平面分流組合模工作帶長(zhǎng)度優(yōu)化研究

摘 要：本文建立了工作帶長(zhǎng)度設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，以某空腹型材為例，構(gòu)建平面分流組合模具模型，數(shù)值模擬出熱擠壓過(guò)程中金屬流速的變化規(guī)律；并對(duì)金屬流出工作帶后的速度分布進(jìn)行定量分析，數(shù)值模擬結(jié)果表明本研究對(duì)平面分流組合模工作帶長(zhǎng)度的優(yōu)化是有效的。

關(guān)鍵詞：空腹型材；工作帶長(zhǎng)度；優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.031

平面分流組合模一般適用于空腹型材的熱擠壓成型，工作帶是擠壓模具中垂直模具工作端面用以保證型材外形、尺寸和表面質(zhì)量的區(qū)域。由于工作帶和變形金屬間的摩擦阻力可調(diào)整金屬流速，因此合理設(shè)計(jì)工作帶長(zhǎng)度，可有效提高型材斷面各處金屬流速的均勻性，防止型材出現(xiàn)變形與開裂的缺陷。

目前，計(jì)算設(shè)計(jì)型材擠壓模工作帶長(zhǎng)度的方法主要有補(bǔ)充應(yīng)力法[1]和企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)等。這些方法主要是依靠大量實(shí)驗(yàn)或企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)知識(shí)對(duì)工作帶長(zhǎng)度進(jìn)行反復(fù)修正，導(dǎo)致生產(chǎn)周期長(zhǎng)、耗費(fèi)成本高，且無(wú)法用具體數(shù)據(jù)定量分析優(yōu)化原因。本文建立工作帶長(zhǎng)度設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，以某空腹型材為例，通過(guò)對(duì)金屬流出工作帶后的速度分布進(jìn)行定量分析，優(yōu)化了工作帶長(zhǎng)度，保證了該型材的尺寸和外形質(zhì)量，為平面分流組合模具中工作帶長(zhǎng)度的優(yōu)化提供了有效參考。

1 工作帶長(zhǎng)度設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立[2]

2 數(shù)值模擬模型的建立

2.1 模具模型的建立

以50mm×50mm，壁厚2mm的空腹型材為例（見(jiàn)圖1）。設(shè)計(jì)下模工作帶長(zhǎng)度見(jiàn)圖2。

2.2 工藝及模擬參數(shù)的設(shè)定

坯料材料選擇Al6063，坯料尺寸200mm×60mm，設(shè)置預(yù)熱溫度為480℃；上、下模模具材料選擇H13，預(yù)熱溫度450℃；擠壓速度3mm/s；整個(gè)熱擠壓過(guò)程的擠壓比=42.67。

為節(jié)省模擬時(shí)間模擬凸模壓下量選擇48mm，此時(shí)擠壓已進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，設(shè)置模擬網(wǎng)格尺寸為1mm。

2.3 金屬流速判據(jù)的設(shè)定

3 模擬結(jié)果分析

由于空腹型材截面對(duì)稱，取其1/8部分進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并在中性面及型材內(nèi)外層面上以1mm為間隔分別追蹤25個(gè)點(diǎn)，得出各點(diǎn)的具體速度值，來(lái)定量分析金屬流動(dòng)情況。

由圖3可以看出，中性面上的流速并不均勻，后8個(gè)點(diǎn)的速度較前14個(gè)點(diǎn)略大；同時(shí)內(nèi)層金屬流速比外層金屬流速大很多，導(dǎo)致了方管鋁材出現(xiàn)整體外擴(kuò)的現(xiàn)象；同時(shí)由表1可知，有7個(gè)點(diǎn)數(shù)值不符合判據(jù)要求。因此應(yīng)應(yīng)加大阻止里層金屬流動(dòng)的模芯工作帶，同時(shí)模芯工作帶長(zhǎng)度要不小于模孔最大工作帶長(zhǎng)度。

優(yōu)化后的模孔工作帶如圖4所示，模芯工作帶尺寸也由優(yōu)化前的9mm調(diào)整為9.5mm。

由圖5可知，工作帶經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，金屬流動(dòng)速度較為理想，平均值達(dá)到109.4mm/s，同時(shí)由式2.1得出的16個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)流速分布因子（見(jiàn)表2）可知，數(shù)值符合流速穩(wěn)定性的要求。

4 結(jié)論

本文以某空腹型材為例，建立了工作帶長(zhǎng)度設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，用Pro/E軟件構(gòu)建平面分流組合模模型，數(shù)值模擬出熱擠壓過(guò)程中金屬流速的變化規(guī)律；通過(guò)對(duì)金屬流出工作帶后的速度分布進(jìn)行定量分析，優(yōu)化了工作帶長(zhǎng)度，保證了空腹型材質(zhì)量，數(shù)值模擬結(jié)果表明，本研究對(duì)平面分流組合模工作帶長(zhǎng)度的優(yōu)化是有效的，可為空腹型材熱擠壓模具的設(shè)計(jì)及企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉靜安.鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)、制造、使用及維修[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1999.

[2]閆洪，夏巨諶，包忠詡等.型材擠壓模工作帶長(zhǎng)度設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)學(xué)建模[J].塑性工程學(xué)報(bào)，2002，3（09）：70-73.

[3]林高用，陳興科，蔣杰等.鋁型材擠壓模工作帶優(yōu)化[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2006，4（14）：561-566.

作者簡(jiǎn)介：唐妍（1983-），女，江蘇鹽城人，碩士，講師，主要從事塑性成形數(shù)值模擬研究。endprint