1.导言

铝合金商品因其质量轻，比强度高，外形漂亮，而铝合金型材更是广泛用于建筑建材、交通运输、航空航天、电子电器等多行业多领域当中。跟着经济水平的开展和人们环保节能减排意识进步，铝合金商品在人们日子中的运用不断添加。对铝合金件的种类，巨细的不一样需求也越来越广泛。尤其在地铁，汽车等交通工具的高速开展，对大型铝合金型材件的需求越来越大。

铝合金型材出产中的基地疑问是型材模具的规划制作和运用的疑问，一个铝合金型材商品的成形与模具的构造是不是合理，各种尺度要素是不是妥当有着直接的联系。而在目前，国内行业的遍及现状仍是经过经历类推的办法规划模具，模具的一次试模成功率一向不高，大概只要50%-60%。经过数值模仿的手法对规划进行验证和反应，进步规划的成功率，有着很大的开展前景。

对揉捏成形，一方面，金属处于揉捏筒以及模具腔以内时，金属活动的外外表即为揉捏筒和模具与坯料触摸的外表。此刻，选用欧拉描绘，核算的网格点固定于空间不动，这使得它彻底避免了拉格朗日描绘中存在的网格歪曲和重区分的疑问。另一方面，当在揉捏成形金属挤出模具后，金属运动不受模具作业外表束缚，处于自由运动状况。此刻则选用拉格朗日描绘，核算网格点是和物质点一同运动的，这使得核算能精确地追寻物体的运动和变形。

2.模具规划与模型树立

2.1 模具规划

下面是某型材厂出产的一个商品型号，型材杂乱横截面尺度如图1所示。该断面型材的请求壁厚为2.5mm，其截面积为1907.1mm2，模具的运用请求是在22MN揉捏机上，选用直径为200mm的铝棒进行揉捏，揉捏比系数λ =16.5，组合模具尺度为Φ398 300mm。挤压铝合金是6063-T5。挤压速度为5mm/s。

因为型材断面的外接圆直径到达Φ236.3mm，比揉捏棒料的直径尺度大了约20%，因而需求对资料进行比较大的宽展成形。为了减轻模具上模分流桥部位的压力，以及尽量削减上模的宽展视点，需求做一块导流板以维护上模和引导金属向两端活动。

再依据模具规划的根本准则，将Φ398 300mm的组合模具尺度确定为：导流板Φ398 85mm（93mm），上模Φ398 120mm，下模Φ398 95mm（103mm），括号内尺度标明加上装配止口高度的模具厚度尺度。

型材截面具有两个空心大断面，基地部位有一条加强筋。

从规划的视点看，一方面因为截面基地存在一条较长的加强筋，为了满意资料活动供料的请求，需求在加强筋相应上模的方位开设一个分流孔以确保有满意的资料流向加强筋的出口方位。一起另一方面，模具上模将存在两个大截面积的模芯，资料入口正面受压面积较大，因而从上模基地方位添加一个分流孔，以引导资料的活动，削减模具正面接受的压力。

对分流孔和宽展等构造的布置，一方面要满意型材截面两端离基地较远边角的供料请求，尽量使有满意多的金属能流向两端，平衡因为其与近基地方位的金属活动速度误差。

两端分流孔暗影有些倒角45°，以削减分流桥和模芯方位的正面受压；基地上下两个分流桥进料和出料方向需求沉桥，以降低单薄方位接受的压力。

2.2 树立有限元模型

首要，依照规划方案对模具进行三维CAD建模和区分有限元网格：

其间，R是气体常数，取R =8.314（J/mol/K）；T是温度，α、A、Q和m分别是用来将活动应力适应于实验数据的参数，其间α = 25MPa，ln（A）= 22.5（1/s），Q = 141550（J/mol） 和m。 K0（T）是依赖于温度的参数。

资料弹性模量为3.681ⅹ1010Pa，密度为2.64ⅹ103kg/m3，泊松比为0.333，坯料加热温度为480°C。模具与揉捏筒预热温度为430°C。剖析核算在Hyperxtrude揉捏专用有限元剖析模块进行，在本次剖析中，冲突选用库仑模型，冲突系数取0.4[6,7]。

3.显现的是导流板端面往下50mm截取平面的金属活动速度散布图，导流板上因为基地方位的分流孔往右边歪斜向下供料，致使金属较多的被拖向右边的分流孔，致使金属在右边的分流孔中活动比左面的分流孔快。

是上模入料端面往下60mm截得平面的金属活动速度散布图，上模的分流孔散布延续了导流板的趋势，摆布两端的宽展视点持平，因而右边分流孔中的金属活动依然比左面分流孔快。其间左面分流孔中金属活动速度的最大值为9.855mm/s，右边分流孔则为13.72mm/s。

是在焊合室基地方位截取平面的金属活动速度散布图，图中能够很明显看出右边截面资料流速较快，速度值在12~14mm/s之间；左面截面左端次之，速度值在8~10mm/s之间；左面截面靠基地的上下两端速度最慢，速度值约在4~6mm

显现的是型材挤出的金属活动速度散布。从试模的成果和模仿成果都标明，截面两端出料太快，而基地和加强筋的方位太慢，无法正常出材。其间，数值模仿成果显现出口速度最大到达290.6mm/s。而依据理论核算，型材挤出的平均速度

可见的值到达3.59，而挤出型材在基地的方位的速度值取得最小值，只要40mm/s摆布。可见速度场的误差很大。

以上方案规划的模具经过屡次修模以后，模具经过了试模，但在运用中，仅挤出没到2吨的商品在中赤色显现的方位即呈现了裂桥。

从裂桥的方位能够阐明该方位是模具最单薄方位，而依据对模具失效方位的剖析，发现模具钢材存在比较严重的成分偏析，对模具的寿命有较大的影响。

3.2 规划批改

依据模具的首次试模成果和数值模仿成果，在补做新的上模时，必定需求对模具的构造进行修正，以改进金属活动的供应状况，引导更多的金属流向基地的部位，平衡金属的活动。

依据成果的剖析，对规划方案采取了以下修正，将基地两孔之间的分流桥去掉，削减其对金属的阻止效果，模具则由七个分流孔成为五个分流孔的构造。别的两端分流孔稍稍往外扩，削减金属活动时对分流孔下面模芯的正面压力

初始规划时，因为型材摆布的两条边尺度根本一样，依照一般的经历，规划的摆布两端的分流孔入料尺度一样。因为尺度一样，依照规划经历两端金属活动状况应当一样。但实践却是因为基地分流孔靠右的原因，模具右边的金属活动较左面方位快，可见影响金属活动的要素是多方面构成的。因而在修模中，从作业带上作相应的修正，将图5中，左面角上的作业带高度由3.5mm改短为3.2mm，一起将右边边上的作业带高度由5.3mm改成5.8mm，经过作业带的阻止效果，平衡摆布两端的金属活动状况。

4.定论

（1）恣意拉格朗日欧拉法吸取了有限单元法对位移描绘精确和有限体积法在资料活动大变形上的长处，从这篇文章的运用中，Hyperxtrude揉捏专用有限元模仿软件能极好的描绘揉捏稳态期间金属的活动和变形状况。

（2）这篇文章经过有限元剖析，尤其是对金属活动速度场的剖析评估，阐明数值模仿剖析能有用的帮助铝合金型材模具的规划，进步规划的成功率并降低模具的返修次数。

（3）模具的规划的本质是经过模腔对金属的活动进行操控，以取得出口速度均匀的型材。从本型材的模具规划中，基地分流孔的方位对摆布两端分流孔的金属活动存在必定的影响，致使规划尺度相对称的两孔的金属活动并不共同。而经过数值模仿能取得金属活动进程直观的反映，使规划人员能非常好的改进规划的思想。

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