BJ-KDSTZ13C 铝型材低温中速宽展挤压工艺方案的挤压模具仿真模拟分析报告 潘卫国 2016年5月6日
1、铝型材产品图及选定挤压设备和挤压工艺的原始提供数据
型材产品编号：BJ-KDSTZ13C ；壁厚：3.0mm ；外形尺寸：宽度143.5mm 、高度112.7mm ； 铝合金牌号及状态：6063-T5；型材挤压比（λ）：14.2；型材出模孔截面图如图1所示。
图1 型材出模孔截面图 挤压该产品选定的挤压设备原始提供参数：
挤压该产品选定的挤压工艺方案参数：
2、初始模具设计模型
该型材挤压模具为两件套分流组合模，几何模型由上模分流腔、下模焊合腔室、工作带成形腔、后置空刀和出口空腔组成。模具主要设计参数如下表：
如图3所示，下模三视图如图4所示，工作带三维模型如图5所示。
玄武岩纤维布
图2 模具几何模型初始设计3维立体图
折弯机上模
图3 上模三视图
图4 下模三视图
图5 模具工作带初始设计图图6 模具工作带初始设计3维立体图3、挤压坯料及模具材料的物理性能参数
表１ 6063铝合金的化学成分（质量分数）%
Si Mg Fe Cu Mn Cr Zn Ti Al
0.65 0.65 0.35 0.15 <0.10 0.10 0.10 0.10 其余
表２挤压坯料及模具材料的物理性能参数
材料类型6063-T5铝合金tz15
（20℃）6063-T5铝合金
（370℃）
H13钢
（HRC52,540℃）
密度[Kg/m3] 2690 2690 7870 杨氏模量[Pa] 7.0E+10 7.0E+10 2.1E+11 泊松比0.35 0.35 0.35 导热系数[W/(m•k] 201 201 24.3 比热[J/(kg•k)]900 900 460
抗拉应力σb[MPa] 185 16 1305
屈服应力σ0.2[MPa] 145 14 1000
剪切应力τ[MPa] 115 8 652.5-783
延伸率δ[%] 12 105 13.9
采用专业数值模拟分析软件对型材挤压过程进行数值模拟分析，结合挤压工艺参数建立铝合金金属流体部分的分析模型。根据有限元数值模拟技术要求，在数学模型中可省略螺钉孔、销钉孔等与分析无关的细小结构，使用Solidworks软件, 获得整体三维模具实体模型，然后输入到专业数值模拟分析软件即可形成由由铝合金铸棒、分流模、模具上模、模具上模组成的整体三维分析模型，如图6所示，经过此专业软件的计算求解，得到最终可视化的数值模拟分析结果。
图7 数值模拟分析模型图（下图为网格划分后效果）
金属流体部分的三维分析模型由铝合金铸棒、分流腔金属、焊合腔金属、工作带金属、出口型材金属组成，如图7所示。
图8 铝合金流体数值模拟分析模型图（下图为网格划分后效果）
此部分的模拟结果可以数值化表述各个金属部分径向或轴向的温度、速度、变形位移、压力、应力、应变、晶粒度、屈服应力等分析要素数值大小和分布情况。 表３挤压边界条件
物理量参数设置
铝合金坯料和工模具腔体内表面之间为粘塑性摩擦的摩擦因数0.3
铝合金坯料和模具工作带之间为粘性摩擦Stick
铝合金坯料和模具与环境传热系数为[W/(m2·K)] 10
铝合金坯料与工具传热系数为[W/(m2·K)]3000
5、挤压工艺参数方案和仿真模拟分析结果
磁性输送带5.1 挤压工艺参数方案
圣诞工艺品基于已有挤压模具设计图及其3D模型，根据建立的数值模拟分析模型，结合如表4设定的挤压工艺参数，进行挤压稳态过程的有限元仿真模拟。
表4 挤压工艺参数设置方案
物理量参数设置
初始坯料温度[℃] 500
支承辊初始模具温度[℃] 480
初始挤压筒温度[℃] 420
初始挤压垫温度[℃] 420
挤压垫挤压速度[mm/s] 6.0
挤压比14.2
型材理论挤出速度[mm/s] 85.2
5.2 挤压稳态过程有限元仿真模拟模拟结果
1、型材出口处内外表面和截面温度、速度数据和平均压力、总挤压力如表5所示。
表5 挤压稳态过程有限元仿真模拟结果表
2、由铸棒、分流腔、工作带、出口型材金属组成的流动金属部分的温度、压力和速度的数值模拟结果采用彩云图方式表示。温度分布云图如图9所示；压力分布云图如图10所示；
图9 金属流动部分温度分布云图
金属流动部分温度分布分析结果：
·铝合金流体部分最高温度为546.9℃，最低温度为450.9℃。低温区域分布于铸棒进口端，高温区域分布于焊合腔工作带和出模口处型材成形部分，在型材成形部分达到最大值。
·铸棒部分的温度分布自铸棒进口端至上模分流孔入口处沿挤压方向呈现梯度降低形态，在上模分流孔入口处急剧增加至493.6℃，且芯部区域温度高于外周边缘区域温度。
·上模分流腔和焊合腔内部的温度分布自分流腔入口至焊合腔的工作带出口呈现沿挤压方向呈现梯度增加形态，且各分流孔芯部区域温度高于外周边缘区域温度。在焊合腔工作带出口达到最大值546.9℃，且高温区域逐步向焊合腔底部和焊合腔工作带出口收缩，并集中于焊合腔工作带出口。
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