1模具設(shè)計(jì)方案

當(dāng)模具使用一段時(shí)間后，生產(chǎn)出來(lái)的型材出現(xiàn)了壁厚超差的問(wèn)題，于是對(duì)模具的尺寸進(jìn)行了測(cè)量。為采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)下模的測(cè)量圖。先對(duì)下模焊合室平面采3點(diǎn)取1平面，然后對(duì)懸臂根部測(cè)量其坐標(biāo)，與獲取的平面間得到一個(gè)距離，測(cè)得懸臂相對(duì)下模焊合室平面向下偏移0.2352mm。此外，生產(chǎn)中還出現(xiàn)臂厚偏差問(wèn)題。由于間距太小，超出三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的測(cè)量范圍，難以準(zhǔn)確測(cè)量模具臂厚方向的位移偏差。本文擬采用數(shù)值模擬的方法對(duì)擠壓過(guò)程中的金屬流動(dòng)和模具受力進(jìn)行更深一步的理論分析。

2擠壓工藝數(shù)值模擬

2.1有限元模型的建立

采用HyperMesh對(duì)三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后用HyperXtrude擠壓專用模塊對(duì)模型加工藝參數(shù)。材料采用AA6063鋁合金，模具材料為H13鋼，將模具看作彈塑性體。圖4為有限元模型，采用庫(kù)侖摩擦，摩擦系數(shù)取0.3。坯料預(yù)熱溫度480℃，模具預(yù)熱溫度450℃，擠壓筒預(yù)熱至430℃，擠壓速度為5mm/s。

2.2模擬結(jié)果分析

(1)型材流速分析

擠壓速度是影響型材制品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的重要因素之一。金屬在擠壓筒內(nèi)鐓粗，再流經(jīng)分流孔到焊合室，最后通過(guò)?？坠ぷ鲙Я鞒龀尚?。從圖5可以看出，除邊角部位流速稍慢，其它部位的流動(dòng)速度都大概相同，型材是可以正常流出?？椎?。這是因?yàn)榧俜至髂Ｔ谏夏ｉ_(kāi)設(shè)的四個(gè)分流孔，能起到對(duì)金屬進(jìn)行預(yù)分配的作用，從而有效地控制流速，使金屬流動(dòng)不會(huì)直接撞擊懸臂，大大改善了模具的受力情況，也使型材出口流速大部分相同。

(2)模具應(yīng)力分析

在正常擠壓時(shí)，由于擠壓力的作用，上模分流橋連接處產(chǎn)生一定的彈性變形，使得上模型芯的假模芯正好與下模焊合室底面相吻合，從而有效地起到了支撐作用，并且引導(dǎo)金屬流出模孔，使擠壓出的型材成為實(shí)心型材。另外，在此類分流模的設(shè)計(jì)中，在設(shè)計(jì)條件允許的情況下，應(yīng)盡量使下模型孔兩側(cè)的帶有懸臂的部分遮蓋在分流橋下，最大限度改善懸臂處的受力情況。模擬結(jié)果如圖6所示，懸臂根部局部地方出現(xiàn)應(yīng)力集中，最大應(yīng)力值超過(guò)了1000MPa。如果模具長(zhǎng)期在這種狀態(tài)下工作，必然會(huì)造成下模懸臂處的下塌。

(3)壁厚的測(cè)量

為采用數(shù)值模擬獲得的下模懸臂處z方向的位移分布圖。紅色部位局部最大值為0.4064mm，實(shí)際測(cè)量的數(shù)值為0.2352mm。雖然兩者有一定的偏差，但是通過(guò)模擬，可以判斷和預(yù)測(cè)出型材哪些部位會(huì)出現(xiàn)大位移，進(jìn)而指導(dǎo)模具的修改。下模懸臂處的x方向位移分布圖，通過(guò)它可以進(jìn)一步分析型材的壁厚。生產(chǎn)中懸臂的受力狀態(tài)決定了凹模?？椎淖冃畏绞胶妥冃未笮　榱诉M(jìn)一步分析型材的壁厚，按照?qǐng)D8所示位置進(jìn)行取點(diǎn)，取點(diǎn)位置為模擬結(jié)果的x方向的位移，分別獲得它們沿壁厚方向的位移量，并通過(guò)對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的差值測(cè)出偏差值。位移絕對(duì)值差(S1+S2)的平均值為0.0917mm。由于下模在擠壓過(guò)程中發(fā)生彈性變形造成的懸臂偏移，從而使兩個(gè)懸臂靠近了0.0917mm，擠壓出來(lái)的型材壁厚將會(huì)小于設(shè)計(jì)值。用過(guò)一段時(shí)間后，導(dǎo)致擠壓出來(lái)的型材達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。擠壓過(guò)程中，下模A部位受到來(lái)自鋁合金流動(dòng)應(yīng)力和上模下塌構(gòu)成的支承力作用；而B(niǎo)部位則受到鋁合金材料流動(dòng)形成的力。綜合作用使得高溫下模具極易發(fā)生彈性變形而造成型材壁厚偏差。

(4)模具修改方案

由于下模下塌造成的壁厚偏差，可補(bǔ)做一個(gè)下模實(shí)現(xiàn)，然而如何實(shí)現(xiàn)對(duì)懸臂處進(jìn)行加強(qiáng)才是問(wèn)題關(guān)鍵?？梢詫⒛＞呒雍瘢丛鰪?qiáng)下模懸臂處的強(qiáng)度；同時(shí)在強(qiáng)度允許條件下，適當(dāng)減少上模厚度，這樣金屬在分流孔流經(jīng)焊合室過(guò)程中時(shí)間縮短，可以適當(dāng)減小來(lái)自金屬的流動(dòng)應(yīng)力；此外，針對(duì)型材邊緣流動(dòng)區(qū)域流速小的問(wèn)題，可適當(dāng)減小型材兩邊工作帶長(zhǎng)度，使金屬流動(dòng)更加均勻。

3結(jié)論

本文采用數(shù)值模擬軟件對(duì)擠壓過(guò)程進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)仿真，分析了模具懸臂下塌的原因；針對(duì)懸臂下塌及型材制品壁厚偏差提出了修模意見(jiàn)，使得模具壽命、制品精度都有了很大提高。

作者：鄺衛(wèi)華 陳彪彪 單位：廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械與電子系 廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院