我国拥有极其丰富的铝矿资源隨着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，除航空航天工业外建筑、交通运输、电力电器、化工、石油、农机和日常用品等部门對铝的需求量也越来越大。用挤压的方法生产铝型材既节约金属，生产效率又高^[1]

分流组合模广泛地应用于生产各种规格和形状的管材囷空心铝型材的挤压模具怎么去应力结构类型。该类模具怎么去应力不仅可以生产复杂内腔的铝型材而且可拆换、加工容易、成本较低^[2]。目前该类模具怎么去应力的设计很大程度上取决于经验和反复试模在反复试模的过程中浪费大量的人力物力和财力。

本文采用Simufact有限元軟件对我公司设计的模具怎么去应力进行挤压过程的数值模拟揭示金属的真实流动规律和各种物理场的分布，预测实际生产中可能产生嘚各种缺陷从而在设计阶段对模具怎么去应力进行优化，以提高模具怎么去应力的质量

    在传统有限元模拟中，多采用Lagrange法^[3-6]但铝型材挤壓过程属于非线性大变形，挤压比非常大金属变形剧烈，这就不可避免地遇到网格再划分的问题而由于铝型材壁厚一般很薄，这给网格划分带来极大的困难从而使得金属塑性成形的有限元模拟无法进行下去^[7]。

    有限体积法以前多用于模拟流体的流动过程近年来，部分學者也逐渐将有限体积法用于模拟金属的塑性成形问题基于Euler的有限体积法是将网格固定在空间，材料在流动过程中Euler网格不发生变化因此，用有限体积法模拟大变形塑性成形问题可以很好地避免网格再划分问题

    Simufact使用专业化语言，便于专业人士使用；提供专业的材料数据庫并可以由用户自己输入数据或修改数据；提供各种压力加工设备；拥有IGES、UG、Pro/E、CATIA、Parasolid和Solidworks等各种主流CAD接口；分析计算的自动化程度高，用户鈈需要输入很多计算控制参数；界面设计简单易懂

3.1 几何模型的建立

本文以一幕墙铝型材为例，铝型材截面及初始工作带设计如图1所示

鋁型材底边壁厚是3.5mm，其余壁厚为3mm由于此铝型材为对称结构，故取铝型材的1/2进行模拟根据模具怎么去应力设计图纸建立其三维模型 ，并鉯STL格式导入Simufact软件得到上、下模具怎么去应力的三维几何模型图如图2和图3所示。

3.2 边界条件的设定

数值模拟所设定的边界条件如下：挤压坯料选用直径为230mm的铝棒长度为170mm。在Simufact软件自带的材料库中选择模具怎么去应力材料为H13铝棒材料为6063；模具怎么去应力预热温度为480℃，铝棒预熱温度为450℃环境温度设定为50℃；铝棒与模具怎么去应力工作带处的摩擦类型选为库伦摩擦类型，摩擦因子为0.3与其它模具怎么去应力之間的摩擦选塑性剪切摩擦类型，摩擦因子为0.6；挤压速度为10mm/s铝棒与模具怎么去应力的材料性能如表1所示。

表1 铝棒与模具怎么去应力的材料性能

4.1 应力应变场分析

图4与图5分别是坯料等效应力场及等效应变场云图

从图4中可知最大等效应力发生在坯料与工作带接触的部位，超过了200MPa远远大于6063的屈服应力。

从图5中可知等效应变与等效应力的分布规律相似由于坯料与工模具怎么去应力接触面之间存在着摩擦力，尤其昰在工作带部位金属流向发生改变变形剧烈，所以坯料的最大等效应变是在工作带部位；而在挤压筒中部和分流孔中部做近似的刚体运動因此，此处的等效应变较小

温度是影响铝型材质量的重要因素。铝型材热挤压是一个高温高压下大变形的过程挤压力、焊合质量、铝型材表面质量与机械性能都与温度有关。图6所示是坯料的温度场分布云图从图6中可知坯料在与工模具怎么去应力接触处虽然有摩擦熱的产生，但由于模具怎么去应力的温度比坯料的低且较易向空气中散热，所以温度升高幅度不大甚至温度降低。挤压筒中部和分流孔中部由于剧烈变形而产生的塑性变形热难以扩散所以温度升高幅度较大。在工作带处变形最为剧烈温度最高。实际生产中温度过低坯料塑性不好，会降低挤压速度；温度过高会使铝材过烧，表面质量不好

在实际生产中，金属的流动速度是决定铝型材质量的重要洇素流速不均会造成铝型材不成型、扭拧、波浪等缺陷。为了评价挤压过程中金属流速的均匀程度本文以挤压模出口处流速场标准偏差SDV（Stantard Deviation of the Velocity field）值来衡量^[9]，其计算式的形式如下：

式中N为选取节点的数量，在本文中N为模具怎么去应力出口处同一平面上节点的个数；为位于待研究平面上第i个节点的z向速度；为待研究平面上各节点的z向平均速递

SDV值反应了挤压过程的稳定性，因此该值越小表示流速越均匀

图7为金属流出模具怎么去应力后达到稳定的某个平面的流速图，在铝型材截面均匀选取20个节点各点的流速值如表2所示。

表2 铝型材截面选取节點的速度值（单位：mm/s）

根据图7可知由于铝型材底边比其余边厚速度较大，而中间筋处较难供料速度较小，速度的差距容易使铝型材变形根据表2，可以计算出78.65 mm/s由此计算处SDV=6.62。铝型材出口流速不均匀为了优化模具怎么去应力的结构，使铝型材减少因流速产生的缺陷问题现将铝型材流速大于平均速度处的工作带适量加长，将流速小于平均速度处的工作带适量减短优化后的工作带如图8所示。

其他条件不變重新模拟后的铝型材出口流速如图9所示。

图8  优化后的工作带示意图

图9 工作带优化后铝型材的速度场云图

在铝型材上均匀地取20个节点各节点的z向速度如表3所示。

表3 工作带优化后铝型材截面选取节点的速度值（单位：mm/s）

根据表3可以计算出72.68 mm/s，由此计算处SDV=2.93与修改前SDV值明显減小，即铝型材截面速度更为均匀实际试模结果显示修改后的模具怎么去应力挤压出的铝型材无缺陷，满足生产精度要求

   基于Simufact有限元模拟软件，建立了空心铝型材分流模挤压过程的计算模型并以一幕墙铝型材为研究对象，对挤压过程中的应力场、应变场、温度场及速喥场进行了分析依据分析结果对模具怎么去应力进行修正，最后得到合格的产品  运用Simufact软件能够快速地获得挤压过程的应力场、应变场、温度场、速度场，求解结果能正确地反应实际情况合理、科学的应用Simufac能够有效地指导铝型材挤压工艺和模具怎么去应力设计，减少试模次数对提高设计效率和质量、节省成本、提高经济效益具有重要价值意义。

“模具怎么去应力压铸时进程中溫度偏高(尽量附加冷却系统)、模具怎么去应力压铸进程中脱模剂可能喷洒不合理、模具怎么去应力热处理不合理,且主要是硬度(硬度应不小於HRC--47)等都是发生龟裂的情况”

时进程中温度偏高(尽量附加冷却系统).

压铸进程中脱模剂可能喷洒不合理.

模具怎么去应力不合理,且主要是硬度(硬度应不小于HRC--47).

前期龟裂一般情况下是因毛坯起锻温度过高(俗称过烧)过烧是一种不可补救的缺点，因而应严格控制毛坯制造进程中的起锻温喥.淬火工艺上也如此,并应严格控制加热时刻避免脱炭资料挑选好之后就是热处理了，在出产了必定的数量后留意去应力还有就是规划匼理，尽量避免应力会集留意R角的巨细控制。在大约1万模次的时分,模具怎么去应力要留意回火去应力,内力会集加工剩余应力未去除压铸進程热应力未得到很好去除总归龟裂就是应力会集的体现能够选用屡次回火去除应力然后能够添加模具怎么去应力寿数。

模具怎么去应仂在出产一段时刻后龟裂的原因主要有以下几点:

避免压铸模龟裂问题进步模具怎么去应力运用寿数，要做好以下几点：

压铸模成型部位(動﹑定模仁﹑型芯)热处理要求硬度要保証在HRC43~48 (资料可选用SKD61或8407)

模具怎么去应力在压铸出产前应进行充沛预热作业,其效果如下：

使模具怎么去应仂达到较好的热平衡使凝结速度均匀并有利于压力传递.

坚持压铸合金填充时的流动性，具有良好的成型性和进步铸件表面质量.

削减前期絀产不良进步压铸出产率.

下降模具怎么去应力热交变应力，进步模具怎么去应力运用寿数.

C.新模具怎么去应力在出产一段时刻后热应力嘚积累是直接导致模仁发生龟裂的原因，为削减热应力投产必定时刻后的模仁及应进行消除热应力的回火处理.

详细需求消除热应力的出產模次如下：

压铸模接受巨大交变作业应力，有必要从模材规划，加工热处理及操作各方面加以留意才干得到长的模具怎么去应力寿數，以下是为使模具怎么去应力能达长寿数的要诀：

合理规划模壁厚及其它模具怎么去应力尺度

在可能条件下选用尽量大的转角R

冷却水道與型面及转角的距离有必要足够大

正确有热处理淬火冷却须足够快

彻底打磨去除EDM蜕变层

如选氮化，渗层不能太深

以正确的方法预热模具怎么去应力至引荐的温度

开端压铸5～1应运用慢的锤头速度

在得到合格产品的前提下尽量下降铝液温度

不运用过高的铝液注射速度

确保模具怎么去应力得到适当冷却冷却水的温度应坚持在40~50℃

暂时停机，应尽量合模并减小冷却水量避免再开机时模具怎么去应力接受热冲击

当模型面在最高温度时应关冷却液

在必定数量后的压铸后去应力回火

最主要的原因就是温度过高，主张运用温度计在压铸进程中随时控制温喥(金压铸主张温度

留意模具怎么去应力的预热避免热疲惫。(龟裂主要是因为热疲惫引起的)

留意最好是用完结，如果有需求电加工的電加工后要添加研磨和抛光工序。

留意模具怎么去应力的保养(去应力回火)

主张高寿数要求的模具怎么去应力选用ASSAB 8407资料运用硬度主张不要高于50HRC

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