鋁型材擠壓模AE應用研究現狀與
來源：中國鋁材信息網
發布時間：2008/4/24 16:31:20
鋁型材擠壓是指將鋁合金高溫鑄坯通入專用模具內，在擠壓機提供的強大壓力作用下，按給定的速度，將鋁合金從模腔中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定力學性能的鋁合金擠壓型材。鋁型材擠壓成型過程非常復雜，除了圓形和圓環形截面鋁型材的擠壓屬于二維軸對稱問題外，一般而言，其它形狀的鋁型材擠壓屬于三維流動大變形問題。因此，擠壓模具的設計制作質量和其使用壽命就成了擠壓過程是否經濟可行的關鍵之一。合理的設計與制造能大大延長模具壽命，對于提高1生產效率、降低成本和能耗具有重要意義。
目前，我國型材擠壓模具設計基本上還停留在傳統的依靠工程類比和設計經驗的積累上。而實際上，型材斷面越復雜，其擠壓變形的不均勻性就越顯著，從而造成新設計的模具很難保證坯料一次性的均勻流出，導致型材因扭擰、波浪、彎曲及裂紋等缺陷而報廢，模具也極易損傷，必須經過反復試模、修模才能投入正常使用，造成資金、人力、時間、資源等方面的浪費。因此，隨著鋁型材產品不斷向大型化、扁寬化、薄壁化、高精化、復雜化和多用途、多功能、多品種、長壽命方向發展，改進傳統的模具設計方法已成為當前鋁型材工業發展的迫切需求。
1、鋁型材擠壓模CAE研究的意義
鋁型材擠壓模CAE技術是利用CAD中建立的擠壓產品模型、結合擠壓工藝與控制參數、完成其成形過程分析和相應模具優化設計的一種數值技術。
具體做法為:在擠壓模初步設計的基礎上，根據事先擬定的工藝試驗方案，利用計算機仿真整個擠壓成形過程，獲得擠壓變形體內的應力、應變、溫度、流速等物理量分布，以及擠壓各階段的壓力、溫度、速度等工藝參數變化情況；確定擠壓模工作帶斷面和分流孔、焊合腔、導流槽等模具結構對成形鋁材流動的影響，模具使用過程中可能出現的變形、塌陷、崩刃、裂口、磨損、”粘著”和疲勞等缺陷及其位置；提出分析報告并向設計人員推薦合適的擠壓條件，設計人員再根據CAE分析結果修正模具設計方案。經過數次反復，直到模具設計方案滿足產品設計要求和產品質量要求為止。這實際上是將生產現場的”試模-修模-試模”過程轉移到計算機上完成，以部分替代模具設計制造過程中費時費事的試模工作，從而減少該階段的材料和能源消耗，降低生產成本，并據此設計出高質量的鋁型材擠壓模具。雖然CAE技術已在鋁型材擠壓模具設計制造領域得到了某些成功的應用，但真正面向模具工程師的應用卻很少。這主要是由于目前國內外還沒有專門針對鋁型材擠壓模開發的CAE軟件，所以，當模具工程師借助一些通用或專用CAE軟件(如ANSYS/ＬＳ ＤＹ ＮＡ、ＭＡＲＣ/ＡｕｔｏＦｏｒｇｅ、Ｄｅｆｏｒｍ等)進行模具設計方案和模具結構分析時，除要求使用者具備扎實的擠壓工藝和擠壓模設計制造專業知識、熟悉擠壓模各零部件在耦合場環境中的工作狀況外，還要求他對數值模擬技術及相應有限元分析方法必須有較深入的了解，這對于工作在生產第一線的工程技術人員而言是比較難的，這也是CAE技術在擠壓模具行業中得不到廣泛應用的重要原因之一。 鋁型材擠壓模CAE的應用可以縮短模具的設計制造周期，提高模具的質量，增強企業市場競爭力。然而，只有解決了上述問題，才能使CAE技術真正在擠壓模具行業中得到廣泛應用。這正是鋁型材擠壓模CAE技術研究的意義。
2、鋁型材擠壓模優化設計現狀
由于要設計出結構合理且經濟實用的擠壓模具是一件十分復雜而困難的工作，因此，世界各國的擠壓工作者對模具設計理論和方法(特別對優化理論和方法)進行了大量的研究工作。 在擠壓技術發展的初期，一般根據機械設計原理，利用傳統強度理論并結合設計者的實踐經驗來進行模具設計。隨著彈塑性理論和擠壓理論的發展，許多新型的實驗理論和方法、計算理論和方法已開始用于擠壓模具設計制作領域。如，工程計算法、金屬流動坐標網格法、光彈光塑法、密柵紋云法、滑移線法、上限元理論和有限元理論等被廣泛用于模具應變場的確定和各種強度的校核，進而優化其結構和工藝要素。隨著計算機技術的發展，擠壓模具的CAD/CAM技術在最近20 30年中得到迅速發展，且很大一部分技術集中在模具設計的優化方面。何德林等人利用ＩＤＥＦ0方法開發出能對平面模和分流模進行優化設計的CAD/CAM系統；王孟君等人以ＡＵＴＯCAD12 0為圖形支撐環境，ＶＩＳＵＡＬＢＡＳＩＣ4.0為開發工具，開發的CAD系統，可以有效地從事擠壓平模的各項計算，從而對設計結果進行優化；閆洪等人將CAE概念引入模具設計過程，指出了優化設計的方向；劉漢武等人提出智能CAD概念，為模具設計智能化提供了一些思路。此外，國內<
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