挤压铝型材检验规程（精选8篇）
篇1：挤压铝型材检验规程
3．1铸锭加热
对挤压生产来说，挤压温度是最基本的且最关键的工艺因素。挤压温度对产品质量、生产效率、模具寿命、能量消耗等都产生很大影响。
挤压最重要的问题是金属温度的控制，从铸锭开始加热到挤压型材的淬火都要保证可溶解的相组织不从固溶中析出或呈现小颗粒的弥散析出。
6063合金铸锭加热温度一般都设定在M安徽工程技术学校g2Si析出的温度范围内，加热的时间对Mg2Si的析出有重要的影响，采用快速加热可以大大减少可能析出的时间。一般来说，对6063合金铸锭的加热温度可设定为： 未均匀化铸锭：460-520℃；均匀化铸锭：430-480℃。
其挤压温度在操作时视不同制品及单位压力大小来调整。在挤压过程中铸锭在变形区的温度是变化的，随着挤压过程的完成，变形区的温度逐渐升高，而且随着挤压速度的提高而提高。因此为了防止出现挤压裂纹，随着挤压过程的进行和变形区温度的升高，挤压速度应逐渐降低。
3．2挤压速度
挤压过程中必须认真控制挤压速度。挤压速度对变形热效应、变形均匀性、再结晶和固溶过程、制品力学性能及制品表面质量均有重要影响。
挤压速度过快，制品表面会出现麻点、裂纹等倾向。同时挤压速度过快增加了金属变形的不均匀性。挤压时的流出速度取决于合金种类和型材的几何形状、尺寸和表面状况。
6063合金型材挤压速度(金属的流出速度)可选为20-100米/分。
近代技术的进步，挤压速度可以实现程序控制或模拟程序控制，同时也发展了等温挤压工艺和CADEX等新技术。通过自动调节挤压速度来使变形区的温度保持在某一恒定范围内，可达到快速挤压而不产生裂纹的目的。
为了提高生产效率，在工艺上可以采取很多措施。当采用感应加热时，沿铸锭长度方向上存在着温度梯度40-60℃(梯度加热)，挤压时高温端朝挤压模，低温端朝挤压垫，以平衡一部分变形热；也有采用水冷模挤压的，即在模子后端通水强制冷却，试验证明可以提高挤压速度30％-50％。
近年来在国外用氮气或液氮冷却模具(挤压模)以增加挤压速度，提高模具寿命和改善型材表面质量。在挤压过程中将氮气引到挤压模出口处放出，可以使被冷却的制品急速收缩，冷却挤压模和变形区金属，使变形热被带走，同时模子出口处被氮的气铝型材1800吨压力机氛所控制，减少了铝的氧化，减少了氧化铝粘接和堆积，所以氮气的冷却提高了制品的表面质量，可大大的提高挤压速度。CADEX是最近发展的一种挤压新工艺，它挤压过程中的挤压温度、挤压速度和挤压力形成一个闭环系统，以最大限度地提高挤压速度和生产效率，同时保证最优良的性能。
3．3在线淬火
6063-T5淬火是为了将在高温下固溶于基体金属中的Mg2Si出模孔后经快速冷却到室温而被保留下来。冷却速度常和强化相含量成正比。6063合金可强化的最小的冷却速度为38℃/分，因此适合于风冷淬火。改变风机和风扇转数可以改变冷却强度，使制品在张力矫直前的温度降至60℃以下。
3．4张力矫直
型材出模孔后，一般皆用牵引机牵引。牵引机工作时在给挤压制品以一定的牵引张力，同时与制品流出速度同步移动。使用牵引机的目的在于减轻多线挤压时长短不齐和抹伤，同时也可防止型材出模孔后扭拧、弯曲，给张力矫直带来麻烦。张力矫直除了可以使制品消除纵向形状不整外，还可以减少其残余应力，提高强度特性并能保持其良好的表面。3．5人工时效
时效处理要求温度均匀，温差不超过±3-5℃。6063合金人工时效温度一般为200℃。时效保温时间为1-2小时。为了提高力学性能，也有采用180-190℃时效3-4小时，但此时生产效率会有所降低。
3．6铸锭长度的优化与计算
铸锭长度的计算方法有体积法和质量法。通过建立数学关系式，就很容易地选取出最佳的铸锭规格，大大提高型材的几何成品率。
(1)体积法
Vo=V1十Vn
AoLo=A1·L1十A·Ln
Lo/Ko=L1/λ十Ln
Lo=(L1/λ+Ln)·K&helli铝材价格p;………………………………………………(1)
式中：Vo——铸锭体积(mm3)；
V1——型材体积(mm3)；
Vn——压余体积(mm3)；
Ao——铸锭面积(mm2)；
Lo——铸锭长度(mm)；
A1——型材截面积(mm2)；
L1——型材长度(mm)；
A——挤压筒面积(mm2)；
Ln——压余长度(mm)；
K=A/Ao充填系数；
λ=A/A1挤压系数。
按照体积不变道理，经简化之后整理为公式(1)，K与Ln可以认为是常数，只要求λ，确定Lmax，可方便地求出Lo，即铸锭长度。
(2)质量法
mo=m1十mn
ρLoLo=L1·ρL1+mn
Lo=(L1·ρL1+mn)·PLo…………………………………………………(2)
式中：Lo铸锭长度；
L1型材压出长度(m)；
ρL1型材线密度(Kg/m)；
mn压余重量(Kg)；
mo铸锭重量(kg)
m1压出型材重量(kg)
ρLo铸锭线密度(Kg/m)；
(2)式还可以再变化一下，即：L1=n·L定+L12
Lo=·ρLo-1
………………………………………………(3)
式中：n定尺支数；
L定定尺寸长度(m)；L12切头切尾长度(m)。
(3)式比较直观方便的计算出Lo在实际工作中ρL1是随着型材壁厚的不断变化而增加的。为方便上工序供锭，大设备的铸锭长度可设定30mm为一档，小设备设定为20mm为一档。我们可以根据公式(3)制订ρL1、Lo、n、L1对照表。一般民用建筑型材供货长度为6m。这种对照表对工艺技术员和计划员的使用是十分方便的。
公式(3)又可以简化为下式：
Lo=KnL1+C…………………………………………(4)
Kn是与n有关的系数；
C是与机型有关的常数；
ρL1是Lo的函数，可以编好程序输入计算机，比较精确地计算出Lo。
3．7提高挤压成品率的措施
影响挤压型材成品率的因素很多我们能计算得出几何废料，在挤压生产中产生的废料一般分为几何废料和技术废料，几何废料是生产过程中仅与制品生产工艺有关的废料。压余、切头、切尾等均属几何废料。技术废料是在生产过程中，由于不正确执行工艺操作规程，人为造成废品(包括试模废料、铸造缺陷带来的废品等)。技术废品是可以避免和减少的，几何废品是不可避免的，但可通过优化挤压工艺和精确计算铸锭长度等措施来减少。
挤压生产中几何废料的大小可用下式表示：
N=Nn十N12…………………………………………(5)
N几伺废料(％)
Nn压余废料(％)
N12切头废料(％)
Hn=K/Lo·Ln
N12=K/Lo·L12/λ
N=K/Lo·(Ln+L12/λ)…………………………………………………(6)
N=K/Lo·(Ln+L12/λ)
K充填系数；
Lo铸锭长度(mm)；
Ln压余长度(mm，随挤压筒直广东铝型材价格径而变)；
L12切头尾(mm，随制品规格而变)；
λ挤压系数。
从(6)式中可以明显看出，铸锭长度Lo越长，挤压系数越大，则几何废料N越小，即几何成品率越高。其中铸锭长度影响较大些。但是，不能无限制地增加Lo和λ，因为它们受挤压机能力、压出长度等因素限制。
篇2：挤压铝型材检验规程
一、申请开模
1、按照客户或销售人员提供的的图纸或样品由公司委托模具生产厂家制图，图纸经审核后由模具管理员或销售经理提出开模申请，再经公司领导批准后开模。如果属于用户提供的图纸或样品，需开模具的图纸必须经过客户的认可并签字。
2、模具订购单经公司领导签字后生效并传真至模具生产厂家，五金库房、模具管理员和销售经理各执一份。
二、模具验收
1、模具发到公司后，由五经库房根据订购单进行数量验收，与订单不相符合或无订单的模具不予验收。
2、经五金库房验收并办好入库手续后，由模具管理员在五金库房办理领用手续。模具管理员和修模工共同进行检查验收，验收内容包括：检查模具的外形尺寸、断面是否和图纸相符以及模具的硬度等。每付模具建立模具跟踪随行卡，并在电脑上建立模具台帐。
三、试模
1、由模具管理员开《试模通知单》，交予生产排产员，由生产排产员下达生产指令安排挤压车间试模，挤压车间主任确定试模时间。
2、新模试模尽可能安排在白班，可以将容易出料、难度系数小的模具安排在夜班试模。试模时，模具主管及修模工亲临现场。特殊品种试模时，挤压车间主任和公司领导也需参加。
3、试模前的准备工作要充分：（1）筒温、模温和棒温要符合生产工艺要求；（2）挤压机中心调整，三心同一，即挤压轴、盛锭筒、模座中心在一条线上；（3）工装具；（4）量器具及产品图纸。
4、试模的铝棒不能太长，挤压上压不能太快，试模的料头30-50mm长，标注上下面、模具编号及出料方向。填好模具使用记录。
5、由试模的挤压班长负责取好样品，模具管理员对样品质量进行检测，特殊模具需出具《试模检验报告》。一式三份，一份自留，一份交排产员，一份交挤压车间。向客户提供的样品，质量检测达到用户要求，保证客户要求的长度及数量。
6、每次模具的试模情况在模具随行卡和模具台帐上如实填写。
7、如果新模具修三次试四次不合格，将模具退回模具生产厂家，要求模具生产厂家重新开模具，模具车间主任将信息及时反馈到销售部、排产员或直接反馈给客户。
四、生产用模
1、生产班组根据生产计划单的要求到修模房领用模具，模具和模具随行卡同行到机台。
2、机台的模具暂时不需加热的，要放到机台模具专用架上，不得直接放在水泥地面上。
3、需要加热的模具，用专用工具将模具横放到模具加热炉内，严禁平放在炉内，更不能用力扔在炉内，避免砸坏模具炉或模具。须填写模具加热时间。
4、模具加热温度及加热时间符合工艺要求，才允许上机使用。需用专用垫的模具必须使用相应的专用垫。
5、原则要求在哪个机台试的模具就只能在哪个机台使用，严禁不同机台模具混用。使用中，要取好模具料头，长度一般20-30mm，并做好标识。在《模具使用原始记录》上填写清楚。
6、已完成计划或暂时不用的模具，在炉内加热或未加热的模具都要送回模具房。
7、在模具炉模具连续加热不得超过12小时。如果有生产计划而加温超过12小时，要把模具从炉内夹出来冷却，需要加热时再进行加热。
8、从挤压机上卸下来的模具，煲模工及时把模具上的料头铲掉。模具冷却后再
送往模具房进行煲模。
五、煲模
1、煲模池的碱水浓度适宜，不要太浓，且进行加热。
2、需煲的模具往池中放的时候要注意安全，避免碱水溅出伤人。
3、模具煲到一定时候，要把组合模具敲开，注意不要损伤模具。能敲出的铝块尽量敲出，减少不必要的铝损耗。
4、煲干净的模具用清水冲洗干净后，送到修模房。
5、煲模要及时，当班用的模具在机台停留时间不得超过1小时。加急的模具需立即煲模。
六、修模
1、修模工根据挤压车间生产班组的模具使用原始记录和取的料头认真判定情况，科学、合理修复模具。
2、模具抛光要全面彻底。抛光工未经同意不得修复模具。
3、修复好的模具，在模具上标注清楚模具的编号、壁厚和机台，及时发往机台或者直接上架。
4、修模工必须对长时间未用的模具做好维护工作，要定期对模具涂油，避免模具工作带生锈。
篇3：异形铝型材挤压模具优化设计
铝合金型材在制造业中得到了广泛的应用,尤其是大型空心型材,因其重量轻,强度、刚性大,结构紧凑等特点成为航空航天工业中必不可少的结构材料。挤压技术作为一种高效、优质、低消耗、少无切削的加工工艺,是铝合金型材成形的主要工艺方法。高质量的挤压模具是生产挤压型材的重要工具,由于技术参数多,设计难度大,目前,主要依靠设计人员的经验,对模具进行反复的试验和修改。这既延长了设计和生产周期,也大大提高了模具的制造成本。挤压模具在设计过程中涉及到的结构要素多,且各结构要素对挤压过程的影响又十分复杂,仅靠传统的实验与经验方法已不能从根本上掌握材料的变形规律。数值模拟技术是分析金属材料体积成形的最有力工具,国内外学者普遍采用有限元法和有限体积法[1~4]对挤压过程进行数值模拟。
本文以断面复杂的异形空心铝型材挤压模具为研究对象,应用有限体积方法对空心铝型材的挤压过程进行了研究。在模具基本设计要素确定的情况下,以变形坯料的流动均匀性、焊合质量以及挤出产品无弯曲、扭拧等变形缺陷为目标,采用正交试验方法对模具的主要结构参数进行了优化,获得了最佳的模具结构。
2 铝型材组合模具的设计
图1为某异形铝型材的截面图,材质6061铝合金。实际生产工况:坯料成形温度450℃,模具预热温度400℃,模具材料H13钢,挤压筒直径200mm,挤压速度2mm/s,摩擦因子0.3。由于截面形状不规则,挤压时极易产生波浪、扭拧、弯曲和焊合不良等缺陷。所设计的异形空心型材的挤压模见图2,属于典型的平面分流组合挤压模。
异形空心型材挤压采用的平面分流模主要设计要素有:分流比,分流孔的形状、大小和分布;分流桥;模芯;焊合室和定径带等。通过调整挤压模上分流孔1,2,3和4的外形和尺寸,以及分流桥的尺寸,并通过对挤压成形过程的数值模拟,获得了挤压过程中金属流动的速度场、应力场、应变场、温度场和挤压力等的变化规律,初步确定挤压模为图2所示尺寸。图3为模拟得到的挤压过程中金属流动速度的分布情况,由图中可看到材料流动均匀,挤出的型材端面平整。图4为模拟得到的等效应变分布图。
模拟结果表明用该模具挤压铝合金,变形材料在挤压过程中等效应力、应变、温度场分布均匀,有利于获得组织均匀,力学性能较好的型材。
3 挤压模具参数的正交虚拟试验
数值模拟软件,一般不能评价设计变量对成形性能的影响,只能通过正交试验[5]的设计方法来确定。通过虚拟正交试验来研究工艺参数对成形的影响,兼顾了数值模拟和正交试验的优点,能对所设计的模具作进一步优化。选取模具参数中对挤压成形有较大影响的三个因素:焊合室深度,工作带长度和焊合角,并各取三个水平,列成因素水平表1。选用正交表,列出试验方案表2。
按照正交表的试验方案,应用数值模拟软件对异形空心铝型材的挤压过程进行数值模拟虚拟试验,试验结果如表3所示。
4 虚拟试验结果分析
4.1 等效应力分析
在挤压过程中,焊合室内的等效应力越大越有利于金属的焊合。图5为不同试验条件下焊合室峰值等效应力的变化情况,从图中可看出试验9的等效应力值最大,直观分析的的最优水平组合为A3B3C2。
4.2 等效应变分析
为了获得力学性能良好的焊缝,希望等效应变越大越好,图6为不同试验条件下峰值等效应变的变化情况。从图中可以看出试验号9的等效应变最大。直观分析的最优水平组合为A3B3C2。
4.3 挤压力分析
在型材挤压过程中,挤压力越小模具所承受的载荷越小,对保证模具的使用寿命有积极影响,同时也可降低挤压设备吨位。图7为不同试验条件下最大挤压力的变化情况,从图中可以看出,试验2的挤压力最小,直观分析的最优水平组合为A1B2C2。
由表3的极差值R知,影响等效应力的因素由主到次依次是R2>R1>R3,说明焊合角对等效应力的影响最大,其次是焊合室深度和工作带长度;影响等效应变的因素由主到次依次是R1>R2>R3,说明焊合室深度对等效应力的影响最大,其次是焊合角,影响最小的是工作带的长度;影响挤压力的因素主次顺序是R3>R1>R2,说明工作带的长度对挤压力的影响最大,其次是焊合室深度,影响最小的是挤压角。综上分析,挤压力对工作带长度最敏感;等效应变对焊合室深度最敏感;而等效应力主要受焊合室深度和焊合角的影响,其中焊合角的作用相对较大。
根据计算结果,等效应力最优水平组合为A3B3C2;等效应变最优水平组合为A3B3C2;挤压力最优水平组合为A1B2C2。分流组合模具挤压空心型材时存在焊缝,而焊缝的力学性能对型材的质量有重要影响。因此,在研究时将焊合室的等效应力作为主要考虑的因素。最终选用A3B3C2为最优水平组合,即焊合室深度为30mm,焊合角为45°,工作带长度为8mm。该试验条件为正交试验中的方案9。
5 结论
(1)应用有限体积法对异形空心铝型材挤压过程进行了模拟,设计出了合理的模具结构,获得了挤压过程中金属流动的速度场、应力场、应变场和挤压力等的变化规律。
(2)在设计出的挤压模具方案基础上,选取对挤压过程有较大影响的模具参数:焊合室深度、焊合角以及工作带长度为因素,每个因素选取三个水平,设计了正交试验方案,并对试验方案进行了模拟试验。结果表明:焊合室等效应力受焊合角的影响最大;等效应变受焊合室深度影响最大;挤压力受工作带长度的影响最大。对于空心型材,焊缝的焊合质量是影响产品性能的主要因素,为此选择焊合室等效应力为主要考虑因素,确定了最优水平组合,优化了模具结构。
摘要：采用有限体积法,对异形空心铝合金型材挤压过程进行了数值模拟,获得了挤压过程中材料流动速度场、应力场、应变场和挤压力等的变化规律,设计出了合理的模具。在此基础上,选取焊合室深度、焊合角以及工作带长度为因素,设计了三因素三个水平的正交试验方案,对试验方案进行了模拟虚拟试验,确定了最优水平组合,优化了模具结构。
关键词：机械制造,挤压模,铝型材,数值模拟
参考文献
[1]Kleiner M,Schikorra M.Simulation of weldinchamber conditions for composite profile extrusio[J].Journal of Materials Processing Technology2006,177:587-590.
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篇4：薄壁铝型材挤压模具设计和维护
关键词：铝型材；挤压模具；设计
1 挤压模具介绍
挤压模具结构设计和制造环节较多，包括选材、设计、制造、修模等环节，其成本占到型材挤压生产成本的35%左右。在型材加工生产中，一般有两种主要挤压方法：分流组合模挤压法和穿孔针挤压法。前者加工起来简单且成本较低，后者成本高且应用范围较小，在实际型材加工生产中，分流组合模应用更为广泛。
1.1 挤压模具的工作条件。对于大截面复杂型材的挤压成形，挤压难度比较大，对挤压模具的结构与形状要求也很高，特别是对于这种断面形状较复杂，壁厚相差悬殊，断面面积及外接圆大，多腔空心等型材，挤压模具的工作条件变得更加恶劣。因此，对挤压模具要求较高，主要有如下几个方面：一是高温高压条件下工作；二是要具有较好的抗磨损能力；三是具有很高的强度和韧性，避免在工作中出现应力集中而使模具破坏。
1.2 挤压模具的分类。挤压模具种类很多，根据不同的分类条件可以进行归类。分类的主要依据有模具结构和模孔压缩区断面外形。分流组合模在目前是应用最为广泛的一种模具形式，平面分流组合模的组成结构主要包括上模、下模、定位销和联结螺钉四个部分，其工作原理是在一定的挤压力作用下，锅淀通过分流孔被分流成金属流，流经焊合室进行汇集和傅合，最终由模芯和模孔流出，形成具有所要求几何形状的型材产品。
1.3 模具的设计步骤。实际生产中，产品类型、工艺方法、设备和模具结构都是影响模具设计过程的重要因素。但是在设计过程中，挤压模具模腔的设计一般按照以下步骤进行：
1.3.1 模腔参数确定和模孔布置。模腔参数的确定主要根据挤压机、工艺规程和现场工具设备来确定。模孔布置合理与否直接影响着模具强度，同时影响金属流动的均匀性。一般在设计过程中，即使非对称的型材也要尽量保证模孔的对称性，同时使其尽量接近中心紧凑一些。通常情况下，模孔多设置在同心圆上（模孔之间的间距大于30-50mm，模孔距离模具边缘大于25-50mm，模孔与挤压筒边缘的距离大于20-40mm）。
1.3.2 设计模孔尺寸。在计算模孔尺寸时，应该考虑各种因素。一般采用下列公式来计算模孔尺寸：A=A0+M+（KY+KP+KT）A0
其中A0、M、KY、KP、KT分别表示型材的工程尺寸、允许偏差、拉力作用而使型材部分尺寸减少的系数、拉伸矫直时尺寸缩减系数和管材的热收缩量。在设计过程中公式只是一个参考，还需要综合考虑模具弹塑性变形、弯曲变形等因素。
1.3.3 调整金属流动速度。合理的金属材料流动速度是指同一截面上的材料质点流出模孔的速度一致。为了达到金属流动速度合理调整的目标，不仅要增加分流孔数目，尽量对称排列，而且在确定工作带长度时，还要综合考虑壁厚差异及其与挤压筒中心的距离。在生产过程中，还可以通过调整阻流块、促流角或者分流孔的外形和数目来达到调控型材挤出断面上速度均匀性的目的。
2 分流组合模的设计
分流组合模由上、下模组合而成。其中，上模有分流孔、分流桥及模芯，下模有焊合室和型孔，在模芯与型孔上均设有工作带。对于分流组合模，制品的焊缝数与金属流的股数相同。所以分流模只适应于如铅、镁、锌及其合金等高温焊合性能好的金属，而不适合硬铝等焊合性能不好的金属。
2.1 分流比K的选择。分流孔的面积与制品面积的比称为分流比，用K表示。对于型材挤压过程而言，K值越大越有利于金属流动和焊合及减小挤压力，所以在模具强度允许的范围内，要尽量选取较大的尺值。对于空心型材，取k=10-30；而对于管材，取K=5-15。
2.2 分流孔的确定。需要确定的分流孔参数主要包括分流孔形状、数目、截面尺寸及分布。形状有圆形、腰子形和异形，对管材或简单断面型材一般取圆形，对复杂型材多采用异形。通常，可通过减少分流孔数目同时增大分流孔面积来减少焊合缝的数量和降低挤压力。对于分流孔的数目，一般有二孔、三孔及四孔等偶数个模孔，分流孔形状可以设计成斜孔，即入口小出口略大，同时也要根据型材的形状而具体确定，最终以有利于金属焊合为目的。
2.3 焊合室。增大焊合室高度有利于焊合区的焊合，但会使得模芯的稳定性下降和制品壁厚不均；当压力增大和焊合室高度过小时，就会影响焊合区的焊合质量。焊合室高度通常可根据挤压筒的直径而定（参考表1）。
表1 挤压筒直径与焊合室高度对照表
[筒径＼&115-170＼&170-220＼&220-280＼&300以上＼&焊合室高度＼&10-20＼&20-30＼&30＼&40＼&]
2.4 分流桥的确定。分流桥可按照其结构分为固定式分流桥和可拆式分流桥两种。若分流桥宽设置较小，则可以加大分流比和降低挤压力；若设置较大，则可以改善金属流动的均匀性。分流桥高度与模具强度及挤压力有直接关系，在保证模具强度情况下，应愈小愈好，若分流桥的高度过大，则压力就会变大。所以分流桥的高度值必须要能保证模具的强度。
3 挤出模具的维护
对于模具的维护和保管是直观的一个环节，从模具出厂以后就需要对模具建立档案，详细记载模具的相关情况，包括订购验收情况、工艺参数和使用过程中的技术状况、磨损和维修情况等。在平常使用过程中要根据使用强度对真空系统和冷却系统等进行必要的清理工作。使用过程中如果模具表面出现擦伤或轻微腐蚀现象，要及时用1000目以上的细砂纸打磨抛光，对严重的损伤要及时进行修复处理。在模具闲置不用的情况下要放置在清洁、干燥且通风的地方进行保管，谨防受到腐蚀，对于长时间不用的模具要采取油封等其他的防止损伤的措施。另外，模具的维修和养护需要具有专业技能的工人承担，切不可粗心大意。
参考文献：
[1]何钊.基于HyepXtrude的多孔模具研究及应用[D].中南大学，2012.6.
篇5：挤压铝型材检验规程
【外文戴要】果为盘算机技巧的出无续收铺和普遍当用，盘算机辅帮设计的方式越来越长地被当用反在产品的开收工做外。工程图纸做为一类从要的工程文件，被普遍当用于工业出产和科研开收外，并且和灭出产和开收工做的延续，工程图纸的数量将出无续地删加。如何闭于大量的图纸入行敏捷而无效地检索以及妥善的保留和管理便败为企业里临的一个迫切须要解决的题纲。本文依据外北铝业(集团)无限义务儿司挤压厂反在入行产品开收和图纸管理工做外呈现的题纲，反在闭于大量挤压铝型材产品图纸入行统计剖析的基本上，依据败组技巧的基本本理，开收的能闭于图纸入行无效管理，闭于现无产品图纸入行敏捷检索，并否闭于图纸入行改动、亡储、输出的集工程图纸管理和盘算机辅帮产品开收设计于一体的挤压铝型材产品图纸开类编码体解和图纸管理体解。本文降出的开类编码体解实现了挤压铝型材的刚性编码和盘算机现性编码，删加了体解的刚性和否扩充性，使本体解的当用愈加便本和通用。当体解规范了型材图纸的设计，降上了型材图纸的检索效力，闭于型材的相闭信做入行了的效的管理，良好地解决了铝型材图纸检索和管理的题纲；同时，做为一个盘算机辅帮产品设计体解，当用当体解的开类检索功能和图纸收持软件的图形编码功能，使产品的开收设计具无良好的继开性。当体解将败组技巧的开类编码本理和盘算机辅帮设计技巧当用于挤压铝型材的产品开收设计和产品图纸的管理外，出无仅否以极大地降上产品设计量量、伸短产品开收周迟期，还否以加长反单画图工做及规范造图方式；同时，当用盘算机亡储空间大、运行快度快的长处，否实现闭于未无产品图纸的集外管理和快快检索。当用盘算机辅帮产品开收，出无仅能以上量量、矮败本的产品敏捷知脚市场需供，还否为工厂入一步实行盘算机当用工程(如后续出产管理等)奠订良好的基本。本文的研讨解果反在挤压厂得到初步当用，获得良好的当用后果，现示出普遍的当用后景和适用价值。
篇6：挤压铝型材检验规程
关键词：铝型材,挤压,仿真,HyperXtrude
0 概述
铝型材热挤压成形工艺过程是一种处在高温、高压、高摩擦状态的十分复杂的流体运动过程,属于非线性、大变形问题,在挤压过程中,不断地有新的自由表面和新的热量产生,不断发生着温度传递、大变形等交叉耦合现象,采用物理实验和现有的测量仪器与手段根本无法了解铝合金的成形机理和变形规律。目前铝型材挤压工艺和模具的开发也基本上都是依靠工程类比和设计经验,所开发的挤压工艺和模具必须通过反复的试模和修模才能达到合理状态。
文献资料显示,以有限元为代表的仿真技术已经被广泛应用于铝型材挤压变形过程和模具优化设计研究,国内外研究者们在这些方面已经做了很多工作[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]。
统计分析显示,目前,国内外科研工作者的研究工作主要是基于deform、superforge两大系统,这两个系统在进行大变形的铝型材挤压成形方面都有很大的缺陷和难度,能够仿真的铝型材的复杂程度和仿真精度均受到一定程度的影响,因此其工程实际应用程度并不高。铝型材行业急切需要专业、快速、精确的仿真系统来实际指导挤压工艺和模具的设计。
国内期刊上还没有见到使用专用铝型材挤压成形系统进行挤压仿真研究的报道。本研究引进了专业的铝型材挤压仿真系统Hyper Xtrude,对该系统的铝型材挤压仿真建模的关键技术进行了详细研究,运用该系统对某建筑幕墙横梁铝型材进行仿真建模和求解,最后将仿真结果与试模结果进行比照分析。
1 Hyper Xtrude系统进行铝型材挤压仿真建模的关键技术
1.1 导入模具几何模型
Hyper Xtrude系统对大多数的3D CAD系统有接口,既支持通用的IGES、STEP、PARASOLID等标准格式的模型,也支持PRO/ENGINEER、UNIGRAPHIC、CATIA等专业的3D CAD模型。图1是建筑幕墙横梁挤压模具的上模和下模几何模型。
1.2 几何模型抽取
Hyper Xtrude系统是一款以ALE算法为主的仿真系统,建模时要求对材料流经的所有区域划分网格。在挤压过程中,材料流经了挤压筒——分流孔——焊合室——模孔,最后成形为型材,仿真模型需要对这几个区域的材料都进行网格划分。因此,导入几何模型后的第一个工作,就是从模具中抽取表面,创建这些区域的材料模型。从上模抽取分流孔内的挤压成形料的几何表面(定义component name为Pothole),从下模中抽取焊合室内的挤压成形料的几何表面(定义component name为Chamber)。通过填补Chamber部件上模孔,生成工作带内的挤压成形料的几何表面(定义component name为Bearing)。通过拉伸方法直接构造棒料的几何模型(定义component name为Billet)。
1.3 几何清理
为了保证单元质量,导入的几何模型中不允许有间隙、重叠、边界错位等缺陷,为了提高计算效率,导入的几何模型中也尽量不要包含细微特征,包括圆角、小孔。因此,在网格划分前,需要对导入的几何模型进行必要的几何清理工作,这些工作包括移除错位、小孔,压缩相邻曲面之间的边界,消除不必要的细节,改善几何模型的拓扑关系,等等。而在有限元分析时,如果要精确模拟这些微小特征,需要用到很多小单元,导致求解时间延长,因此,在进行网格划分之前需要进行必要的几何清理工作。几何清理是一项非常重要的工作,合理的几何清理可以提高网格划分的速度和质量,提高计算精度。铝型材挤压仿真模型几何清理的重点是分流孔和分流桥。
1.4 网格划分
几何清理完毕以后,可以在表面模型的基础上生成体模型,这样,下一步就可以对体模型划分网格了。Hyper Xtrude系统采用内嵌的Hypermesh模块进行网格划分,网格处理和优化功能非常强大、灵活。在对铝型材挤压模型进行网格划分时,必须遵循由下到上(即从Bearing——Chamber——Pothole——Billet)、由内到外(对空心模而言)、由小到大的原则,先生成面网格,再生成体网格,合理分配单元尺寸,保证网格大小的平稳过渡。最后,应该对创建的网格进行检查和优化。
1.5 应用挤压成形模板
创建好网格模型以后,就可以用Metal Extrusion模板,按照提示流程进行挤压仿真模型创建和边界条件的设置。在这个流程中,需要指定材料模型、挤压工艺参数(包括挤压速度、料筒直径、棒料温度等等),系统会根据指定的挤压模型自动生成边界条件和指定默认的边界参数;我们可以随后利用Check Undefined BC命令修改边界条件和参数。
1.6 生成GRF文件和提交计算
生成好仿真模型后,利用Parameters命令设置求解参数,最后生成grf和tcl文件,提交计算。图2是幕墙横梁的挤压仿真模型(为增加可视性,模型中隐藏了网格)。
2 模型求解及结果分析
采用如表1所示的挤压参数,对该挤压过程进行仿真求解,这些参数均取自实际的挤压生产工艺。
图3是从上模分流孔入口处到焊合室底部沿Z向所截取的四个截面,结果显示3号分流孔内的金属流速较快,1号和5号分流孔内的金属流速较慢。
图4是型材出口流速分布图,结果显示1号分流孔随对应的位置型材出口速度太快,空心结构周边的流速不均匀。图5是型材变形图,结果显示变形最大的部分是金属流速最快的部分,由于该处金属流速过快,导致型材向内面凹陷。
图6是该模具的试模料头,结果显示,中间部位流速过快,与图3所示的型材出口流速图非常吻合。图7是试模料身,料身平面度测量结果显示,横梁的中间部位向内侧凹陷,与仿真分析的结果一致。
依据以上的分析结果,由于3号分流孔的流速过快,导致型材出口对应位置的型材流速过快,也导致了型材的变形,应该调整1号分流孔的大小,降低该处的型材流速。
3 结语
仿真分析结果显示,Hyper Xtrude系统能够方便快捷地构建铝型材挤压仿真模型,求解速度快,求解结果能正确地反映实际情况。合理、科学的应用该软件必将对指导铝型材挤压工艺和模具设计、减少试模次数、提高设计效率和质量、节省成本、提高经济效益具有重要价值意义。
参考文献
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篇7：挤压铝型材检验规程
关键词：铝型材；毛刺；模具；铸棒；挤压工艺；晶粒
中图分类号：TG376 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 15-0000-01
Extruded Aluminum Surface Burr Causes and Prevention
Wang Wei1,Cai Fangli2
(1.Yankuang Light Alloy Co.,Ltd.,Jining273515,China;2.Yankuang Nantun Coal Mine,Jining273515,China)
Abstract:Aluminum extrusion,the common defect is relatively straightforward:such as bend,twist,bump,slag,etc.The surface adsorption burr defects,not carefully observed or hands touch more difficult to find,but it seriously affected the subsequent oxidation,electrophoresis profiles of surface quality,difficult to remove,seriously affecting the decorative profile of the surface.Therefore,in extrusion practice,continue to observe and analyze,summarize its causes,to take timely measures to reduce or eliminate the appearance of this defect.
Keywords:Aluminum;Burr;Mold;Casting rod;Extrusion process;Grain
一、前言
由于我们公司处于起步阶段，是提高公司产品质量，打造高档品牌形象的好时机，车间技术人员对此缺陷进行深入研究，在减少颗粒状毛刺的吸附方面取得了一定效果。
二、表面毛刺的表现
在挤压生产中，型材吸附毛刺经过仔细观察或用手在型材表面上滑动，都会发现。在锯切装筐工序，用风吹或擦拭，大部分的毛刺可以去掉。但还是有一部分由于静电原因仍吸附在型材表面上。经时效处理后，这些毛刺颗粒更加紧密粘附在型材表面。在型材表面预处理工序，由于槽液浓度的影响，有的可以去除掉，但在型材表面形成小麻坑，有的去除不掉，则形成凸起。
挤压型材表面出现的颗粒状毛刺分为四种：（1）铝棒中的杂质，如：精炼不充分遗留的金属夹杂物和非金属夹杂物。（2）时效炉内的灰尘附着。（3）铝棒中的缺陷及成分中的β相AlFeSi在高温下析出，使金属塑性降低，抗拉强度降低，产生颗粒状毛刺。
三、毛刺的形成原因
（一）挤压工艺的影响。挤压工艺参数的选择正确与否也是影响颗粒状冒充的重要因素。挤压温度越高、挤压速度过快，毛刺就越多，原因是由于温度高、速度快，型材流动速度增加，模具变形的程度增加，金属的流动加快，金属的变形抗力相对减弱，更易形成粘铝现象；对大的挤压系数来说，金属的变形抗力相对增加了，死区相对增大，提高了形成粘铝的条件，形成"吸附颗粒"的概率增加；铸棒加热温度与模具温度之差过大，也易造成颗粒状毛刺问题。
（二）铸棒质量的影响。由于高温铸造，铸造速度快，冷却强度大，造成合金中的β相AlFeSi不能及时转变为球状α相AlFeSi，由于β相AlFeSi在合金中呈现针状组织，硬度高、塑性差，抗拉强度很低，在高温挤压时不仅会诱发挤压裂纹，而且会产生顆粒状毛刺，这种毛刺不易清理，手感强烈，颗粒附近常伴随有蝌蚪状拖尾，在金相显微镜下观察，呈现灰褐色，成分中富含铁元素。
铝棒中的杂质影响，铝棒在熔铸过程中，精炼不充分，泥土、精炼剂、覆盖剂以及粉末涂料和氧化膜夹杂等混入棒中，这些物质在挤压过程中，使金属的塑性和抗拉强度显着降低，极易产生颗粒状毛刺。棒的组织缺陷常见的有疏松、晶粒粗大、偏析、光亮晶粒等，所有这些铸棒缺陷有一个共同点，就是与铸棒基体焊合不好，造成了基体流动的不连续性，在挤压过程中，夹渣极易从基体中分离出来，通过模具的工作带时，粘附在入口端，形成粘铝，并不断被流动的金属拉出，极易产生颗粒状毛刺。
（三）模具的影响。在挤压生产中，模具是在高温高压的状态下工作的，受压力和温度的影响，模具产生弹性变形。模具工作带由开始平行于挤压方向，受到压力后，只有工作带的刃口部分接触型材形成的粘铝。在粘铝的形成过程中，不断有颗粒被型材带出，粘附在型材表面上，形成了毛刺。我们现在使用的挤压模具以平面模居多，在铸棒不剥皮的情况下，铸棒表面及内在的杂质堆积在模具内金属流动的死区，随着挤压铸棒的推进及挤压根数的增多，死区的杂质也在不断的变化，有一部分被正常流动的金属带出，堆积在工作带变形后的空间内。有的被型材拉脱，形成了毛刺。因此，模具是造成毛刺的关键因素。另外工模具表面的粗糙度越高、工作带表面的硬度越低，也是造成粘铝，形成颗粒状毛刺原因之一。
还有空气中的尘埃、水、油污等强烈附着于铝型材表面，原因是热的铝型材遇到灰尘后粘附，发生化学反应并产生胶状物质，在时效过程中又与炉中的灰尘结合，生成较大的颗粒状毛刺，在随后的氧化、电泳、喷涂过程中不易清除。
四、减少毛刺的措施
（一）模具设计、制造、使用应注意的问题：（1）模具的设计必须满足刚度、强度的计算要求，以达到减少模具在受压时的弹性变形量。工作带的长短、空刀形式、焊合室形式等，都要考虑参数选择最佳值。（2）模具在制造过程中，要减少制造误差，避免尖角存在。（3）模具在使用时，一定要加装和选用合适的模垫、剪切垫。（4）模具都要经过氮化处理后，方可上机。（5）修模、光模时，要注意工作带的平行、表面粗糙度以及组合模装配的配合尺寸，把紧螺栓。
（二）选择合适的挤压参数根据挤压系数、型材断面情况、模具情况、设备情况等，选择最佳的挤压温度、铸棒加热温度、模具温度以及挤压速度，并在生产过程中，不断调整这些参数。这些都是消除或减少“吸附颗粒”的主要措施。
（三）提高铸棒的质量在铸棒的铸造过程中，采用细化晶粒工艺，采取有效的技术措施减少铸棒的夹渣、疏松、晶粒粗大等缺陷，对铸棒进行均匀化处理。同时加强质量监控。
（四）对所有工作现场采取“6S”现场管理，提高环境质量，对铸棒表面清理，减少灰渣灰尘附着，杜绝"跑冒滴漏"，及时清理型材表面的灰尘，尽可能减少灰尘附着。
五、结束语
颗粒状毛刺的影响因素主要是模具、铸棒、挤压工艺三个方面。操作人员的操作水平也反映在这三个要素中，在生产实践的基础上，要不断地分析问题，总结经验，就可以减少或避免毛刺、粘铝、表面粗糙、划伤、型材撕裂等缺陷，大大提高型材的成品率及生产效率，提升公司的品牌形象。
参考文献：
[1]方昆凡等.工程材料手册有色金属材料篇[M].北京出版社,2000
篇8：挤压铝型材检验规程
采用平面分流组合模 (以下简称分流模) 挤压特种空心铝型材是目前最为可行的生产加工方法[2]。此类型材模具的分流孔数目多、模腔结构复杂, 相关尺寸繁杂, 设计难度较大, 依靠工程类比和模具设计师个人经验的传统的模具设计方法很难满足要求。目前以数值模拟取代部分实验, 已成为研究复杂构件精确成形过程、制定合理模具结构、优化工艺、奠定成形理论的最有效手段[2]。
应用于挤压成形数值模拟的方法主要包括有限元法 (FEM) 、有限体积法 (Finite Volume Method, FVM) 及任意拉格朗日欧拉法 (Arbitrary Lagrange Euler, ALE) 。基于FEM和FVM的数值模拟方法主要用于模拟分析瞬态挤压过程[3], 国内外学者通过该方法获得了焊合室深度对圆管挤压时的挤压力、应力应变场及模具受力的分布规律[4];微通道管成形时的金属流速分布和焊合质量特征[5];模具结构参数对挤出空心型材外形质量的影响[6];挤压速率对空心型材焊合质量的影响[7];方管挤压成形过程中死区分布、金属流速及其焊合质量等信息[8,9]。基于ALE的数值模拟方法主要用于稳态挤压过程分析, 如多腔壁板铝型材挤压成形过程的速度场、温度场、应力场及金属流动情况[10];阻流块的截面形状对流速控制的关键作用[11];列车车体型材挤压过程的金属流速及模具结构分析等[12]。
分流模挤压焊合过程是连接分流与成形过程的纽带[13], 尤其是对于复杂断面空心型材, 分流孔多且面积、形状不同, 焊合室内金属流变行为、焊缝位置难于预测, 而只有准确获得分流模模腔内围绕模芯的金属焊合过程、焊缝形状与位置情况, 才能合理设置分流孔配置, 挤出表面平直的型材制品。
然而, 对于焊合面无法简化为刚性对称面的空心型材, 上述三种数值模拟方法都不能直接模拟其挤压焊合过程, 为此本文作者在有限元法的基础上, 提出了一种焊合区网格重构技术[14], 解决了该计算难题, 率先对双孔模挤压方管过程的分流孔面积比、死区形状及分布、焊合室高度、模芯偏移等方面进行了研究[15,16]。在上述研究的基础上, 本工作针对某企业的工业用复杂断面空心铝型材, 采用该方法研究了该类型材挤压焊合过程的金属流变行为、焊合面位置、焊合力、型材成形质量等问题。在此基础上对分流孔配置中的分流孔面积、位置、宽展角等结构参数进行优化。
1 几何模型及焊合面网格重构
某企业所需复杂断面空心型材如图1所示, 断面面积为1435.5mm2, 有两个型孔、一个凹槽、一个C形槽。
挤压成形所需的分流模三维实体模型如图2 (a) , (b) 所示, 相应尺寸参数如图2 (c) , (d) 所示。可以看出上模有8个分流孔、2个模芯和1个引流孔。下模焊合室轮廓尺寸和上模分流孔外轮廓尺寸相同。图2 (c) 中, 相邻分流孔间H1与H2为10mm, H3为23mm, H4为23mm;分流孔Q2, Q3, Q6, Q7的宽度b为13mm;宽展角D为6.7°;分流孔Q1, Q5, Q8面积为1881.9mm2, Q2, Q3, Q6, Q7面积为1594.5mm2, Q4面积为1418.0mm2;Q4分流孔长度h为21mm, 上模厚度为110mm;模芯长度为32mm;下模厚度为87mm, 焊合角θ为30°;挤压筒内径为238mm;引流槽宽度为11mm;挤压比为30.4, 焊合压缩比为9.3。
模拟计算时将A6xxx铝合金坯料设为黏塑性材料, 模具设为刚性材料, 坯料和模具之间选用剪切摩擦模型, 摩擦因数 (τ为接触摩擦切应力, σ为材料的流动应力) 。根据A6xxx铝合金的圆环压缩实验结果, 取m=1。参考现场生产工艺, 坯料温度500℃、模具温度480℃、挤压筒温度420℃、挤压垫温度30℃, 挤压速率2mm/s, 有限元模型沿箭头方向装配前的位置情况如图3所示。
对于该类空心型材的焊合过程模拟计算时, 存在焊合面网格单元相互接触, 重叠的网格单元节点不能合并为一个节点, 导致网格单元产生穿透, 模拟计算被迫终止的现象。为此本文作者提出了一种基于Deform-3D结合Pro/Engineer的焊合面网格重构技术[14], 当焊合面网格单元相互穿透区域和未穿透区域的体积相等时, 删除相互穿透区域同时填补未充满区域网格, 以满足挤压成形过程中体积不变准则。对于本工作的空心型材, 根据模具结构, 共有9个焊合区, 在模拟计算时根据焊合顺序对9个焊合区逐一进行网格重构才能获得所需结果, 如引流孔内的焊合区网格重构情况如图4所示。
2 模拟结果与分析
2.1 焊合过程金属流动行为分析
分流模挤压通常分为分流、焊合、成形三个过程。对于该类型材, 通常的模拟手段只能获得分流和成形阶段。图5为分流和成形阶段的模拟结果。由图5 (a) 可知, 在分流阶段金属从上模的8个分流孔中流出, 中部4孔流速快、边部4孔流速慢, 随着挤压行程的增加, 各孔内分流的金属长度差逐渐增大, 当中部孔的金属率先与焊合室底面接触、开始径向流动时 (中间4孔内分流的金属头部呈平面) , 边部孔内金属尚距离焊合室底面有一定的距离, 如图5 (b) 所示。在成形阶段, 挤出型材的断面流速不均, 中部流速远大于左侧边部, 型材底边中间部位上产生了卷翘, 如图5 (c) 所示。
根据上述计算结果, 很难准确推断产生缺陷的各分流孔的关联情况。而清楚再现密闭的焊合室内金属围绕模芯的流动行为、焊合面的焊合顺序及位置等金属流变焊合特征, 可为分流孔配置优化设计提供有效的理论依据。
在分流阶段, 中部4孔内的金属流速远高于两侧4孔。当行程为36.7mm时, 中部4孔金属开始同时填充焊合室, 而此时两侧4孔的金属尚处于分流阶段, 在行程达到41.3mm时, 抵达焊合室, 此时分流阶段完成, 8孔内的金属开始填充焊合室。在焊合室内的金属流动行为如图6所示, 焊合的初始阶段如图6 (a) 所示。
根据图6 (b) 可知, 在行程为48.4mm, Q2和Q3孔间的焊合面最先开始焊合, 此时Q6和Q7等孔间焊合面尚未开始焊合。当行程达到49.7mm时, Q2和Q3孔、Q6和Q7孔焊合面完成焊合, 如图6 (c) 所示。由图6 (c) 还可知, 由于此4孔内金属流速明显高于边部 (Q1, Q4, Q5和Q8) 分流孔, 使得向边部分流的焊合面流过分流桥的对称面, 导致焊合位置偏离分流桥对称线, 如图6 (d) 所示。这种分流桥下的金属流动不均, 不仅对挤出型材的平直度产生影响, 也将使得分流桥受力不均, 影响使用寿命。
当挤压行程为51.0mm, 根据图6 (e) 可知, 图中Ⅰ~Ⅸ代表9个焊合部位, 此时Q1和Q2孔 (Ⅰ) 、Q5和Q6孔 (Ⅴ) 、Q7和Q8孔 (Ⅶ) 、Q3和Q6 (Ⅸ) 引流孔的金属都已经完成焊合, 加上率先完成焊合的Q2和Q3孔 (Ⅱ) 、Q6和Q7孔 (Ⅵ) , 焊合室内9个焊合部位, 已经完成了6个。剩余3个部位中, Q3和Q4孔 (Ⅲ) 间焊合面即将产生焊合, 只有Q4和Q5孔 (Ⅳ) 、Q1和Q8 (Ⅷ) 孔内焊合面相距较远。随着挤压行程的增加, 在剩余3个未完成的焊合部位 (Ⅲ、Ⅳ、Ⅷ) 中, 由于Q4和Q5孔 (Ⅳ) 处的凹形槽角部难于填充、同时Q4和Q5孔处于边部、金属流速慢, 因此是整个焊合室内最后充满的部位, 如图6 (f) 所示。当挤压行程达到52.0mm时, 整个焊合过程结束, 开始完全进入成形阶段, 挤出型材头部形状如图5 (c) 所示。
2.2 分流孔配置优化
通过上述模拟结果可得, 产生挤出型材缺陷的主要原因是模具的边部Q1, Q4, Q5和Q8等4个分流孔相对中部4孔流速过慢, 其中Q4孔流速最慢同时金属流量少;中间4孔流速也存在不均匀现象, Q2和Q3孔快, Q6和Q7孔慢。为了使焊合部位尽量保持在分流桥的对称线附近, 同时尽量满足各焊合面能够同步焊合, 对分流孔尺寸配置优化如下:
(1) 为提高边部4孔流速, 将宽展角D由6.7°减小为5.2°。
(2) 通过减小Q4孔与模具中心的距离、增加分流孔面积, 提高Q4孔金属流速及流量。为此将H3由23mm减为20mm, 使得Q4与Q3的间距变为28mm, 分流孔底部距离中心线距离B1由13mm减为10mm, 相应的h1增加到58mm, 从而Q4孔面积增为1796.7mm2。
(3) 为了有利于凹形槽部位的填充, 将Q5和Q6孔间距H4由23mm增为25mm。
(4) 通过减小中部Q2和Q7孔的金属流量, 改善Q1和Q2、Q7和Q8孔间的焊合位置。为此将Q2和Q7孔的宽度b由32mm减为30mm, 其面积减为1505.1mm2, 与挤压筒中心距离H1由10mm增加到13mm。
分流孔配置尺寸优化前后, 当Q2和Q3孔 (Ⅱ) 开始焊合时, 焊合室内各焊合面的流速及位置情况如图7所示, v1和v2分别为优化前后焊合面流速, 图中深颜色区为优化前焊合面的流动位置, 浅色区为优化后的位置。
由图7可知, 对于焊合部位Ⅲ, 焊合面优化前的流速v1为3.46, 6.14mm/s, 左低右高, 两者流速相差2.68mm/s;使得焊合部位在分流桥对称线的左侧。优化后流速v2为6.21, 5.68mm/s, 两者流速差仅为0.53mm/s, 使得焊合部位基本保持在分流桥的对称线。同理可知, 各个焊合面的流速差均得到较大改善, 同时焊合部位从原来的仅有1个Ⅱ, 增加Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ共5个部位, 焊合的同步性得到较大改善, 如图8所示。可见分流孔配置优化后, 焊合室内金属的流动均匀性得到了较大改善, 消除了优化前挤出型材断面流速不均、底面卷翘、分流桥受力不均等缺陷, 改善了挤出型材的外形质量, 提高了模具寿命, 如图9所示。
分流模挤压过程中, 焊合室内静水压力决定焊合质量及模芯均匀受力情况, 模具结构优化后, 稳态挤压时金属变形体的静水压力分布如图10所示。由图10可知, 焊合室内的静水压力分布由焊合室周边向模芯表面逐渐减小, 模芯周围所受静水压力分布均匀, 约为253MPa, 能够满足焊合要求。由于模芯受到不均应力作用而产生偏移是导致型材断面壁厚偏差的主要因素之一, 由图10还可知, 模芯受力均匀, 不容易产生偏移, 有利于提高模具使用寿命, 减小和避免型材壁厚超差缺陷。
3 实验验证
根据优化后的模具尺寸, 加工制作的分流模实物, 如图11所示。采用模拟工艺参数, 在2500吨卧式挤压机上进行生产实验, 初始阶段 (挤出型材的头部) 和稳态挤压时型材外形的模拟和挤压实验结果, 如图12所示。可知, 两者金属流动行为的趋势基本相同, 表明采用此计算方法可为复杂断面空心铝型材分流模挤压分流、焊合、成形过程金属流动行为规律以及模具结构优化设计提供理论参考。
4 结论
(1) 采用Deform-3D有限元计算软件, 通过焊合面网格重构技术实现了复杂断面空心铝型材分流模挤压时包括焊合过程在内的全过程三维有限元数值模拟。
(2) 在获得焊合室内金属围绕模芯的流动行为、焊合面的焊合顺序及位置等金属流变特征的基础上, 通过调整分流孔面积、各分流孔与挤压筒中心距离、两侧分流孔的宽展角的配置, 改善了焊合过程的金属流动均匀性, 使得同步焊合部位由原来1个增加到5个, 进而消除了挤出型材断面中部流速快、左部慢与底面卷翘等成形缺陷。