ANSYS金属挤压成形有限元分析(4)

菜单

（2）在挤压过程中，被挤压金属在变形区能获得比轧制锻造更为强烈和均匀的三向压缩应力状态，这就可充分发挥被加工金属本身的塑性。在实际应用中也常用挤压法先对铸锭进行开坯，以改善其组织，提高其塑性。目前，挤压仍然是可以用铸锭直接生产产品的最优越的方法。

（3）挤压法不但可以生产截面形状较简单的管、棒、型、线产品，还可生产截面多变化、形状极复杂的型材和管材，如逐渐变截面型材、阶段变截面型材，带异形加强筋的整体壁板型材、形状极其复杂的空心型材和变截面管材、多孔管材等。这类产品用轧制法或其他压力加工方法生产是很困难的、甚至是不可能的。

（4）挤压过程对金属的力学性能也有良好的影响。特别是对某些具有挤压效应的铝合金来说，其挤压制品在淬火时效后，纵向强度性能远比其他方法加工的同类产品要高。这对挖掘铝合金材料潜力，满足特殊使用要求具有实用价值。

（5）工艺流程简短，生产操作方便，一次挤压即可获得比成形轧制、热模锻等方法面积更大的整体结构部件，而且设备投资少，模具费用低，综合经济效益高。

轻金属及轻合金具有良好的挤压特性，特别适用于挤压加工，如铝及铝合金可以通过多种挤压工艺和多种模具结构进行加工。近年来，由于平面分流组合模的不断改进和发展，通过焊合挤压法来生产复杂的空心铝制品获得了广泛的推广和应用[9]。

铝型材挤压是一个大变形塑性成形问题，挤压比通常大于50，同时，由于构件截面形状十分复杂，铝型材在挤压过程中，变形主要集中在局部狭长区域，材料的流动极其不均匀，导致挤压产品经常产生翘曲、扭曲、褶皱等一系列质量问题，严重影响了产品的平整性。

另一方面，铝型材挤压过程中金属的不均匀流动，使得模具的受力状况变得非常复杂，模具在挤压过程中承受着高温、高压高摩擦等作用，从而引起模具产生磨损、塑性变形、疲劳破坏和开裂等失效或损坏，模具的使用寿命很低，造成企业常常因为模具的问题而停产。随着市场竞争的日益激烈，铝型材的品种变化也越来越快，这就要求铝型材生产企业要随时对市场作出快速的反应。而这种快速的反应又必须以高效、高质量的产品和模具设计为基础。

铝型材挤压产品的质量主要与金属在模具型腔内的流动有关，而模具的寿命则主要与挤压过程中模具的受力状况有关。因而，要解决铝型材生产企业的产品质量和模具寿命问题，必须对铝型材的挤压成形过程中的流动行为进行分析和研究。

1.3铝型材挤压CAE技术发展

铝形材挤压模CAE技术是利用CAD中建立的挤压产品模形、结合挤压工艺与控制参数、完成其成形过程分析和相应模具优化设计的一种数值技术[10]。具体做法为:在挤压模初步设计的基础上，根据事先拟定的工艺试验方案，利用计算机仿真整个挤压成形过程，获得挤压变形体内的应力、应变、温度、流速等物理量分布，以及挤压各阶段的压力、温度、速度等工艺参数变化情况，确定挤压模工作带断面和分流孔、焊合腔、导流槽等模具结构对成形铝材流动的影响，模具使用过程中可能出现的变形、塌陷、崩刃、裂口、磨损、“粘着”和疲劳等缺陷及其位置;提出分析报告并向设计人员推荐合适的挤压条件，设计人员再根据CAE分析结果修正模具设计方案。经过数次反复实验与修改，直到模具设计方案满足产品设计要求和产品质量要求为止[11-13]。这实际上是将生产现场的“试模—修模一试模”过程转移到计算机上完成，以部分替代模具设计制造过程中费时费事的试模工作，从而减少该阶段的材料和能源消耗，降低生产成本，并据此设计出高质量的铝形材挤压模具[14]。