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[摘 要]UG NX能够实现数字化仿真，优化产品开发的过程。DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统。本文利用UG NX建模再用DEFORM-3D进行工艺模拟能够有效地分析铝型材挤压成型的金属流动情况。从试验结果来看就算是对称性较好的铝合金窗在常规的设计下都很难避免流速不均的问题。依靠设计者常规的判断是很难保证铝型材的流速均匀问题，金属的流速不均会影响铝型材挤压成型的成型度。利用有限元模拟的方法，可以有效地对整个设计进行优化，有利于模具优化的设计。
[关键词]平面分流组合模 铝型材 挤压 有限元模拟 模具优化
中图分类号：TG379 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）10-0010-01
引言
铝材具有质量轻，耐腐蚀、改造性能好等特点，广泛应用在人们的生活当中。尤其是空心型的铝合金材料被大量应用在民用建筑、高速铁路等方面。随着铝型材料的不断需求，其应用范围越来越广，对于其结构的要求也变得越来越复杂。在铝型材挤压成型的加工当中，决定其形状要求、尺寸精度以及表面的粗糙度等质量因素归根到底还是在于挤压模具的设计方面。在组合型的铝型材方面对于其挤压模具的设计要求就更加高了，涉及到分流孔的数目、面积以及布置等多方面因素。因此在严格设计模具的时候设计人员需要反复进行试模以及修模的工序，但是这种做法往往会为人员工作带来压力，在生产成本上也加重了负担。
随着现代化生产技术的进步，在铝型材料挤压模具的设计当中采用成型过程有限元来进行模拟参考，利用计算机计算对铝型材挤压过程进行模拟仿真能够使设计人员清晰了解挤压件的形状以及挤压件在模具内的各种受力分布情况，有利于发现模具设计中的不足，从而做出有效的修改。有限元模拟技术为铝型材的设计生产提供了科学的参考，有效地提高了人员的工作效率降低了生产成本。
1、对初始模具的设计
本文以6063空心铝型材的挤压模具为研究对象，在传统的模具设计当中6063的挤压模具在铝型才挤压成型的过程当中较难成型。利用DEFORM-3d软件对其挤压过程进行有限元模拟，从模拟的试模过程中分别对金属的流动规律、应力以及应变和挤压流出速度等方面进行分析，从而改善模具的不足。
6063空心铝型材是常见的铝合金型材，以下是其中一种型材的横截面图以及具体的尺寸（如图1）：
该空心铝型材挤压成型采用的是平面分流组合模挤压法，其型材的壁厚规格为1.4mm。平明分流的组合模一般来说可以分为上模、下模、定位销以及连接螺钉4个部分。在上模的部分设有分流孔、模芯以及分流桥，在下模的部分设有模孔型腔以及焊合室等。
我们首先利用UG NX对模具进行建模，设计其平面分流组合模的三维视图。再以STL的格式利用DEFORM软件进行模具的输入，使其形成一个模拟的装配图。（如图2所示）
2、参数设置
2.1 挤压参数
在铝型材挤压成型过程的有限元模拟设计中具体的挤压参数如下：挤压材料为6063铝合金，其挤压筒的直径为125mm，初始的坯料高度为60mm，在挤压的过程中温度控制在480℃～520℃左右，设置挤压速度为2mm/s，挤压的分流比K=42，其中摩擦因此设置取值为0.2
2.2 模拟参数的设定
在铝合金开始挤压时，在坯料部分的变形会相对比较缓慢，在挤压的下半部分由于金属流出焊合室的网络畸变较大，因此需要在挤压的下半部分进行网格细化，其细化的比例为0.01。
在模拟参数中设定挤压的时间步长为0.04，并在金属进入工作带工序时候做出调整，将时间步长调整为0.02。
3、模拟的结果以及分析
3.1 初始模拟
初始模拟阶段中根据上述的参数配置在DEFORM软件中进行有限元元模拟中可以得出在模具内具体的物理常量的分布，从而对整个铝型材挤压过程进行分析，检验模具的设计是否合理。在理想的状态下材料的流动应该符合在模具下部的工作带出口处断面上的速度均匀分布的特征，从而挤压成理想的铝型材制品。
从图3的有限元模拟图中我们可以清楚看到铝型材挤压成型各个阶段中的金属流动状况，我们从图中的金属流动状况可以知道在金属流出工作带时，其金属流速并不均匀，金属型材的长边一侧其金属流动速度明显要比短边一侧要大，因此致使其断面出现失衡从而使型材发生扭曲变形，对其成型的过程中造成了极大的影响。因此，我们需要对模具的设计进行合理的修改。
考虑到影响铝型材在挤压成型的过程中金属流速的因素包括了模具的分流孔的形状、尺寸位置、焊合室的形状尺寸以及工作带的尺寸等等。因此在模具的设计修改上应该合理对这些方面进行修改，从有限元模拟的情况来看发现模具的焊合室的焊合情况良好，对其分流孔进行检测发现尺寸以及形状等方面皆符合要求，利用排除法得知问题应该出在工作带的参数方面。
3.2 优化设计后的模拟结果
对于工作的参数问题，在分流的组合模具当中，工作带的作用除了决定了在铝型材挤压成型时的形状尺寸外，还可以起到调整金属流速的作用。工作带的长度是其主要的结构参数，在工作带的长度参数设计中如若过短会造成铝型材在挤压的过程中成型不稳定，同时也会对工作带造成损坏，导致模具的破坏。如若过长则会导致金属与工作带发生粘连，导致制品表面出现毛糙。
在工作带的参数修改以优化金属流速均匀的设计上可以从考虑增加摩擦阻力的角度上来减缓金属流速。根据有限元模拟的过程我们可以知道长边一侧的金属流速较快，因此可以适当地增加长边一侧的工作带长度。
模具的工作带经过调整后再进行有限元模拟，从模拟过程上看金属流速明显比模具修改前要均匀。其断面整体上没有出现不平的现象，铝型材的整体成型性良好。
参考文献
[1] 吴向红.铝型材挤压过程有限体积数值模拟及软件开发技术的研究[D].山东大学，2006-10-20.
[2] 倪正顺；刘石柏；田胜利；陈友明；罗诒波.铝型材挤压成型数值模拟与模具优化设计[J].铸造技术，2012-05-18.
[3] 孙朝华.铝型材挤压过程数值模拟及模具优化设计[D].太原理工大学，2004-05-01.
[关键词]平面分流组合模 铝型材 挤压 有限元模拟 模具优化
中图分类号：TG379 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）10-0010-01
引言
铝材具有质量轻，耐腐蚀、改造性能好等特点，广泛应用在人们的生活当中。尤其是空心型的铝合金材料被大量应用在民用建筑、高速铁路等方面。随着铝型材料的不断需求，其应用范围越来越广，对于其结构的要求也变得越来越复杂。在铝型材挤压成型的加工当中，决定其形状要求、尺寸精度以及表面的粗糙度等质量因素归根到底还是在于挤压模具的设计方面。在组合型的铝型材方面对于其挤压模具的设计要求就更加高了，涉及到分流孔的数目、面积以及布置等多方面因素。因此在严格设计模具的时候设计人员需要反复进行试模以及修模的工序，但是这种做法往往会为人员工作带来压力，在生产成本上也加重了负担。
随着现代化生产技术的进步，在铝型材料挤压模具的设计当中采用成型过程有限元来进行模拟参考，利用计算机计算对铝型材挤压过程进行模拟仿真能够使设计人员清晰了解挤压件的形状以及挤压件在模具内的各种受力分布情况，有利于发现模具设计中的不足，从而做出有效的修改。有限元模拟技术为铝型材的设计生产提供了科学的参考，有效地提高了人员的工作效率降低了生产成本。
1、对初始模具的设计
本文以6063空心铝型材的挤压模具为研究对象，在传统的模具设计当中6063的挤压模具在铝型才挤压成型的过程当中较难成型。利用DEFORM-3d软件对其挤压过程进行有限元模拟，从模拟的试模过程中分别对金属的流动规律、应力以及应变和挤压流出速度等方面进行分析，从而改善模具的不足。
6063空心铝型材是常见的铝合金型材，以下是其中一种型材的横截面图以及具体的尺寸（如图1）：
该空心铝型材挤压成型采用的是平面分流组合模挤压法，其型材的壁厚规格为1.4mm。平明分流的组合模一般来说可以分为上模、下模、定位销以及连接螺钉4个部分。在上模的部分设有分流孔、模芯以及分流桥，在下模的部分设有模孔型腔以及焊合室等。
我们首先利用UG NX对模具进行建模，设计其平面分流组合模的三维视图。再以STL的格式利用DEFORM软件进行模具的输入，使其形成一个模拟的装配图。（如图2所示）
2、参数设置
2.1 挤压参数
在铝型材挤压成型过程的有限元模拟设计中具体的挤压参数如下：挤压材料为6063铝合金，其挤压筒的直径为125mm，初始的坯料高度为60mm，在挤压的过程中温度控制在480℃～520℃左右，设置挤压速度为2mm/s，挤压的分流比K=42，其中摩擦因此设置取值为0.2
2.2 模拟参数的设定
在铝合金开始挤压时，在坯料部分的变形会相对比较缓慢，在挤压的下半部分由于金属流出焊合室的网络畸变较大，因此需要在挤压的下半部分进行网格细化，其细化的比例为0.01。
在模拟参数中设定挤压的时间步长为0.04，并在金属进入工作带工序时候做出调整，将时间步长调整为0.02。
3、模拟的结果以及分析
3.1 初始模拟
初始模拟阶段中根据上述的参数配置在DEFORM软件中进行有限元元模拟中可以得出在模具内具体的物理常量的分布，从而对整个铝型材挤压过程进行分析，检验模具的设计是否合理。在理想的状态下材料的流动应该符合在模具下部的工作带出口处断面上的速度均匀分布的特征，从而挤压成理想的铝型材制品。
从图3的有限元模拟图中我们可以清楚看到铝型材挤压成型各个阶段中的金属流动状况，我们从图中的金属流动状况可以知道在金属流出工作带时，其金属流速并不均匀，金属型材的长边一侧其金属流动速度明显要比短边一侧要大，因此致使其断面出现失衡从而使型材发生扭曲变形，对其成型的过程中造成了极大的影响。因此，我们需要对模具的设计进行合理的修改。
考虑到影响铝型材在挤压成型的过程中金属流速的因素包括了模具的分流孔的形状、尺寸位置、焊合室的形状尺寸以及工作带的尺寸等等。因此在模具的设计修改上应该合理对这些方面进行修改，从有限元模拟的情况来看发现模具的焊合室的焊合情况良好，对其分流孔进行检测发现尺寸以及形状等方面皆符合要求，利用排除法得知问题应该出在工作带的参数方面。
3.2 优化设计后的模拟结果
对于工作的参数问题，在分流的组合模具当中，工作带的作用除了决定了在铝型材挤压成型时的形状尺寸外，还可以起到调整金属流速的作用。工作带的长度是其主要的结构参数，在工作带的长度参数设计中如若过短会造成铝型材在挤压的过程中成型不稳定，同时也会对工作带造成损坏，导致模具的破坏。如若过长则会导致金属与工作带发生粘连，导致制品表面出现毛糙。
在工作带的参数修改以优化金属流速均匀的设计上可以从考虑增加摩擦阻力的角度上来减缓金属流速。根据有限元模拟的过程我们可以知道长边一侧的金属流速较快，因此可以适当地增加长边一侧的工作带长度。
模具的工作带经过调整后再进行有限元模拟，从模拟过程上看金属流速明显比模具修改前要均匀。其断面整体上没有出现不平的现象，铝型材的整体成型性良好。
参考文献
[1] 吴向红.铝型材挤压过程有限体积数值模拟及软件开发技术的研究[D].山东大学，2006-10-20.
[2] 倪正顺；刘石柏；田胜利；陈友明；罗诒波.铝型材挤压成型数值模拟与模具优化设计[J].铸造技术，2012-05-18.
[3] 孙朝华.铝型材挤压过程数值模拟及模具优化设计[D].太原理工大学，2004-05-01.