曲兆金，袁童安，王先鵬，王浩，呂其曄

（龍口市叢林鋁材有限公司，山東 龍口 265705）

鋁型材是由擠出鋼桿的擠壓管中熱毛坯制成的，從模型孔中得到它。模壓模用于加熱鋁合金，進(jìn)行壓縮變形，獲得所需的產(chǎn)品形狀。鋁型材擠出設(shè)計(jì)中許多是基于多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，過去也必須是在過程中確定的設(shè)計(jì)，在大多數(shù)情況下，不直接計(jì)算，而是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的價(jià)值。在方管鋁材成型時(shí)，設(shè)計(jì)確定后，對(duì)模具強(qiáng)度的檢驗(yàn)是一個(gè)關(guān)鍵步驟。

1 CAE分析

CAE 是一種近似的定量分析方法，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決復(fù)雜的工程和結(jié)構(gòu)問題，例如剛性，彎曲穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)反應(yīng)，熱傳導(dǎo)性，三維多維觸點(diǎn)，彈性塑性等力學(xué)特性，現(xiàn)在它是工程技術(shù)和生產(chǎn)分析中進(jìn)行定量計(jì)算的不可替代的工具，尤其在航空、航天、力學(xué)等領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的傳播和發(fā)展，CAE 系統(tǒng)計(jì)算的功能和準(zhǔn)確性大大提高，采用各種基于數(shù)字產(chǎn)品模型的CAE系統(tǒng)，并成為結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化結(jié)構(gòu)的重要工具，也是4C 系統(tǒng)中的一個(gè)重要的網(wǎng)絡(luò)支持。

2 模具數(shù)字化建模

過去，如果是在計(jì)算范圍之外，只有在某些物質(zhì)力學(xué)和理論力學(xué)的基礎(chǔ)上是難以完全反映結(jié)構(gòu)的負(fù)載情況的，也不能向開發(fā)商及時(shí)有效地反映方管鋁材模具的缺點(diǎn)和改進(jìn)的方向。因此，通過使用鋁型材擠壓成型的理論和經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合鋁型材擠壓設(shè)備的性能，設(shè)計(jì)出了一個(gè)平面分流器的模具的主要尺寸，將UG 作為一個(gè)工具，創(chuàng)建了一個(gè)三維模型的擠壓模具，然后，利用MSC軟件制作了一個(gè)用于擠出模具的有限單元模型，Patran/Nasta-an分析應(yīng)變應(yīng)力分布，從而為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)提供了基礎(chǔ)。

該項(xiàng)目是一個(gè)平面的分壓模，用于擠壓鋁空心圓筒的型材參數(shù)，選擇主要參數(shù)：壓縮壓出直徑Q）300 模具采用單模孔，大小主要視管內(nèi)徑和外徑而定，并考慮熱膨脹系數(shù)和冷膨脹系數(shù)，計(jì)算上下孔的大小，然后在基本孔徑和標(biāo)準(zhǔn)化后獲得參數(shù)，使用四個(gè)圓周的分路孔和對(duì)稱的上模分布。平面的分路壓模在壓力下，上下壓模之間的位置必須嚴(yán)格按照中心，否則配置文件的質(zhì)量會(huì)受到影響。同時(shí)要保證上下壓模對(duì)的質(zhì)量，使它們正常發(fā)揮作用。上下模塊定位器的安裝中粘合劑的選擇考慮到對(duì)模具強(qiáng)度的影響，焊接室外徑和外徑間壓模的外徑中，取一個(gè)合適的位置，如安裝銷和連接螺釘用圓周分割，徑向尺寸可以使用縮略圖。在UGG 建模時(shí)，可以畫出一個(gè)平面元素，然后根據(jù)元素的高度而定。

3 建立有限元模型

3.1 模具分析模型的處理

在對(duì)最終元素進(jìn)行分析時(shí)，首先必須建立相應(yīng)的最終元素模型。該模型結(jié)構(gòu)的分解具有對(duì)稱性，為了減少計(jì)算的數(shù)量，一些模型的特殊結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)不影響分析結(jié)果，但將增加計(jì)算的數(shù)量分析。因此，這些結(jié)構(gòu)的零件，如倒角，連接，為了提高分析速度，可以適當(dāng)控制計(jì)算的過程。為了便于分析有限元模型在后續(xù)階段獨(dú)立反射不同形狀的壓力情況下，通常在分路橋端面進(jìn)行，以單獨(dú)向上和下模加載，使其耐久性功能在工作負(fù)荷時(shí)得以實(shí)現(xiàn)，均勻分布載荷數(shù)值可以有效地反映了分路電橋的電壓，對(duì)有限電壓分別進(jìn)行分析，從而保證上模，分路電橋和分路孔是狀態(tài)在允許的精確度范圍內(nèi)出現(xiàn)的偏差。在底部，是焊接室和工作帶，分路橋在壓縮時(shí)承受最大壓力，其最大移動(dòng)范圍一般發(fā)生在分路橋中心，其最大移動(dòng)速度為電壓在分區(qū)的水平。

3.2 擠壓力計(jì)算

方管根部的出現(xiàn)正好與實(shí)際情況相吻合。一個(gè)擠出周期的最大模移，最大應(yīng)力小于允許的應(yīng)力，壓力則要大于最大壓力。本分析使用簡單的模型來解決壓力和變形的模具比模具疲勞極限還要大，是利用根據(jù)柏林公式進(jìn)行電壓分析計(jì)算最大壓力。

3.3 邊界條件

邊界條件對(duì)焊接壓力的變化速度、流向和尺寸有很大的影響。在壓下壓力下，上下部和放樣墊片共同固定在模型的支柱上，可以保證在工藝施展過程中，使金屬擠壓到分路孔中，摩擦孔的分路孔在形狀上能夠適合中間。由此可以看出，在模壓過程中，自上而下的分路沖模也會(huì)增大，當(dāng)分路沖孔的壓力下，自上而下的壓力就會(huì)增大。該孔完全由壓制金屬填充，摩擦達(dá)到相對(duì)固定的模塊，其軸向自由受到壓模和噴嘴支架的最大限制。因?yàn)樵诜至骺?，擠出和透析的自由的不同部分是由固定器限制的，上部，底部和放樣枕頭和流量方向皆是如此。金屬各不相同，所以在分路孔的不同部分摩擦強(qiáng)度與圓周相連，因此上下包扎和模板襯里幾乎不存在。

當(dāng)加載負(fù)載時(shí)，如果它完全符合實(shí)際是徑向變形，則無軸向位移，移動(dòng)上下圓將是一個(gè)非常復(fù)雜和困難的任務(wù)，嚴(yán)格分析循環(huán)限制被認(rèn)為是必要的，并且要保證基本上與模具的實(shí)際生產(chǎn)相一致。該觀點(diǎn)是有用的，就像加壓分路橋一樣，這種分析仍然認(rèn)為模具的分路孔為本分析的目的，在結(jié)構(gòu)上具有減小摩擦的對(duì)稱特性，均勻分布，其結(jié)果的計(jì)算在上述公式中達(dá)到簡化了分析規(guī)模，增加了分析速度的目的，使用了對(duì)稱模式，所以需要分析條件，反過來，也可以保證分析的準(zhǔn)確性。此外，對(duì)稱的負(fù)荷面，對(duì)稱的邊界條件，以確保分析結(jié)果和真實(shí)性是一致的。

4 有限元應(yīng)力應(yīng)變分析

4.1 分流橋應(yīng)力分析

分流橋直接影響擠壓金屬的流動(dòng)迅速，焊接質(zhì)量高，擠壓力和壓力機(jī)強(qiáng)度是最集中的一種，當(dāng)鋁壓榨機(jī)受壓力作用時(shí)，開始人流分路孔，當(dāng)分流橋端面受壓力最大時(shí)根據(jù)實(shí)際情況啟動(dòng)，因?yàn)樵趯?shí)際擠壓情況下，橋接端的壓力分布不均勻，在分流孔周圍通常規(guī)定電壓濃度，因此分析通常在分流橋端面進(jìn)行。當(dāng)工作負(fù)荷時(shí)，耐久性的發(fā)揮通過單獨(dú)向上和下模加載，加上均勻分布負(fù)載，有效地反映了分路電橋的電壓有限電壓分析。對(duì)于上模，分流橋和分流孔是一種狀態(tài)，在允許的精確度范圍內(nèi)產(chǎn)生偏差的是焊接室和工作帶。因此，分流橋在壓縮時(shí)承受最大壓力，一部分進(jìn)行電壓分析在一個(gè)擠出周期的模的最大變化，

4.2 分流孔應(yīng)力分析

分流孔是金屬進(jìn)入焊接室的通道，對(duì)流動(dòng)速度有很大影響，焊接壓力的方向和尺寸十分重要。隨著金屬擠壓到分路孔，通過孔能承受摩擦也會(huì)增加。當(dāng)分流孔完全由壓制金屬填充時(shí)，摩擦達(dá)到最大值，并保持到最后。因?yàn)樵诜至骺讛D出和透析自由的不同部分是由固定器限制的。上部，下部和放樣的枕頭和金屬流的方向是不同的，所以不同的部分的摩擦強(qiáng)度是不同的。分流孔與圓周相連，因此上下包扎和模板襯墊實(shí)際上是不存在的。當(dāng)加載負(fù)載，如果真度與徑向變形完全一致，則無軸向位移。

圓圈限制被認(rèn)為是固定的，基本上相當(dāng)于模具的實(shí)際生產(chǎn)，所以，與搭載分流橋一樣，這種分析仍然認(rèn)為，擠壓模具的分流孔在結(jié)構(gòu)上有對(duì)稱的特點(diǎn)，以減少摩擦均勻分布，其值是通過上述公式實(shí)現(xiàn)的，從而簡化了分析的范圍，提高分析速度和保證分析的準(zhǔn)確性。如云圖所示，在摩擦作用下的分流孔，最大的位移發(fā)生在靠近模數(shù)心的孔壁上，這符合我們的一般理解，但最大的應(yīng)力的分流孔，摩擦產(chǎn)生的摩擦發(fā)生在分路橋的根部，通過分析可以明白，這是因?yàn)楫?dāng)模具的外圈固定下來的時(shí)候，分流孔在橋根上的摩擦形成了一個(gè)大的彎矩，而分流孔內(nèi)壁則較大，因此，在其切口上的摩擦應(yīng)力不太大，旁路孔的位置是在允許的范圍內(nèi)的，應(yīng)力在橋根。

4.3 焊合室應(yīng)力分析

金屬模壓焊接間隨著壓型金屬逐步進(jìn)入焊接室當(dāng)金屬進(jìn)入沖?？讜r(shí)，焊接室的負(fù)荷達(dá)到最大值。焊接室的壓力影響金屬焊接質(zhì)量，通常應(yīng)達(dá)到壓縮總壓力1/3。焊接室空腔表面對(duì)于金屬鐘的速度和流動(dòng)也很重要。因此，表面載荷焊接室空腔分布也不均勻。焊接室內(nèi)負(fù)荷，包括金屬變形和金屬在腔表面的摩擦，一切都可以被視為在靜壓下的形成，因此，在分析電焊時(shí)，用靜壓擠壓法將相機(jī)加壓可減輕負(fù)荷，對(duì)云圖的分析表明，最大偏移量發(fā)生在模型孔處的地方，這是因?yàn)樵谡麄€(gè)焊接室的結(jié)構(gòu)中，孔模只有最薄弱的部分，其工作帶的尺寸要比其余部分的尺寸小得多。所產(chǎn)生的變形較小，不會(huì)對(duì)壓力生產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響，最大應(yīng)力仍在橋的十字路口。

4.4 工作帶應(yīng)力分析

模具設(shè)計(jì)是鋁型材生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)。研究模具設(shè)計(jì)在實(shí)際生產(chǎn)的缺陷，是為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)化模具的目標(biāo)，為了保證生產(chǎn)效率，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可實(shí)現(xiàn)革命前的傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)優(yōu)化。使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)縮短設(shè)計(jì)周期，并能有效地將由于與結(jié)構(gòu)因素有關(guān)的缺陷而形成的模具制作成仿真效果；因此，不但能夠優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可以節(jié)省生產(chǎn)成本。工作區(qū)是壓模結(jié)構(gòu)中最薄弱的部分，也是故障的第一階段。工作帶擠壓金屬時(shí)的摩擦力，為了控制金屬流動(dòng)的速度，因?yàn)樵诓煌ざ蔚墓ぷ髌?，其長度是不一樣的，所以它的表面載荷是明顯的，分布不均。

分析加載時(shí)，使用平均摩擦往往難以取代實(shí)際摩擦分布在分析中的誤差；但仍能滿足分析精度的要求。工作帶受摩擦力的作用但是，擠出型鋼的生產(chǎn)不會(huì)產(chǎn)生太壞的后果。因此，工作區(qū)也會(huì)產(chǎn)生很大的壓力，但數(shù)值仍然很高。在允許值的范圍內(nèi)，同時(shí)，分路橋橋的根部也會(huì)產(chǎn)生一定的電壓。壓模零件的電壓是在其允許的環(huán)境應(yīng)力。壓模結(jié)構(gòu)強(qiáng)度描述，為了滿足設(shè)計(jì)要求。如果分析結(jié)果的差距超過了允許的電壓，必須修改設(shè)計(jì)，再次使用CAE 結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

5 結(jié)論

綜上所述，使用CAE 技術(shù)設(shè)計(jì)和壓力分析的模具，可以更好地控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量。這項(xiàng)工作使用CAE 技術(shù)創(chuàng)建三維結(jié)構(gòu)的限制分析，可以直觀和全面地了解擠壓的平面分路內(nèi)的壓力和變形的分布形式，因此，方管鋁材成型的設(shè)計(jì)，需要建立在更科學(xué)和更合理的基礎(chǔ)上，同時(shí)按照設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則中的電壓分析法完成其優(yōu)化的目的。