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      平開門鋁型材模具擠壓與設計優化添加時間:2019/4/23 10:59:36


      平開門鋁型材模具是鋁合金揉捏成型的重要配備之一[1],模具質量是影響鋁型材產品質量的關鍵因素。當前,鋁型材模具開發中普遍存在開發周期長、修模試模次數多、模具質量不穩定等技能問題[2]。提高鋁型材模具的規劃質量和效率已成為鋁型材行業發展的技能瓶頸,為突破此技能瓶頸,使用模具仿真與優化技能開發高效、合理的模具結構是最有效的途徑之一。平開門鋁型材模具仿真進程是一個虛擬的試模進程,它能夠最大極限的減少實踐出產中的重復試模進程。通過仿真,能夠剖析模具結構對金屬的分流質量、焊合質量、擠出型材質量的影響,判斷揉捏進程中可能呈現的變形、裂橋、磨損等缺陷及其方位,能夠對所規劃的平開門鋁型材模具結構的合理性做出評判,從而確認優化策略,進而改進平開門鋁型材模具結構參數,通過重復的優化和仿真,最終獲得最優化的模具規劃方案。

      1  帶筋寬幅平開門鋁型材模具及仿真建模

      1.1 模具規劃方案確認

          帶筋寬幅鋁型材的尺寸圖如圖1所示,型材基本參數如表1所示,依據型材的尺寸及基本參數規劃如圖2所示的揉捏模具,揉捏機噸位為3600T。

      1.2 平開門鋁型材模具三維與CAE建模

          完結模具CAD規劃后,對模具進行仿真建模,仿真建模進程包含:平開門鋁型材模具三維建模、型材CAE建模、定徑帶CAE建模、焊合室和導流孔CAE建模、棒料CAE建模、導流模CAE建模、模面CAE建模。帶筋寬幅鋁型材揉捏模具三維造型如圖3所示,其仿真建模圖如圖4所示。

      2  仿真結果剖析

          完結平開門鋁型材模具CAE建模后,設定仿真剖析所需的各項邊界條件,邊界條件的各項參數以公司實踐出產數據為準。CAE仿真模仿了整個揉捏進程,通過對模型核算剖析獲得揉捏變形體內的應力、變形和流速等物理量散布,以及揉捏各階段的壓力、變形和速度等工藝參數變化狀況,確認揉捏模工作帶斷面和導流流孔、焊合室等模具結構對成形鋁材流動的影響,提出剖析報告并向規劃人員推薦適宜的揉捏條件,規劃人員再依據CAE剖析結果批改平開門鋁型材模具規劃方案。通過數次重復,直到模具規劃方案滿意產品規劃要求和產品質量要求停止。

      2.1 平開門鋁型材導流孔與焊合室的金屬流速散布

          導流孔與焊合室的金屬流速散布云圖如圖5所示,圖中不同的顏色代表流速的快慢狀況,赤色代表流速最快的區域,藍色代表流速最慢的區域,圖5(a)、5(b)、5(c)、5(d)為不同時間段的導流孔與焊合室的金屬流速散布云圖。由圖5(a)、5(b)能夠看出,鋁金屬在導流孔的流速較慢,當鋁金屬通過導流孔進入焊合室后流速散布發生變化,由圖5(c)、5(d)能夠看出,鋁金屬在中間的流速最快,兩邊的流速最慢,流速很不均勻,簡單引起鋁型材偏壁和變形。

      2.2 平開門鋁型材出口金屬流速散布

          依據揉捏出產經驗,對于硬質合金,型材在出口速度比較慢,所以型材出口速度設為2m/min(相當于37.3mm/s),模具揉捏比為37.3(以3600T揉捏機揉捏),核算得出揉捏桿速度為1mm/s。平開門鋁型材不同部位的流速散布如圖6所示,能夠看出,型材不同部位的流速值相差比較大,赤色圓圈所指的方位流速最快,最大流速到達78mm/s,型材兩邊方位的流速最慢,最慢流速為22.5mm/s。最大流速與最小流速之間的差異與模具自身結構有關,最大流速場所需要的鋁金屬較多,流速應快于其它方位才能夠保證供料,但最大流速是最小流速3倍,流速比值相差太大,流速不均勻。并且最大流速是實踐設定流速的2倍,所以需要修正模具,平開門鋁型材降低最大流速值,添加最小流速值,使它們之間的流速不能相差太懸殊。另外,流速相差太大會引起型材變形,如圖7所示。黑色箭頭所指的輪廓線為沒有變形的型材,從圖中兩個綠色圓圈所示方位能夠看出型材在中間和兩邊方位都拱起,使得型材尺寸達不到規劃要求。

      2.3 平開門鋁型材模具強度剖析

          平開門鋁型材模具強度散布如圖8所示,能夠看出,導流模最大應力散布在模面外表方位,如圖中黑色圓圈所指方位,最大應力為939Mpa,模面最大應力散布在懸臂方位處,懸臂方位最大的應力為1314Mpa(懸臂處如圖中赤色箭頭所指方位),由于5A30合金強度較高,所需揉捏力較大,揉捏應力也會相應的增大,從仿真剖析可知,模面所受的揉捏應力比較大,對模具使用壽命有影響。


      3  帶筋寬幅平開門鋁型材模具結構優化

          從仿真模仿的流速剖析能夠看出,在棒料進入加強筋底部的導流和模面時,流速顯著比型材其他部位快,以致難以到達均衡流速的作用。相對于加強筋頂部和型材兩邊的流速,加強筋底部流速無疑過快,形成加強筋頂部拱起,影響型材的平整度。因而,要到達均衡流速的作用,有必要改動棒料進入加強筋底部導流和模面的金屬流量,以及改動定徑帶的長短等方法,以到達均衡流速的理想作用。導流模尺寸與定徑帶尺寸的修正如圖9所示。

          平開門鋁型材模具修正后再進行仿真剖析,揉捏速度改為1.5m/min(27.9mm/s),仿真剖析后的型材流速散布如圖10所示,能夠看出,型材最大流速與最小流速分別為33.6mm/s和23.7mm/s,最大流速與最小流速之間的差值減小了許多,型材各個方位的流速都比較均衡了,所以通過仿真剖析后對模具結構進行修正到達了均衡流速的意圖。流速均衡了,平開門鋁型材的變形也相應的減小了,如圖11所示,所以在開模出產時,只需給予型材必定的預變形余量就能夠保證型材的尺寸要求。

          模具結構參數優化后,進行模具的開模制造,在3600t揉捏機上進行試揉捏,試模料頭如圖12(a)所示,實踐試模的料頭拱起,但變形不是很大,試模料頭的變形與仿真剖析共同,通過料頭變形方向也能夠看出試模料頭流速快慢與仿真剖析結果共同。試模料身如圖12(b)所示,料身的各項質量數據合格,契合規劃要求。


      4 定論

           針對帶筋平開門鋁型材模具,選用HyperXtrude有限元仿真剖析方法,通過仿真建模與核算,剖析了鋁型材流速、鋁型材變形和模具應力散布狀況,并對模具結構參數進行優化規劃。結果表明,結構優化后的帶筋寬幅鋁型材揉捏模具契合出產要求。仿真與優化技能的使用極大地縮短了模具開發周期,提高了模具規劃水平。
                 1.鋁金屬在導流孔的流速較慢,當鋁金屬通過導流孔進入焊合室后流速散布不均衡,導致型材流速不均勻,簡單引起型材偏壁和變形。

          2.導流模最大應力散布在模面外表方位,最大應力為939Mpa,平開門鋁型材模面最大應力散布在懸臂方位處,懸臂方位最大的應力為1314Mpa。

          3.導流模與定徑帶結構尺寸優化后,型材流速均衡、變形減;試模料頭變形與仿真剖析共同,試模料身的各項質量數據合格,契合規劃要求。

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