黃志其,陳 慧,2,鄧濤濤,葛 杰,胡 權(quán),萬(wàn) 里
(1.佛山市三水鳳鋁鋁業(yè)有限公司,佛山528133;2.中南大學(xué)材料學(xué)院,長(zhǎng)沙410006)
鋁型材擠壓是一個(gè)處在高溫、高壓、高摩擦狀態(tài)等復(fù)雜條件下的成形過(guò)程。在分流組合模中,由于分流孔的形狀、布置以及分流橋的結(jié)構(gòu)是影響金屬分配的重要因素,因此,分流模中各個(gè)位置的金屬流動(dòng)狀態(tài)所引起的產(chǎn)品尺寸不合格的情況尤為常見(jiàn)。目前國(guó)內(nèi)大部分鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)基本還停留在傳統(tǒng)的依賴工程設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)以及技術(shù)人員的反復(fù)試模、修模來(lái)保證模具設(shè)計(jì)的成功率。這不僅耗時(shí)、耗力,而且模具壽命和產(chǎn)品品質(zhì)也難以保證[1-2]。
近年來(lái),大型型材擠壓廠及專業(yè)模具廠都開(kāi)始將數(shù)值模擬技術(shù)引入擠壓模具設(shè)計(jì)中。通過(guò)在計(jì)算機(jī)上模擬試模,能夠得到鋁合金在模腔內(nèi)的變形信息,如速度、溫度、應(yīng)力應(yīng)變、壓力等物理場(chǎng)量的分布,由此可以判斷型材產(chǎn)品有無(wú)扭擰、彎曲、波浪等缺陷,從而評(píng)價(jià)工藝及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理,以便及時(shí)修改工藝和設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)代替費(fèi)時(shí)費(fèi)力的試模及返修過(guò)程[3-5]。
本文以某型材廠單元式幕墻型材為例,采用Q-From模擬軟件對(duì)該模具設(shè)計(jì)進(jìn)行分析,以證明模擬軟件能較好地預(yù)測(cè)模具出材情況,對(duì)指導(dǎo)修模有實(shí)際意義。
以某廠2 500 t某型號(hào)擠壓機(jī)為例,型材斷面及模具設(shè)計(jì)如圖1所示。該模具返修多次上機(jī)試模仍不合格,主要原因?yàn)槊娌黄健⒉ɡ?、斜角。現(xiàn)采用Q-From模擬軟件對(duì)該模具進(jìn)行分析,找出產(chǎn)生波浪、面不平缺陷的原因,模擬采用試模時(shí)的擠壓生產(chǎn)工藝,具體工藝參數(shù)如表1所示。
圖1 模擬擠壓型號(hào)斷面結(jié)構(gòu)圖及模具設(shè)計(jì)圖
表1 Q-Form模擬擠壓工藝參數(shù)
Q-Form模擬模具受力情況及模擬出材與實(shí)際出料情況對(duì)比如圖2~圖4所示。
圖2 模具受力變化圖
圖4 擠壓實(shí)際出料情況
從圖2可知,該模具受力最大值在橋位與公頭連接處,為1203.87 MPa,超出模具的安全受力上線1 200 MPa,擠壓生產(chǎn)存在裂橋風(fēng)險(xiǎn)。從圖3擠壓型材出料情況模擬分析可知,型材中間筋位出料較慢,供水不足,該部位出料時(shí)可能產(chǎn)生收口、斜角等缺陷,且外表面出料速度不均可能產(chǎn)生面不平、波浪,與第一次實(shí)際擠壓生產(chǎn)情況相符(如圖4所示)。
圖3 擠壓出料模擬變化圖
擠壓出料根部速度模擬如圖5所示。從圖中可以看出1、2部位出料速度最快可達(dá)404 mm/s,左右兩邊3、5部位出料速度較慢,為208 mm/s,中間7筋部速度只有142 mm/s,上面小筋位速度更慢,只有128mm/s,與圖4實(shí)際出料情況情況相符。
圖5 擠壓出料根部速度變化圖
根據(jù)Q-Form軟件模擬結(jié)果,結(jié)合第一次出料情況,對(duì)模具進(jìn)行了如下調(diào)整,原始設(shè)計(jì)圖及修模方案如圖6和圖7所示。
圖6 原模具設(shè)計(jì)圖紙
(1)將模擬分析結(jié)果圖5中3、5部位上模橋位加長(zhǎng),加大其對(duì)應(yīng)部位下模焊合室的體積,以便加快供水,具體如圖7部位a、b處所示。
(2)將圖5中3、5部位上模出水口沉橋15 mm,加大兩邊的供水,具體如圖7部位c、d處所示。
(3)對(duì)圖5中3、5部位上模入水口橋位進(jìn)行銑加工,使其坡度為20°,加大供水,具體如圖7部位e、f處所示。
(4)對(duì)圖5中7部位上模入水口沉橋,將原15 mm沉橋至25 mm,具體如圖7部位g處所示。
(5)在圖5中6部位處增加引流槽,以便加深加大供水,具體如圖7部位h處所示。
圖7 修模改進(jìn)圖紙
修模完成后,型材出料正常,上機(jī)一次順利完成生產(chǎn)訂單。
(1)Q-Form模擬軟件能夠模擬預(yù)測(cè)模具強(qiáng)度、受力情況及型材出料情況,并示出型材斷面各個(gè)部分出料速度的差異,可指導(dǎo)設(shè)計(jì)和修模,并在線完成模具設(shè)計(jì)方案變更和試模過(guò)程,減少擠壓現(xiàn)場(chǎng)試模次數(shù),降低生產(chǎn)成本。
(2)利用Q-Form軟件對(duì)本研究中的復(fù)雜斷面型材進(jìn)行模擬分析研究,模擬結(jié)果與實(shí)際出料情況基本吻合,進(jìn)一步驗(yàn)證了該軟件的實(shí)用性。