鋁型材擠壓過程進(jìn)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(jìn)行比較,驗(yàn)證了所建立的數(shù)學(xué)模型的正確性。

鋁型材擠壓模具知識(shí) 所謂擠壓，就是對(duì)放在容器（擠壓筒）中的錠坯一端 加以壓力，使之通過模孔成型的一種壓力加工方法。 1.1.1沿型材長度方向斷面不變的實(shí)心型材擠壓 按金屬制品相對(duì)于擠壓桿運(yùn)動(dòng)方向可分為： 1）金屬正向流動(dòng)的擠壓 2）金屬反向流動(dòng)的擠壓 通過擠壓筒傳遞壓力 通過坯料傳遞壓力 同上圖，運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)針擠壓 無縫管材正向熱擠壓 （a）固定針擠壓；（b）隨動(dòng)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(shí)心型材的擠壓 用三個(gè)可拆卸

鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)，為什么要設(shè)計(jì)入口圓角？ 4.在50mn擠壓機(jī)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，模孔數(shù)目為多少合適？ 5.不等壁型材模設(shè)計(jì)時(shí)，如何確定不同壁厚處的?？坠ぷ鲙чL度？ 6.在型材模具設(shè)計(jì)時(shí)，如何平衡模孔不同部位金屬的流動(dòng)速度？ 7.在槽形型材模具設(shè)計(jì)時(shí)，為什么型材模孔的角度應(yīng)增大1°~2°，設(shè)計(jì)成 91°~92°，而且型材底部的?？壮叽鐟?yīng)適當(dāng)擴(kuò)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(jì)時(shí)，?？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(jì)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(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150060) 1模具制造 1．1對(duì)用戶所需型材進(jìn)行檢驗(yàn)和分類 對(duì)所需型材進(jìn)行檢驗(yàn)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(jìn)行設(shè)計(jì)、 計(jì)算和模具加工的基礎(chǔ)，也是最后為客戶提供報(bào)價(jià)的依據(jù)。檢驗(yàn)和分類工作由技術(shù)人員仔細(xì) 地完成，因?yàn)槿绻麢z驗(yàn)的數(shù)據(jù)不正確，可能會(huì)影響訂單的完成。對(duì)每臺(tái)擠壓機(jī)的現(xiàn)有模支承墊 和每個(gè)擠壓筒的直徑應(yīng)進(jìn)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(duì)所需要的型材借助于圖紙進(jìn)行檢驗(yàn)分析，比如在圖1中用圖解說明的檢驗(yàn)單。 再根據(jù)客戶的圖紙(必須對(duì)其比例進(jìn)行核對(duì))，對(duì)型材進(jìn)行檢驗(yàn)，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(jì)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(dòng)為目標(biāo)進(jìn)行工作帶形狀的迭代計(jì)算。經(jīng)實(shí)際算例驗(yàn)證，方法可行。

對(duì)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(jìn)行數(shù)值模擬。在擠壓生產(chǎn)中,金屬流出工作帶時(shí)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(jì)中型材截面流速不均勻,造成端面不平。對(duì)此,提出了三種模具修改方案,并分別對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值模擬,經(jīng)過分析比較確定了最佳模具設(shè)計(jì)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(jì)和結(jié)構(gòu)有關(guān)。 簡要介紹（1）部分大斷面空心型；（2）雙模孔易偏壁空心型材；（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(jì)。 前言：鋁型材生產(chǎn)的質(zhì)量和效率與擠壓模的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，筆者根據(jù)幾年來 的工作實(shí)踐和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，簡要介紹幾種在實(shí)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(jì)實(shí)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(jì)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(jì)結(jié)構(gòu)的不合理性。為此，筆者在 模具設(shè)計(jì)上：上模采用偏橋，下模在料倉內(nèi)加凸筋的設(shè)計(jì)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?yàn)榇竺娣至骺捉咏?中心，金屬流速快而引起的，因此在焊合室中大面?？浊爸靡?/p>

鋁在地殼中的儲(chǔ)量為8%左右,是儲(chǔ)量位于第三的元素,生產(chǎn)鋁的礦產(chǎn)資源豐富,全球儲(chǔ)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(jià)將持續(xù)上漲;另一方面鋁的可回收性很強(qiáng),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%。

鋁型材擠壓模具管理制度 一、申請(qǐng)開模 1、按照客戶或銷售人員提供的的圖紙或樣品由公司委托模具生產(chǎn)廠家制圖，圖紙經(jīng)審核后由 模具管理員或銷售經(jīng)理提出開模申請(qǐng)，再經(jīng)公司領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)后開模。如果屬于用戶提供的圖紙或 樣品，需開模具的圖紙必須經(jīng)過客戶的認(rèn)可并簽字。 2、模具訂購單經(jīng)公司領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效并傳真至模具生產(chǎn)廠家，五金庫房、模具管理員和銷售 經(jīng)理各執(zhí)一份。 二、模具驗(yàn)收 1、模具發(fā)到公司后，由五經(jīng)庫房根據(jù)訂購單進(jìn)行數(shù)量驗(yàn)收，與訂單不相符合或無訂單的模具 不予驗(yàn)收。 2、經(jīng)五金庫房驗(yàn)收并辦好入庫手續(xù)后，由模具管理員在五金庫房辦理領(lǐng)用手續(xù)。模具管理員 和修模工共同進(jìn)行檢查驗(yàn)收，驗(yàn)收內(nèi)容包括：檢查模具的外形尺寸、斷面是否和圖紙相符以及 模具的硬度等。每付模具建立模具跟蹤隨行卡，并在電腦上建立模具臺(tái)帳。 三、試模 1、由模具管理員開《試模通知單》，交予生產(chǎn)排產(chǎn)員，由生產(chǎn)排產(chǎn)員下達(dá)生產(chǎn)指令安排擠壓 車間試

針對(duì)空心鋁型材擠壓件,采用傳統(tǒng)分流組合模具和蝶形模2種設(shè)計(jì)方案,分別建立三維設(shè)計(jì)模型,結(jié)合常規(guī)等速擠壓工藝參數(shù),使用有限元數(shù)值分析軟件hyperxtrude分別對(duì)2副模具的型材擠壓過程進(jìn)行有限元數(shù)值仿真模擬,同時(shí)運(yùn)用軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能對(duì)2副模具的工作帶分別進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。分析、比較鋁合金金屬在模具型腔內(nèi)流動(dòng)變形的形態(tài)、壓力、速度以及模具結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力、彈性變形等參數(shù)。結(jié)果表明:采用蝶形模擠壓成形空心型材時(shí),金屬的流動(dòng)及變形較傳統(tǒng)模具擠壓時(shí)更均勻,分流橋上端流動(dòng)死區(qū)減小,擠壓壓力曲線平穩(wěn),模具的等效應(yīng)力分布更均勻,延長了模具的使用壽命,提高了生產(chǎn)效率和合格率、降低了生產(chǎn)成本,提高了經(jīng)濟(jì)效益。

建立了有限體積法數(shù)值仿真、改進(jìn)的誤差反向傳遞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法相結(jié)合的鋁型材擠壓工作帶長度優(yōu)化模型.將型材截面劃分單元,由正交試驗(yàn)法得到單元工作帶長度值作為網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本的輸入值,模型目標(biāo)值為變形后質(zhì)點(diǎn)速度均方差.基于有限體積法的數(shù)值仿真技術(shù)獲得樣本目標(biāo)值,模型的全局優(yōu)化解由遺傳算法求得.最后將優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用于工程實(shí)際,取得了滿意的效果.

鋁型材擠壓加工全過程（圖文） 鋁合金擠壓過程實(shí)際是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開始的，因?yàn)楫a(chǎn)品的設(shè)計(jì)是基于給定的使用要求，使 用要求決定了產(chǎn)品的許多最終參數(shù)。如產(chǎn)品的機(jī)械加工性能、表面處理性能以及使用環(huán)境要 求，這些性能和要求實(shí)際就決定了被擠壓鋁合金種類的選擇。而同一中鋁合金擠壓出來的鋁 型材性能則取決于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)形狀。而產(chǎn)品的形狀決定了擠壓模具的形狀。設(shè)計(jì)的問題一旦 解決了，則實(shí)際的擠壓過程就是從擠壓用鋁鑄棒開始，鋁鑄棒在擠壓前必須加熱使其軟化， 加熱好的鋁鑄棒放入擠壓機(jī)的盛錠筒內(nèi)，然后由大功率的油壓缸推動(dòng)擠壓桿，擠壓桿的前端 有擠壓墊，這樣被加熱變軟的鋁合金在擠壓墊的強(qiáng)大壓力作用下從模具精密成型孔擠出成 型。這就是模具的作用：生產(chǎn)所需要產(chǎn)品的形狀。 該圖為：典型臥式液壓擠壓機(jī)簡圖擠壓方向?yàn)橛勺笙蛴?這就是對(duì)現(xiàn)在使用最為廣泛的直接擠壓的簡單描述，間接擠壓是一個(gè)相似過程，但是也 有些非常重要