方管铝材成型过程CAE 分析及模具优化

2020-01-06曲兆金袁童安王先鹏王浩吕其晔

中国金属通报 2020年18期

曲兆金，袁童安，王先鹏，王浩，吕其晔

（龙口市丛林铝材有限公司，山东龙口 265705）

铝型材是由挤出钢杆的挤压管中热毛坯制成的，从模型孔中得到它。模压模用于加热铝合金，进行压缩变形，获得所需的产品形状。铝型材挤出设计中许多是基于多年的设计经验，过去也必须是在过程中确定的设计，在大多数情况下，不直接计算，而是根据经验的价值。在方管铝材成型时，设计确定后，对模具强度的检验是一个关键步骤。

1 CAE分析

CAE 是一种近似的定量分析方法，使用计算机技术解决复杂的工程和结构问题，例如刚性，弯曲稳定性，动态反应，热传导性，三维多维触点，弹性塑性等力学特性，现在它是工程技术和生产分析中进行定量计算的不可替代的工具，尤其在航空、航天、力学等领域。随着计算机技术的传播和发展，CAE 系统计算的功能和准确性大大提高，采用各种基于数字产品模型的CAE系统，并成为结构分析和优化结构的重要工具，也是4C 系统中的一个重要的网络支持。

2 模具数字化建模

过去，如果是在计算范围之外，只有在某些物质力学和理论力学的基础上是难以完全反映结构的负载情况的，也不能向开发商及时有效地反映方管铝材模具的缺点和改进的方向。因此，通过使用铝型材挤压成型的理论和经验，结合铝型材挤压设备的性能，设计出了一个平面分流器的模具的主要尺寸，将UG 作为一个工具，创建了一个三维模型的挤压模具，然后，利用MSC软件制作了一个用于挤出模具的有限单元模型，Patran/Nasta-an分析应变应力分布，从而为进一步实现优化结构提供了基础。

该项目是一个平面的分压模，用于挤压铝空心圆筒的型材参数，选择主要参数：压缩压出直径Q）300 模具采用单模孔，大小主要视管内径和外径而定，并考虑热膨胀系数和冷膨胀系数，计算上下孔的大小，然后在基本孔径和标准化后获得参数，使用四个圆周的分路孔和对称的上模分布。平面的分路压模在压力下，上下压模之间的位置必须严格按照中心，否则配置文件的质量会受到影响。同时要保证上下压模对的质量，使它们正常发挥作用。上下模块定位器的安装中粘合剂的选择考虑到对模具强度的影响，焊接室外径和外径间压模的外径中，取一个合适的位置，如安装销和连接螺钉用圆周分割，径向尺寸可以使用缩略图。在UGG 建模时，可以画出一个平面元素，然后根据元素的高度而定。

3 建立有限元模型

3.1 模具分析模型的处理

在对最终元素进行分析时，首先必须建立相应的最终元素模型。该模型结构的分解具有对称性，为了减少计算的数量，一些模型的特殊结构细节不影响分析结果，但将增加计算的数量分析。因此，这些结构的零件，如倒角，连接，为了提高分析速度，可以适当控制计算的过程。为了便于分析有限元模型在后续阶段独立反射不同形状的压力情况下，通常在分路桥端面进行，以单独向上和下模加载，使其耐久性功能在工作负荷时得以实现，均匀分布载荷数值可以有效地反映了分路电桥的电压，对有限电压分别进行分析，从而保证上模，分路电桥和分路孔是状态在允许的精确度范围内出现的偏差。在底部，是焊接室和工作带，分路桥在压缩时承受最大压力，其最大移动范围一般发生在分路桥中心，其最大移动速度为电压在分区的水平。

3.2 挤压力计算

方管根部的出现正好与实际情况相吻合。一个挤出周期的最大模移，最大应力小于允许的应力，压力则要大于最大压力。本分析使用简单的模型来解决压力和变形的模具比模具疲劳极限还要大，是利用根据柏林公式进行电压分析计算最大压力。

3.3 边界条件

边界条件对焊接压力的变化速度、流向和尺寸有很大的影响。在压下压力下，上下部和放样垫片共同固定在模型的支柱上，可以保证在工艺施展过程中，使金属挤压到分路孔中，摩擦孔的分路孔在形状上能够适合中间。由此可以看出，在模压过程中，自上而下的分路冲模也会增大，当分路冲孔的压力下，自上而下的压力就会增大。该孔完全由压制金属填充，摩擦达到相对固定的模块，其轴向自由受到压模和喷嘴支架的最大限制。因为在分流孔，挤出和透析的自由的不同部分是由固定器限制的，上部，底部和放样枕头和流量方向皆是如此。金属各不相同，所以在分路孔的不同部分摩擦强度与圆周相连，因此上下包扎和模板衬里几乎不存在。

当加载负载时，如果它完全符合实际是径向变形，则无轴向位移，移动上下圆将是一个非常复杂和困难的任务，严格分析循环限制被认为是必要的，并且要保证基本上与模具的实际生产相一致。该观点是有用的，就像加压分路桥一样，这种分析仍然认为模具的分路孔为本分析的目的，在结构上具有减小摩擦的对称特性，均匀分布，其结果的计算在上述公式中达到简化了分析规模，增加了分析速度的目的，使用了对称模式，所以需要分析条件，反过来，也可以保证分析的准确性。此外，对称的负荷面，对称的边界条件，以确保分析结果和真实性是一致的。

4 有限元应力应变分析

4.1 分流桥应力分析

分流桥直接影响挤压金属的流动迅速，焊接质量高，挤压力和压力机强度是最集中的一种，当铝压榨机受压力作用时，开始人流分路孔，当分流桥端面受压力最大时根据实际情况启动，因为在实际挤压情况下，桥接端的压力分布不均匀，在分流孔周围通常规定电压浓度，因此分析通常在分流桥端面进行。当工作负荷时，耐久性的发挥通过单独向上和下模加载，加上均匀分布负载，有效地反映了分路电桥的电压有限电压分析。对于上模，分流桥和分流孔是一种状态，在允许的精确度范围内产生偏差的是焊接室和工作带。因此，分流桥在压缩时承受最大压力，一部分进行电压分析在一个挤出周期的模的最大变化，

4.2 分流孔应力分析

分流孔是金属进入焊接室的通道，对流动速度有很大影响，焊接压力的方向和尺寸十分重要。随着金属挤压到分路孔，通过孔能承受摩擦也会增加。当分流孔完全由压制金属填充时，摩擦达到最大值，并保持到最后。因为在分流孔挤出和透析自由的不同部分是由固定器限制的。上部，下部和放样的枕头和金属流的方向是不同的，所以不同的部分的摩擦强度是不同的。分流孔与圆周相连，因此上下包扎和模板衬垫实际上是不存在的。当加载负载，如果真度与径向变形完全一致，则无轴向位移。

圆圈限制被认为是固定的，基本上相当于模具的实际生产，所以，与搭载分流桥一样，这种分析仍然认为，挤压模具的分流孔在结构上有对称的特点，以减少摩擦均匀分布，其值是通过上述公式实现的，从而简化了分析的范围，提高分析速度和保证分析的准确性。如云图所示，在摩擦作用下的分流孔，最大的位移发生在靠近模数心的孔壁上，这符合我们的一般理解，但最大的应力的分流孔，摩擦产生的摩擦发生在分路桥的根部，通过分析可以明白，这是因为当模具的外圈固定下来的时候，分流孔在桥根上的摩擦形成了一个大的弯矩，而分流孔内壁则较大，因此，在其切口上的摩擦应力不太大，旁路孔的位置是在允许的范围内的，应力在桥根。

4.3 焊合室应力分析

金属模压焊接间随着压型金属逐步进入焊接室当金属进入冲模孔时，焊接室的负荷达到最大值。焊接室的压力影响金属焊接质量，通常应达到压缩总压力1/3。焊接室空腔表面对于金属钟的速度和流动也很重要。因此，表面载荷焊接室空腔分布也不均匀。焊接室内负荷，包括金属变形和金属在腔表面的摩擦，一切都可以被视为在静压下的形成，因此，在分析电焊时，用静压挤压法将相机加压可减轻负荷，对云图的分析表明，最大偏移量发生在模型孔处的地方，这是因为在整个焊接室的结构中，孔模只有最薄弱的部分，其工作带的尺寸要比其余部分的尺寸小得多。所产生的变形较小，不会对压力生产产生负面影响，最大应力仍在桥的十字路口。

4.4 工作带应力分析

模具设计是铝型材生产的主要环节。研究模具设计在实际生产的缺陷，是为了实现优化模具的目标，为了保证生产效率，计算机模拟技术可实现革命前的传统模具设计优化。使用计算机仿真技术缩短设计周期，并能有效地将由于与结构因素有关的缺陷而形成的模具制作成仿真效果；因此，不但能够优化设计，还可以节省生产成本。工作区是压模结构中最薄弱的部分，也是故障的第一阶段。工作带挤压金属时的摩擦力，为了控制金属流动的速度，因为在不同工段的工作皮带，其长度是不一样的，所以它的表面载荷是明显的，分布不均。

分析加载时，使用平均摩擦往往难以取代实际摩擦分布在分析中的误差；但仍能满足分析精度的要求。工作带受摩擦力的作用但是，挤出型钢的生产不会产生太坏的后果。因此，工作区也会产生很大的压力，但数值仍然很高。在允许值的范围内，同时，分路桥桥的根部也会产生一定的电压。压模零件的电压是在其允许的环境应力。压模结构强度描述，为了满足设计要求。如果分析结果的差距超过了允许的电压，必须修改设计，再次使用CAE 结构进行分析。