1模具设计方案
当模具使用一段时间后，生产出来的型材出现了壁厚超差的问题，于是对模具的尺寸进行了测量。为采用三坐标测量仪对下模的测量图。先对下模焊合室平面采3点取1平面，然后对悬臂根部测量其坐标，与获取的平面间得到一个距离，测得悬臂相对下模焊合室平面向下偏移0.2352mm。此外，生产中还出现臂厚偏差问题。由于间距太小，超出三坐标测量仪的测量范围，难以准确测量模具臂厚方向的位移偏差。本文拟采用数值模拟的方法对挤压过程中的金属流动和模具受力进行更深一步的理论分析。
2挤压工艺数值模拟
2.1有限元模型的建立
采用HyperMesh对三维模型进行网格划分，然后用HyperXtrude挤压专用模块对模型加工艺参数。材料采用AA6063铝合金，模具材料为H13钢，将模具看作弹塑性体。图4为有限元模型，采用库仑摩擦，摩擦系数取0.3。坯料预热温度480℃，模具预热温度450℃，挤压筒预热至430℃，挤压速度为5mm/s。
2.2模拟结果分析
(1)型材流速分析
挤压速度是影响型材制品质量和经济效益的重要因素之一。金属在挤压筒内镦粗，再流经分流孔到焊合室，最后通过模孔工作带流出成形。从图5可以看出，除边角部位流速稍慢，其它部位的流动速度都大概相同，型材是可以正常流出模孔的。这是因为假分流模在上模开设的四个分流孔，能起到对金属进行预分配的作用，从而有效地控制流速，使金属流动不会直接撞击悬臂，大大改善了模具的受力情况，也使型材出口流速大部分相同。
(2)模具应力分析
在正常挤压时，由于挤压力的作用，上模分流桥连接处产生一定的弹性变形，使得上模型芯的假模芯正好与下模焊合室底面相吻合，从而有效地起到了支撑作用，并且引导金属流出模孔，使挤压出的型材成为实心型材。另外，在此类分流模的设计中，在设计条件允许的情况下，应尽量使下模型孔两侧的带有悬臂的部分遮盖在分流桥下，最大限度改善悬臂处的受力情况。模拟结果如图6所示，悬臂根部局部地方出现应力集中，最大应力值超过了1000MPa。如果模具长期在这种状态下工作，必然会造成下模悬臂处的下塌。
(3)壁厚的测量
为采用数值模拟获得的下模悬臂处z方向的位移分布图。红色部位局部最大值为0.4064mm，实际测量的数值为0.2352mm。虽然两者有一定的偏差，但是通过模拟，可以判断和预测出型材哪些部位会出现大位移，进而指导模具的修改。下模悬臂处的x方向位移分布图，通过它可以进一步分析型材的壁厚。生产中悬臂的受力状态决定了凹模模孔的变形方式和变形大小。为了进一步分析型材的壁厚，按照图8所示位置进行取点，取点位置为模拟结果的x方向的位移，分别获得它们沿壁厚方向的位移量，并通过对应点之间的差值测出偏差值。位移绝对值差(S1+S2)的平均值为0.0917mm。由于下模在挤压过程中发生弹性变形造成的悬臂偏移，从而使两个悬臂靠近了0.0917mm，挤压出来的型材壁厚将会小于设计值。用过一段时间后，导致挤压出来的型材达不到标准。挤压过程中，下模A部位受到来自铝合金流动应力和上模下塌构成的支承力作用；而B部位则受到铝合金材料流动形成的力。综合作用使得高温下模具极易发生弹性变形而造成型材壁厚偏差。
(4)模具修改方案
由于下模下塌造成的壁厚偏差，可补做一个下模实现，然而如何实现对悬臂处进行加强才是问题关键。可以将模具加厚，即增强下模悬臂处的强度；同时在强度允许条件下，适当减少上模厚度，这样金属在分流孔流经焊合室过程中时间缩短，可以适当减小来自金属的流动应力；此外，针对型材边缘流动区域流速小的问题，可适当减小型材两边工作带长度，使金属流动更加均匀。
3结论
本文采用数值模拟软件对挤压过程进行了稳态仿真，分析了模具悬臂下塌的原因；针对悬臂下塌及型材制品壁厚偏差提出了修模意见，使得模具寿命、制品精度都有了很大提高。
作者：邝卫华 陈彪彪 单位：广州番禺职业技术学院机械与电子系 广东工业大学材料与能源学院