...仿真结果分析-汽车碰撞梁铝合金挤压平面分流组合模具设计
摘 要：本文建立了工作带长度设计计算的数学模型，以某空腹型材为例，构建平面分流组合模具模型，数值模拟出热挤压过程中金属流速的变化规律；并对金属流出工作带后的速度分布进行定量分析，数值模拟结果表明本研究对平面分流组合模工作带长度的优化是有效的。
关键词：空腹型材；工作带长度；优化
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.031
平面分流组合模一般适用于空腹型材的热挤压成型，工作带是挤压模具中垂直模具工作端面用以保证型材外形、尺寸和表面质量的区域。由于工作带和变形金属间的摩擦阻力可调整金属流速，因此合理设计工作带长度，可有效提高型材断面各处金属流速的均匀性，防止型材出现变形与开裂的缺陷。
目前，计算设计型材挤压模工作带长度的方法主要有补充应力法[1]和企业生产经验等。这些方法主要是依靠大量实验或企业实践经验知识对工作带长度进行反复修正，导致生产周期长、耗费成本高，且无法用具体数据定量分析优化原因。本文建立工作带长度设计计算的数学模型，以某空腹型材为例，通过对金属流出工作带后的速度分布进行定量分析，优化了工作带长度，保证了该型材的尺寸和外形质量，为平面分流组合模具中工作带长度的优化提供了有效参考。
1 工作带长度设计数学模型的建立[2]
2 数值模拟模型的建立
2.1 模具模型的建立
以50mm×50mm，壁厚2mm的空腹型材为例（见图1）。设计下模工作带长度见图2。
2.2 工藝及模拟参数的设定
坯料材料选择Al6063，坯料尺寸200mm×60mm，设置预热温度为480℃；上、下模模具材料选择H13，预热温度450℃；挤压速度3mm/s；整个热挤压过程的挤压比=42.67。
为节省模拟时间模拟凸模压下量选择48mm，此时挤压已进入稳定状态，设置模拟网格尺寸为1mm。
2.3 金属流速判据的设定
3 模拟结果分析
由于空腹型材截面对称，取其1/8部分进行数据分析，并在中性面及型材内外层面上以1mm为间隔分别追踪25个点，得出各点的具体速度值，来定量分析金属流动情况。
由图3可以看出，中性面上的流速并不均匀，后8个点的速度较前14个点略大；同时内层金属流速比外层金属流速大很多，导致了方管铝材出现整体外扩的现象；同时由表1可知，有7个点数值不符合判据要求。因此应应加大阻止里层金属流动的模芯工作带，同时模芯工作带长度要不小于模孔最大工作带长度。
优化后的模孔工作带如图4所示，模芯工作带尺寸也由优化前的9mm调整为9.5mm。
由图5可知，工作带经过优化后，金属流动速度较为理想，平均值达到109.4mm/s，同时由式2.1得出的16个关键点流速分布因子（见表2）可知，数值符合流速稳定性的要求。
4 结论
本文以某空腹型材为例，建立了工作带长度设计计算的数学模型，用Pro/E软件构建平面分流组合模模型，数值模拟出热挤压过程中金属流速的变化规律；通过对金属流出工作带后的速度分布进行定量分析，优化了工作带长度，保证了空腹型材质量，数值模拟结果表明，本研究对平面分流组合模工作带长度的优化是有效的，可为空腹型材热挤压模具的设计及企业生产实践提供依据。
参考文献：
[1]刘静安.铝型材挤压模具设计、制造、使用及维修[M].北京：冶金工业出版社，1999.
[2]闫洪，夏巨谌，包忠诩等.型材挤压模工作带长度设计计算的数学建模[J].塑性工程学报，2002，3（09）：70-73.
[3]林高用，陈兴科，蒋杰等.铝型材挤压模工作带优化[J].中国有色金属学报，2006，4（14）：561-566.
作者简介：唐妍（1983-），女，江苏盐城人，硕士，讲师，主要从事塑性成形数值模拟研究。endprint
