简介
近年来，随着我国铝加工技术的发展，铝型材的应用越来越广泛，但工业铝型材具有断面结构复杂，难于挤压等特点，因此合理设计铝型材挤压模具是大型铝型材的关键。丛林集团在使用HyperXtrude模拟分析软件的过程中，经过不断探索，将设计人员的设计理念、经验与有限元模拟分析软件HyperXtrude有机结合起来，最大限度的减少了试模次数，降低了成本。
挑战
一般来说，一套好的挤压模具，在挤压条件已经基本确定的情况下，主要满足两方面的要求：一是金属流出模口时的速度均匀控制在一定的范围内，二是模具强度（这里主要分析模具变形、失效）应符合要求。金属流出模口时的速度应在一定的范围内是为了保证挤出型材不出现扭拧、波浪、弯曲和供料不足等现象；模具强度应符合要求主要是为了减少模具弹性变形、预防模具塑性变形导致模具报废。弹性变形导致挤出型材产生“偏壁现象”，对一些难以避免的“偏壁现象”，在设计时经常加入：“预变形量”。
图1所示为一实际型材截面图。此铝型材结构较为特殊，考虑到模具强度，决定采用三模芯假分流。难点是模芯一旦内外受力不均，容易偏心。如何设计模具保证型材成型是面临的挑战。
解决方案
丛林集团对几种工业铝型材（包括车体型材）的实际试模结果与基于HyperXtrude软件模拟结果的分析对比，从金属流出模口时的速度和是模具弹性变形两个方面进行了比较。图2为根据三维设计建立的挤压仿真分析模型。
图1 实例型材截面1
图2 型材1挤压分析模型
图3 型材出口速度及变形
使用HyperXtrude进行仿真分析后得到的结果如图3~7所示。分别为型材出口速度及变形，模具变形云图。
图4上模模芯X向位移云图
图5上模模芯Y向位移云图
图6下模型腔在X向位移云图
图7下模型腔Y向位移云图
从仿真分析结果来分析，总体上模芯内外受力较为均衡、变形很小，但金属流出模口时的速度相差较大，容易引起型材变形。
HyperXtrude在模具强度校核时反应出来的数据在不同类别模具所表现出来的关注点是不一样的。尤其是大型模具的强度校核，丛林集团对以往失效模具做过多次试验发现大型模具的强度校核是非常必要的。通过强度校核能够事先发现模具强度的薄弱之处，并及时修正可以避免造成不必要的废模，所以利用Altair HyperXtrude查看型材Z方向的流度，并且查看模具强度以及模具X、Y方向的速度云图。X、Y方向的变形过大会导致模具中强度比较薄弱的地方失效而导致模具报废。这个是观察Z方向速度表现不出来的，而这个对模具的寿命影响是非常大的。通过仿真计算最终确定的修模方案：缩短中间部分工作带长度，扩大中间部分二层焊合室尺寸，减少两端部分二层焊合室尺寸，修模方案如图9所示。
图8 试模料头及尺寸图样
图9 修模方案
结论
以上实例表明，只要三维建模准确，给定挤压工艺参数和实际试模时的参数吻合，Altair HyperXtrude软件的模拟结果与实际试模结果的接近程度很高，基本能够反映出设计问题及缺陷。模具强度校核的应用可以有效保证大型模具的设计安全性。通过模拟挤压可以减少试模次数，校核大型模具的强度，对模具的安全性预测具有明显效果。模拟结果对于模具设计具有非常重要指导意义，可以作为模具设计的强有力工具。
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