CAE在鋁型材擠壓模具優(yōu)化設(shè)計(jì)的運(yùn)用 與成長(zhǎng)

鋁型材擠壓是指將鋁合金高溫鑄坯通入專用模具內(nèi)，在擠壓機(jī)供給的強(qiáng)年夜 壓力感化 下，按給定的速度，將鋁合金從模腔中擠出，從而獲得所需外形 、尺寸和 具有必然 力學(xué)機(jī)能 的鋁合金擠壓型材。鋁型材擠壓成型進(jìn)程 十分復(fù)雜，除 圓形和圓環(huán)形截面鋁型材的擠壓屬于二維軸對(duì)稱問(wèn)題外，一般而言，其它外形 的鋁型材擠壓屬于三維活動(dòng) 年夜 變形問(wèn)題。是以 ，擠壓模具的設(shè)計(jì)建造 質(zhì)量和其利用 壽命就成了擠壓進(jìn)程 是不是 經(jīng)濟(jì)可行的樞紐之一。公道 的設(shè)計(jì)與制造能年夜 年夜 耽誤 模具壽命，對(duì) 提高1出產(chǎn)效力 、下降 本錢 和能耗具有主要 意義。

今朝 ，我國(guó)型材擠壓模具設(shè)計(jì)根基 上還逗留 在傳統(tǒng)的依托 工程類比和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的堆集上。而現(xiàn)實(shí) 上，型材斷面越復(fù)雜，其擠壓變形的不平均 性就越明顯 ，從而造成新設(shè)計(jì)的模具很難包管 坯料一次性的平均 流出，致使 型材因扭擰、海浪 、曲折 及裂紋等缺點(diǎn) 而報(bào)廢，模具也極易毀傷 ，必需 顛末頻頻 試模、修模才能投入正常利用 ，造成資金、人力、時(shí)候 、資本 等方面的鋪張[1]。是以 ，跟著 鋁型材產(chǎn)物 不息向年夜 型化、扁寬化、薄壁化、高精化、復(fù)雜化和多用處 、多功能、多品種、長(zhǎng)命 命偏向 成長(zhǎng) ，改良傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方式 已成為當(dāng)前鋁型材工業(yè)成長(zhǎng) 的急迫 需求。

1鋁型材擠壓模CAE研究的意義

鋁型材擠壓模CAE手藝 是行使 CAD中建樹(shù)的擠壓產(chǎn)物 模子 、連系 擠壓工藝與節(jié)制 參數(shù)、完成其成形進(jìn)程 闡發(fā)和響應(yīng) 模具優(yōu)化設(shè)計(jì)的一種數(shù)值手藝 。

具體做法為:在擠壓模初步設(shè)計(jì)的根本上，按照事前 擬定的工藝實(shí)驗(yàn) 方案，行使 較量爭(zhēng)論 機(jī)仿真全部 擠壓成形進(jìn)程 ，獲得擠壓變形體內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、流速等物理量散布 ，和 擠壓各階段的壓力、溫度、速度等工藝參數(shù)轉(zhuǎn)變 情況；肯定 擠壓模工作帶斷面和分流孔、焊合腔、導(dǎo)流槽等模具布局對(duì)成形鋁材活動(dòng) 的影響，模具利用 進(jìn)程 中可能泛起 的變形、塌陷、崩刃、裂口、磨損、”粘著”和委靡等缺點(diǎn) 及其位置；提出闡發(fā)陳說(shuō)并向設(shè)計(jì)人員保舉 適合 的擠壓前提 ，設(shè)計(jì)人員再按照CAE闡發(fā)了局批改 模具設(shè)計(jì)方案。顛末數(shù)次頻頻 ，直到模具設(shè)計(jì)方案知足 產(chǎn)物 設(shè)計(jì)要乞降 產(chǎn)物 質(zhì)量要求為止[2]。這現(xiàn)實(shí) 上是將出產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的”試模-修模-試模”進(jìn)程 轉(zhuǎn)移到較量爭(zhēng)論 機(jī)上完成，以部份 替換 模具設(shè)計(jì)制造進(jìn)程 中費(fèi)時(shí)費(fèi)事的試模工作，從而削減 該階段的材料和能源消費(fèi) ，下降 出產(chǎn)本錢 ，并據(jù)此設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的鋁型材擠壓模具。

固然 CAE手藝 已在鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)制造范疇 獲得 了某些成功的運(yùn)用 ，但真正面向模具工程師的運(yùn)用 卻很少。這主如果 因?yàn)?今朝 國(guó)表里 還沒(méi)有專門針對(duì)鋁型材擠壓模開(kāi)辟 的CAE軟件，所以，當(dāng)模具工程師借助一些通用或?qū)Ｓ肅AE軟件(如ANSYS/LSDYNA、MARC/AutoForge、Deform等)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)方案和模具布局闡發(fā)時(shí)，除要求利用 者具有 扎實(shí)的擠壓工藝和擠壓模設(shè)計(jì)制造專業(yè)常識(shí) 、熟習(xí) 擠壓模各零部件在耦合場(chǎng)情況 中的工作狀態(tài) 外，還要求他對(duì)數(shù)值摹擬 手藝 及響應(yīng) 有限元闡發(fā)方式 必需 有較深切 的認(rèn)識(shí) ，這對(duì) 工作在出產(chǎn)第一線的工程手藝 人員而言是比力難的，這也是CAE手藝 在擠壓模具行業(yè)中得不到普遍 運(yùn)用 的主要 緣由 之一。

鋁型材擠壓模CAE的運(yùn)用 可以縮短模具的設(shè)計(jì)制造周期，提高模具的質(zhì)量，加強(qiáng) 企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但是 ，只有解決了上述問(wèn)題，才能使CAE手藝 真正在擠壓模具行業(yè)中獲得 普遍 運(yùn)用 。這恰是 鋁型材擠壓模CAE手藝 研究的意義。

2鋁型材擠壓模優(yōu)化設(shè)計(jì)近況

因?yàn)?要設(shè)計(jì)出布局公道 且經(jīng)濟(jì)適用 的擠壓模具是一件十分復(fù)雜而難題 的工作，是以 ，世界列國(guó) 的擠壓工作者對(duì)模具設(shè)計(jì)理論和方式 (分外對(duì)優(yōu)化理論和方式 )進(jìn)行了年夜 量的研究工作。

在擠壓手藝 成長(zhǎng) 的早期 ，一般按照機(jī)械設(shè)計(jì)道理 ，行使 傳統(tǒng)強(qiáng)度理論并連系 設(shè)計(jì)者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。跟著 彈塑性理論和擠壓理論的成長(zhǎng) ，很多 新型的嘗試?yán)碚摵头绞?、較量爭(zhēng)論 理論和方式 已最先 用于擠壓模具設(shè)計(jì)建造 范疇 。如，工程較量爭(zhēng)論 法、金屬活動(dòng) 坐標(biāo)網(wǎng)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普遍 用于模具應(yīng)變場(chǎng)簡(jiǎn)直定和各類 強(qiáng)度的校核，進(jìn)而優(yōu)化其布局和工藝要素。跟著 較量爭(zhēng)論 機(jī)手藝 的成長(zhǎng) ，擠壓模具的CAD/CAM手藝 在比來(lái) 2030年中獲得 敏捷 成長(zhǎng) ，且很年夜 一部份 手藝 集中在模具設(shè)計(jì)的優(yōu)化方面。何德林等人[3]行使 IDEF0方式 開(kāi)辟 出能對(duì)平面模和分流模進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的CAD/CAM系統(tǒng)；王孟君等人[4]以AUTOCAD120為圖形支持 情況 ，VISUALBASIC4.0為開(kāi)辟 東西，開(kāi)辟 的CAD系統(tǒng)，可以有用 地從事擠壓平模的各項(xiàng)較量爭(zhēng)論 ，從而對(duì)設(shè)計(jì)了局進(jìn)行優(yōu)化；閆洪等人[5]將CAE概念引入模具設(shè)計(jì)進(jìn)程 ，指出了優(yōu)化設(shè)計(jì)的偏向 ；劉漢武等人[6]提出智能CAD概念，為模具設(shè)計(jì)智能化供給了一些思緒 。另外 ，國(guó)表里 科研人員運(yùn)用理論解析、物理摹擬 和數(shù)值摹擬 等方式 ，對(duì)鋁型材擠壓的變形進(jìn)程 、應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)散布 及轉(zhuǎn)變 、磨擦 與潤(rùn)滑等問(wèn)題進(jìn)行了年夜 量的闡發(fā)和嘗試，并按照其研究功效 對(duì)擠壓模具進(jìn)行了優(yōu)化。例如，趙云路和劉靜安[7]對(duì)各類擠壓模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。國(guó)內(nèi)還有部份 科研人員用有限元法連系 嘗試方式 對(duì)擠壓模具最好 輪廓線及模具布局進(jìn)行了闡發(fā)和優(yōu)化。

3鋁型材擠壓模CAE國(guó)表里 成長(zhǎng) 近況 和趨向

對(duì)鋁型材的擠壓進(jìn)程 進(jìn)行數(shù)值摹擬 可以展望現(xiàn)實(shí) 擠壓進(jìn)程 中可能泛起 的缺點(diǎn) ，盡早 優(yōu)化模具布局設(shè)計(jì)、調(diào)劑 擠出工藝參數(shù)和有針對(duì)性的指明手藝 解決方案。國(guó)表里 研究者們對(duì)此已做了很多 工作。韓國(guó)的HyunWooShin等[8]在1993年對(duì)非軸對(duì)稱擠壓進(jìn)程 進(jìn)行了有限元闡發(fā)，他們行使 二維剛塑性有限元方式 連系 厚板理論將三維問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)化，對(duì)全部 擠壓進(jìn)程 進(jìn)行了不掉 正確 的數(shù)值摹擬 ，同時(shí)也削減 了較量爭(zhēng)論 量。對(duì) 變形摹擬 ，于滬同等 [9]采取 塑性成型摹擬 軟件DEFORM，連系 剛粘塑性有限元法函數(shù)法對(duì)平面分流模的擠壓變形進(jìn)程 進(jìn)行了二維摹擬 ，得出了擠壓進(jìn)程 中鋁合金的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度和 活動(dòng) 速度等的散布 和轉(zhuǎn)變 。劉漢武等[10]行使 ANSYS軟件對(duì)分流組合模擠壓鋁型材進(jìn)行了有限元闡發(fā)和較量爭(zhēng)論 ，找出了原模具設(shè)計(jì)中不容易 發(fā)現(xiàn)的布局缺點(diǎn) 。周飛等[11]采取 三維剛粘塑性有限元方式 ，對(duì)一典型鋁型材非等溫成型進(jìn)程 進(jìn)行了數(shù)值摹擬 ，闡發(fā)了鋁型材擠壓的三個(gè)分歧 成形階段，給出了成形各階段的應(yīng)力、應(yīng)變和溫度場(chǎng)散布 情況和 全部 成形進(jìn)程 中模具載荷隨成形時(shí)候 的轉(zhuǎn)變 情況。對(duì) 壓力場(chǎng)，閆洪等[12]在2000年行使 ANSYS軟件作為平臺(tái)，對(duì)壁板型材擠壓進(jìn)程 進(jìn)行了三維有限元摹擬 和闡發(fā)，獲得了型材擠壓進(jìn)程 的位移場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)。對(duì)現(xiàn)實(shí) 型材擠壓中工藝參數(shù)選擇和模具布局尺寸的批改 起到了主要 指導(dǎo)感化 。對(duì) 擠壓進(jìn)程 的磨擦 與潤(rùn)滑闡發(fā)，1997年，俄羅斯的VadimL.Bereshnoy等[13]對(duì)磨擦 輔助在直接和間接擠壓成型硬質(zhì)鋁合金中的手藝 進(jìn)行了研究。該手藝 的成長(zhǎng) 和運(yùn)用 使出產(chǎn)效力 和質(zhì)量都獲得 了年夜 年夜 提高。美國(guó)的PradipK.Saha[14]在1998年對(duì)鋁型材擠壓成型中熱動(dòng)力學(xué)和磨擦 學(xué)進(jìn)行了研究。他采取 熱力學(xué)數(shù)值摹擬 法組織 了3種分歧 的嘗試模子 ，闡發(fā)了模具工作帶和活動(dòng) 金屬接觸面上的磨擦 特征 ，還對(duì)坯料溫度和擠壓進(jìn)程 中發(fā)生 的熱量對(duì)模具工作帶所發(fā)生 的溫升的影響、并進(jìn)行了現(xiàn)實(shí) 丈量 驗(yàn)證；研究解釋，擠壓進(jìn)程 中的磨擦 對(duì)型材的精度和外面 質(zhì)量有直接影響，模具工作帶的磨損進(jìn)程 取決于擠壓進(jìn)程 中的熱動(dòng)力學(xué)機(jī)能 ，擠壓熱動(dòng)力學(xué)機(jī)能 又遭到 擠壓變量的嚴(yán)重影響。

在二次開(kāi)辟 方面，國(guó)內(nèi)的一些研究進(jìn)展也值得存眷 。陳澤中、包忠詡等[15]經(jīng)由過(guò)程 系統(tǒng)集成和二次開(kāi)辟 ，建樹(shù)了基于UG和ANSYS的鋁型材擠壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，并對(duì)分流組合模進(jìn)行了CAD/CAE/CAM研究，有用 提高了模具設(shè)計(jì)制造效力 。深圳年夜 學(xué)的李積彬[16]用C說(shuō)話 編寫了鋁型材擠壓模具參數(shù)設(shè)計(jì)的法式 ，以流程圖的情勢(shì) 具體 指導(dǎo) 鋁型材擠壓模具的設(shè)計(jì)進(jìn)程 ；以人機(jī)對(duì)話的情勢(shì) 實(shí)現(xiàn)鋁型材擠壓模具參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。蘭州鐵道學(xué)院的段志東[17]經(jīng)由過(guò)程 ANSYS供給的強(qiáng)年夜 的前后處置懲罰 和求解功能平臺(tái)，經(jīng)由過(guò)程 在ANSYS運(yùn)用 法式 中添加本身 的鉚釘有限元法式 ，介紹并總結(jié)了用UIDL對(duì)ANSYS進(jìn)行圖形用戶界面二次開(kāi)辟 的一般步調(diào) 和紀(jì)律 ，為用戶在擴(kuò)充ANSYS功能、建樹(shù)本身 專用法式 的同時(shí)建樹(shù)起對(duì)應(yīng)的圖形驅(qū)動(dòng)界面供給了有益的幫忙。江蘇戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所的盛偉[18]以ANSYS軟件為平臺(tái)，進(jìn)行金屬塑性成形進(jìn)程 摹擬 軟件的二次開(kāi)辟 ，并運(yùn)用 該軟件對(duì)鍛件塑性成形進(jìn)程 進(jìn)行了摹擬 ，為提高鍛件質(zhì)量、展望金屬成形中的缺點(diǎn) 、擬定公道 工藝供給了理論根據(jù) 。

但總的說(shuō)來(lái)，這些研究多偏重 于理論化，一種真正適合通俗 設(shè)計(jì)制造人員利用 的擠壓模有限元闡發(fā)軟件在國(guó)內(nèi)幾近 還沒(méi)有。有些二次開(kāi)辟 在具體運(yùn)用 上也有很年夜 的局限性，所以對(duì)現(xiàn)行有限元軟件的用戶化研究，使之能更好的運(yùn)用 于擠壓模具的設(shè)計(jì)就成為當(dāng)務(wù)之急。

4結(jié)論

提高鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)與制造程度 是改良 產(chǎn)物 質(zhì)量和加強(qiáng) 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力之樞紐地點(diǎn) ，而鋁型材擠壓模CAE手藝 在鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)優(yōu)化中起著十分主要 的感化 。

國(guó)表里 同業(yè) 借助鋁型材擠壓模CAE對(duì)優(yōu)化鋁型材擠壓模具(包羅擠壓進(jìn)程 和擠壓工藝)進(jìn)行了有益測(cè)驗(yàn)考試 ，獲得 了很多 科研和運(yùn)用 功效 ，這類 動(dòng)向值得留意 。

盡快把最新的有限元闡發(fā)手藝 運(yùn)用 到全部 擠壓模具設(shè)計(jì)與制造進(jìn)程 中，讓更多的模具工程師把握 這類 優(yōu)化設(shè)計(jì)方式 ，以提高我國(guó)鋁型材擠壓行業(yè)及其模具制造業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

按照經(jīng)驗(yàn)，CAE各階段所用的時(shí)候 為：40%～45%用于模子 的建樹(shù)和數(shù)據(jù)輸入，50%～55%用于闡發(fā)了局的判讀和評(píng)定，而真實(shí)的 闡發(fā)較量爭(zhēng)論 時(shí)候 只占5%閣下 。CAE采取 CAD手藝 來(lái)建樹(shù)CAE的幾何模子 和物理模子 ，完成份 析數(shù)據(jù)的輸入，平常稱此進(jìn)程 為CAE的前處置懲罰 。一樣 ，CAE的了局也需要用CAD手藝 生成形象的圖形輸出，如生成位移圖、應(yīng)力、溫度、壓力散布 的等值線圖，示意運(yùn)用 、溫度、壓力散布 的彩色明暗圖，我們稱這一進(jìn)程 為：CAE的后處置懲罰 。