平面分流組合模工作帶長度優化研究

摘 要：本文建立了工作帶長度設計計算的數學模型，以某空腹型材為例，構建平面分流組合模具模型，數值模擬出熱擠壓過程中金屬流速的變化規律；并對金屬流出工作帶后的速度分布進行定量分析，數值模擬結果表明本研究對平面分流組合模工作帶長度的優化是有效的。

關鍵詞：空腹型材；工作帶長度；優化

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、尺寸和表面質量的區域。由于工作帶和變形金屬間的摩擦阻力可調整金屬流速，因此合理設計工作帶長度，可有效提高型材斷面各處金屬流速的均勻性，防止型材出現變形與開裂的缺陷。

目前，計算設計型材擠壓模工作帶長度的方法主要有補充應力法[1]和企業生產經驗等。這些方法主要是依靠大量實驗或企業實踐經驗知識對工作帶長度進行反復修正，導致生產周期長、耗費成本高，且無法用具體數據定量分析優化原因。本文建立工作帶長度設計計算的數學模型，以某空腹型材為例，通過對金屬流出工作帶后的速度分布進行定量分析，優化了工作帶長度，保證了該型材的尺寸和外形質量，為平面分流組合模具中工作帶長度的優化提供了有效參考。

1 工作帶長度設計數學模型的建立[2]

2 數值模擬模型的建立

2.1 模具模型的建立

以50mm×50mm，壁厚2mm的空腹型材為例（見圖1）。設計下模工作帶長度見圖2。

2.2 工藝及模擬參數的設定

坯料材料選擇Al6063，坯料尺寸200mm×60mm，設置預熱溫度為480℃；上、下模模具材料選擇H13，預熱溫度450℃；擠壓速度3mm/s；整個熱擠壓過程的擠壓比=42.67。

為節省模擬時間模擬凸模壓下量選擇48mm，此時擠壓已進入穩定狀態，設置模擬網格尺寸為1mm。

2.3 金屬流速判據的設定

3 模擬結果分析

由于空腹型材截面對稱，取其1/8部分進行數據分析，并在中性面及型材內外層面上以1mm為間隔分別追蹤25個點，得出各點的具體速度值，來定量分析金屬流動情況。

由圖3可以看出，中性面上的流速并不均勻，后8個點的速度較前14個點略大；同時內層金屬流速比外層金屬流速大很多，導致了方管鋁材出現整體外擴的現象；同時由表1可知，有7個點數值不符合判據要求。因此應應加大阻止里層金屬流動的模芯工作帶，同時模芯工作帶長度要不小于?？鬃畲蠊ぷ鲙чL度。

優化后的?？坠ぷ鲙鐖D4所示，模芯工作帶尺寸也由優化前的9mm調整為9.5mm。

由圖5可知，工作帶經過優化后，金屬流動速度較為理想，平均值達到109.4mm/s，同時由式2.1得出的16個關鍵點流速分布因子（見表2）可知，數值符合流速穩定性的要求。

4 結論

本文以某空腹型材為例，建立了工作帶長度設計計算的數學模型，用Pro/E軟件構建平面分流組合模模型，數值模擬出熱擠壓過程中金屬流速的變化規律；通過對金屬流出工作帶后的速度分布進行定量分析，優化了工作帶長度，保證了空腹型材質量，數值模擬結果表明，本研究對平面分流組合模工作帶長度的優化是有效的，可為空腹型材熱擠壓模具的設計及企業生產實踐提供依據。

參考文獻：

[1]劉靜安.鋁型材擠壓模具設計、制造、使用及維修[M].北京：冶金工業出版社，1999.

[2]閆洪，夏巨諶，包忠詡等.型材擠壓模工作帶長度設計計算的數學建模[J].塑性工程學報，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化[J].中國有色金屬學報，2006，4（14）：561-566.

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