收稿日期:2008-08-16 第一作者简介：陈建中(1985-)，男，四川成都人，硕士研究生。
依赖的英文
铝型材宽展挤压数值模拟及模具参数优化
陈建中1
，熊 计1
，吴悦梅1
，赖人铭1石家庄平面设计培训
，赵国忠
2
(1.四川大学制造科学与工程学院，四川成都610065;2.成都阳光铝制品有限公司，四川成都610100)
摘要：在Deform 23D 分析软件平台上，以卷帘门三扇门片为例，采用有限元法对铝型材宽展挤压过程进行了数值模拟，分析了铝型材宽展挤压金属流动过程及变形规律。通过对不同导流孔尺寸宽展挤压模拟结果进行对比分析，得出导流孔中段宽度L 取值为19mm 时，金属流出模孔流速均匀，能够实现平稳
挤压。根据数值模拟结果设计出的宽展模具能够顺利挤出合格的型材，说明有限元数值模拟能够为宽展模具设计提供有力的技术支持。关键词：铝型材；宽展挤压；数值模拟；有限元
中图分类号:TG 375141 文献标识码:A 文章编号:1007-7235(2009)01-0043-04
Process simulation and optimum design of expanding extrusion die of
aluminum profile extrusion
CHE N Jian 2zhong 1
,XI ONGJi 1
,WU Y ue 2mei 1
,LAI Ren 2ming 1
,ZHAO G uo 2zhong
2
(1.Sichu an U niversity ,College of Manu facture Science and E ngineering ,Chengdu 610065,China ;
2.Chengdu Sunshine Aluminium Product Co.,Ltd ,Chengdu 610100,China)
Abstract :T aking roller shutter profile as an exam ple ,expanding extrusion of aluminum profile was simulated with finite element method bad on platform of Deform 23D finite analysis s oftware.Metal flow process and deformation rules were analyzed in details under three different expanding extrusion dies.The results show that the optimum middle wide L of deflector hole is 19mm.The expanding extrusion die designed with the simulation results can extrude qualified profiles.I t indicates that numerical simulation has a significant contribution to the optimization of the design of expanding extrusion dies.K ey w ords :aluminum profile ;expanding extrusion ;numerical simulation ;finite element
宽展挤压是一种适合于挤压宽度大于挤压筒直径型材的新型挤压方法，部分代替了结构复杂、成本高的扁挤压筒，是一种值得推广使用的型材挤压方
法，适合于国内许多中小型铝型材加工厂[1-3]
。
目前，宽展挤压模具的设计往往凭借工程师的经验和反复的生产试制来完成。如果模具设计不合理，截面各部分金属挤出模孔流速不均匀，就会造成
型材的扭拧、波浪、弯曲等缺陷[4-5]
。随着计算机软硬件的发展,C AD ΠC AE 技术在模具设计制造行业得
到了广泛应用[6-10]
。本文针对铝型材宽展挤压工艺及模具设计，以卷帘门三扇门片为例，利用有限元数值模拟软件Deform 23D 对宽展挤压过程进行数值模拟，分析宽展挤压过程，优化宽展模具结构，为实际
生产工艺和模具设计提供参数依据。
1 模拟试验方案
1.1 挤压型材
某铝型材加工厂生产卷帘门三扇门片，型材截面尺寸如图1所示。该厂采用Φ130mm 挤压筒10MN 挤压机进行挤压，为保证型材表面质量，采用平
面模加宽展模的模具结构
。
图1 卷帘门三扇门片型材
1.2 优化变量及目标值的选定
在挤压过程中，铸锭首先通过宽展模产生预变形，金属进行第一次分配，形成与型材相似的坯料，然后再铁观音英文
进行第二次变形，挤压出各种断面的型材。文献
[11-12]
表明，宽展模导流孔的形状控制着金属在模腔中的分配，对金属挤压流速的均匀性有很大的影响。因此选择宽展模模孔中段宽度L (图2)作为优化变量来调节流出模孔的金属流速，根据以往模具设计经验，分别研究L 宽度值为12m m 、19m m 、26m m 时金属流速的均匀性，以
期达到模孔金属的均匀流出。
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图2 宽展模模孔尺寸及变量
在Deform 的后处理过程中利用点追踪的功能,
计算模孔处金属流出速度，绘制流速分布曲线，取点如图1中所示。同时以挤压模出口处流速场标准偏
差S DV 值来衡量流速的均匀程度[3,13]
,S DV 值反应了挤压过程的稳定性，该值越小，表明挤压过程就越稳定。其计算公式为:
SDV =
∑
N
i =1
V i Z -V ave Z
2
N
式中:
V i
z —挤压方向各点金属的流动速度;
V ave
Z —挤压方向各点金属流动速度平均值;N —位于宽展模工作带出口处的平面上节点的
个数。
1.3 材料模型
采用常用挤压6063铝合金作为变形体(坯料)材料。描述高温情况下金属变形一般是用刚粘塑性
本构模型:σ=f (t ,ε,
ε)，本试验采用文献[14]中测出的材料的本构关系模型，即:
σ=e 2652T abs ε01048ε01044
(arctan εε0)
0155 式中:
σ—流动应力;ε—应变;
T abs —绝对温度;
ε—应变速率。
2 数值模拟结果及分析
利用Deform 23D 有限元数值模拟软件对该型材模具进行宽展挤压的数值模拟，获得了该卷帘门型材三维挤压过程的材料变形规律。图3是铸锭宽展挤压过程中在模腔中的宽展过程，从图中可以清楚的看到坯料在变形过程中不同阶段外形的变化情况。从图3a 中可以看出金属在挤压力的作用下开始流入宽展模，在筒与宽展模的接触面上形成了一个金属流动死区，对铸锭表面金属的流动起阻滞作用，防止坯料表面的油污等杂质流入模孔，影响挤压型材的性能。随着挤压的继续进行，流入宽展模的铸锭中心部分的金属首先接触成形模模孔，根据最小阻力原理，金属会沿着模子平面的空档部分流动，产生镦粗作用，并逐渐充满整个宽展模空间，使铸锭完成宽展变形，如图3b 所示。当金属充满宽展模型
腔，在挤压力的作用下，宽展模型腔中产生静水压力迫使金属流出成形模工作带，挤压成与模孔形状对应的型材。同时在宽展模和成形模的接触表面处形成第二个死区，如图3c 所示。
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图3 铸锭在宽展模腔中的宽展过程
图4为L 取不同宽度时型材挤出模孔的形貌及模孔处金属流速分布曲线。从图4a 可以看出,L 宽度取值为12mm 时，模拟结果显示该三扇门片两侧流速明显比中间的快，通过点跟踪计算出该处流速场标准偏差值S DV 值为2116，这样的缺陷容易造成型材卷曲变形。当L 宽度取值为19mm 时，如图4b 所示型材流出模孔，流速基本均匀，计算出模孔处流
速场标准偏差值S DV 值为11523，满足型材平稳挤压。而从图4c 可以看出,L 宽度取值为26mm 时，型材中间流速明显比两侧的更快，最后计算出模孔处流速场标准偏差值S DV 值为1512，同样易造成卷曲、扭拧等缺陷。有限元模拟结果显示当L 宽度取值为19mm 时，型材模孔处流速均匀，能够实现顺利挤压
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。
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图4 L 宽度不同取值时型材挤出模孔的形貌及模孔处金属流速分布曲线
图5为参考数值模拟挤压结果制作的宽展挤压模具及成功挤出的卷帘门三扇门片型材。
图5 模具和型材实例图
4 结 论
(1)通过有限元数值模拟能够对铝型材宽展挤压过程进行顺利仿真，获得型材三维挤压过程图，计算模孔处金属流速的均匀性。
(2)模拟结果表明：卷帘门三扇门片，在宽度L 取值为19mm时，宽展挤压模孔处金属流动均匀，能够实现型材的顺利挤压。
(3)数值模拟在铝合金挤压模具设计上的应用表明：通过计算机有限元数值模拟能够准确的预测模具结构中的缺陷，同时对模具结构进行挤压仿真验证。为模具设计提供了有力的技术支持，可省去目前生产设计中反复修模、试模的工作，并缩短模具设计的周期，降低生产成本。
the way参考文献:would you mind
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