HyperXtrude在鋁型材模具設計中的作用

簡介

近年來，隨著我國鋁加工技術的發展，鋁型材的應用越來越廣泛，但工業鋁型材具有斷面結構復雜，難于擠壓等特點，因此合理設計鋁型材擠壓模具是大型鋁型材的關鍵。叢林集團在使用HyperXtrude模擬分析軟件的過程中，經過不斷探索，將設計人員的設計理念、經驗與有限元模擬分析軟件HyperXtrude有機結合起來，最大限度的減少了試模次數，降低了成本。

挑戰

一般來說，一套好的擠壓模具，在擠壓條件已經基本確定的情況下，主要滿足兩方面的要求：一是金屬流出模口時的速度均勻控制在一定的范圍內，二是模具強度（這里主要分析模具變形、失效）應符合要求。金屬流出模口時的速度應在一定的范圍內是為了保證擠出型材不出現扭擰、波浪、彎曲和供料不足等現象；模具強度應符合要求主要是為了減少模具彈性變形、預防模具塑性變形導致模具報廢。彈性變形導致擠出型材產生“偏壁現象”，對一些難以避免的“偏壁現象”，在設計時經常加入：“預變形量”。

圖1所示為一實際型材截面圖。此鋁型材結構較為特殊，考慮到模具強度，決定采用三模芯假分流。難點是模芯一旦內外受力不均，容易偏心。如何設計模具保證型材成型是面臨的挑戰。

叢林集團對幾種工業鋁型材（包括車體型材）的實際試模結果與基于HyperXtrude軟件模擬結果的分析對比，從金屬流出模口時的速度和是模具彈性變形兩個方面進行了比較。圖2為根據三維設計建立的擠壓仿真分析模型。

使用HyperXtrude進行仿真分析后得到的結果如圖3~7所示。分別為型材出口速度及變形，模具變形云圖。

從仿真分析結果來分析，總體上模芯內外受力較為均衡、變形很小，但金屬流出模口時的速度相差較大，容易引起型材變形。

HyperXtrude在模具強度校核時反應出來的數據在不同類別模具所表現出來的關注點是不一樣的。尤其是大型模具的強度校核，叢林集團對以往失效模具做過多次試驗發現大型模具的強度校核是非常必要的。通過強度校核能夠事先發現模具強度的薄弱之處，并及時修正可以避免造成不必要的廢模，所以利用Altair HyperXtrude查看型材Z方向的流度，并且查看模具強度以及模具X、Y方向的速度云圖。 X、Y方向的變形過大會導致模具中強度比較薄弱的地方失效而導致模具報廢。這個是觀察Z方向速度表現不出來的，而這個對模具的壽命影響是非常大的。通過仿真計算最終確定的修模方案：縮短中間部分工作帶長度，擴大中間部分二層焊合室尺寸，減少兩端部分二層焊合室尺寸， 修模方案如圖9所示。

結論

以上實例表明，只要三維建模準確，給定擠壓工藝參數和實際試模時的參數吻合， Altair HyperXtrude軟件的模擬結果與實際試模結果的接近程度很高，基本能夠反映出設計問題及缺陷。模具強度校核的應用可以有效保證大型模具的設計安全性。通過模擬擠壓可以減少試模次數，校核大型模具的強度，對模具的安全性預測具有明顯效果。模擬結果對于模具設計具有非常重要指導意義，可以作為模具設計的強有力工具。