Q-Form軟件在鋁擠壓生產(chǎn)中的應用

黃志其，陳 慧，2，鄧濤濤，葛 杰，胡 權，萬 里

（1.佛山市三水鳳鋁鋁業(yè)有限公司，佛山528133；2.中南大學材料學院，長沙410006）

0 前言

鋁型材擠壓是一個處在高溫、高壓、高摩擦狀態(tài)等復雜條件下的成形過程。在分流組合模中，由于分流孔的形狀、布置以及分流橋的結(jié)構是影響金屬分配的重要因素，因此，分流模中各個位置的金屬流動狀態(tài)所引起的產(chǎn)品尺寸不合格的情況尤為常見。目前國內(nèi)大部分鋁型材擠壓模具設計基本還停留在傳統(tǒng)的依賴工程設計人員的經(jīng)驗以及技術人員的反復試模、修模來保證模具設計的成功率。這不僅耗時、耗力，而且模具壽命和產(chǎn)品品質(zhì)也難以保證[1-2]。

近年來，大型型材擠壓廠及專業(yè)模具廠都開始將數(shù)值模擬技術引入擠壓模具設計中。通過在計算機上模擬試模，能夠得到鋁合金在模腔內(nèi)的變形信息，如速度、溫度、應力應變、壓力等物理場量的分布，由此可以判斷型材產(chǎn)品有無扭擰、彎曲、波浪等缺陷，從而評價工藝及模具結(jié)構設計是否合理，以便及時修改工藝和設計參數(shù)來代替費時費力的試模及返修過程[3-5]。

本文以某型材廠單元式幕墻型材為例，采用Q-From模擬軟件對該模具設計進行分析，以證明模擬軟件能較好地預測模具出材情況，對指導修模有實際意義。

1 Q-Form模擬擠壓工藝參數(shù)

以某廠2 500 t某型號擠壓機為例，型材斷面及模具設計如圖1所示。該模具返修多次上機試模仍不合格，主要原因為面不平、波浪、斜角。現(xiàn)采用Q-From模擬軟件對該模具進行分析，找出產(chǎn)生波浪、面不平缺陷的原因，模擬采用試模時的擠壓生產(chǎn)工藝，具體工藝參數(shù)如表1所示。

圖1 模擬擠壓型號斷面結(jié)構圖及模具設計圖

表1 Q-Form模擬擠壓工藝參數(shù)

2 Q-Form模擬結(jié)果對比分析

2.1 模具受力以及出料模擬與實際情況對比

Q-Form模擬模具受力情況及模擬出材與實際出料情況對比如圖2～圖4所示。

圖2 模具受力變化圖

圖4 擠壓實際出料情況

從圖2可知，該模具受力最大值在橋位與公頭連接處，為1203.87 MPa，超出模具的安全受力上線1 200 MPa，擠壓生產(chǎn)存在裂橋風險。從圖3擠壓型材出料情況模擬分析可知，型材中間筋位出料較慢，供水不足，該部位出料時可能產(chǎn)生收口、斜角等缺陷，且外表面出料速度不均可能產(chǎn)生面不平、波浪，與第一次實際擠壓生產(chǎn)情況相符（如圖4所示）。

圖3 擠壓出料模擬變化圖

2.2 出料根部速度模擬

擠壓出料根部速度模擬如圖5所示。從圖中可以看出1、2部位出料速度最快可達404 mm/s，左右兩邊3、5部位出料速度較慢，為208 mm/s，中間7筋部速度只有142 mm/s，上面小筋位速度更慢，只有128mm/s，與圖4實際出料情況情況相符。

圖5 擠壓出料根部速度變化圖

3 實際修模方法

根據(jù)Q-Form軟件模擬結(jié)果，結(jié)合第一次出料情況，對模具進行了如下調(diào)整，原始設計圖及修模方案如圖6和圖7所示。

圖6 原模具設計圖紙

（1）將模擬分析結(jié)果圖5中3、5部位上模橋位加長，加大其對應部位下模焊合室的體積，以便加快供水，具體如圖7部位a、b處所示。

（2）將圖5中3、5部位上模出水口沉橋15 mm，加大兩邊的供水，具體如圖7部位c、d處所示。

（3）對圖5中3、5部位上模入水口橋位進行銑加工，使其坡度為20°，加大供水，具體如圖7部位e、f處所示。

（4）對圖5中7部位上模入水口沉橋，將原15 mm沉橋至25 mm，具體如圖7部位g處所示。

（5）在圖5中6部位處增加引流槽，以便加深加大供水，具體如圖7部位h處所示。

圖7 修模改進圖紙

修模完成后，型材出料正常，上機一次順利完成生產(chǎn)訂單。

4 結(jié)論

（1）Q-Form模擬軟件能夠模擬預測模具強度、受力情況及型材出料情況，并示出型材斷面各個部分出料速度的差異，可指導設計和修模，并在線完成模具設計方案變更和試模過程，減少擠壓現(xiàn)場試模次數(shù)，降低生產(chǎn)成本。

（2）利用Q-Form軟件對本研究中的復雜斷面型材進行模擬分析研究，模擬結(jié)果與實際出料情況基本吻合，進一步驗證了該軟件的實用性。