1.導言

鋁合金商品因其質量輕，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、電子電器等多行業多領域當中。跟著經濟水平的開展和人們環保節能減排意識進步，鋁合金商品在人們日子中的運用不斷添加。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。

鋁合金型材出產中的基地疑問是型材模具的規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造是不是合理，各種尺度要素是不是妥當有著直接的聯系。而在目前，國內行業的遍及現狀仍是經過經歷類推的辦法規劃模具，模具的一次試模成功率一向不高，大概只要50%-60%。經過數值模仿的手法對規劃進行驗證和反應，進步規劃的成功率，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格歪曲和重區分的疑問。另一方面，當在揉捏成形金屬擠出模具后，金屬運動不受模具作業外表束縛，處于自由運動狀況。此刻則選用拉格朗日描繪，核算網格點是和物質點一同運動的，這使得核算能精確地追尋物體的運動和變形。

2.模具規劃與模型樹立

2.1 模具規劃

下面是某型材廠出產的一個商品型號，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，需求做一塊導流板以維護上模和引導金屬向兩端活動。

再依據模具規劃的根本準則，將Φ398 300mm的組合模具尺度確定為：導流板Φ398 85mm（93mm），上模Φ398 120mm，下模Φ398 95mm（103mm），括號內尺度標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，需求在加強筋相應上模的方位開設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?；胤轿惶砑右粋€分流孔，以引導資料的活動，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，依照規劃方案對模具進行三維CAD建模和區分有限元網格：

其間，R是氣體常數，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力適應于實驗數據的參數，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。

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，沖突系數取0.4[6,7]。

3.顯現的是導流板端面往下50mm截取平面的金屬活動速度散布圖，導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了導流板的趨勢，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，數值模仿成果顯現出口速度最大到達290.6mm/s。而依據理論核算，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。

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

從裂橋的方位能夠闡明該方位是模具最單薄方位，而依據對模具失效方位的剖析，發現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 規劃批改

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

依據成果的剖析，對規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

初始規劃時，因為型材擺布的兩條邊尺度根本一樣，依照一般的經歷，規劃的擺布兩端的分流孔入料尺度一樣。因為尺度一樣，依照規劃經歷兩端金屬活動狀況應當一樣。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成的。因而在修模中，從作業帶上作相應的修正，將圖5中，左面角上的作業帶高度由3.5mm改短為3.2mm，一起將右邊邊上的作業帶高度由5.3mm改成5.8mm，經過作業帶的阻止效果，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態期間金屬的活動和變形狀況。

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

（3）模具的規劃的本質是經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，致使規劃尺度相對稱的兩孔的金屬活動并不共同。而經過數值模仿能取得金屬活動進程直觀的反映，使規劃人員能非常好的改進規劃的思想。

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