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铝型材挤压模具设计：模拟分析软件的应用与实践
一、引言
近年来，我国铝加工技术不断进步，铝型材应用愈发广泛。然而，工业铝型材因其断面结构复杂、挤压难度大等特点，使得合理设计挤压模具成为大型铝型材生产的关键环节。丛林集团在这一过程中，通过运用 HyperXtrude 模拟分析软件，将设计人员的理念和经验与之有机结合，成功减少了试模次数、降低了成本。
二、挑战与要求
（一）模具设计的要求
对于一套优质的挤压模具，在挤压条件基本确定时，主要需满足两方面要求。其一，要将金属流出模口时的速度均匀控制在特定范围内。这是为了避免挤出型材出现扭拧、波浪、弯曲和供料不足等问题。其二，模具强度（主要涉及模具变形、失效问题）必须符合要求。模具强度达标可减少弹性变形，预防因塑性变形导致模具报废。弹性变形会引发挤出型材的 “偏壁现象”，对于一些难以避免的 “偏壁现象”，在设计时常需加入 “预变形量”。
（二）实际面临的挑战
特殊型材模具设计问题
以图 1 所示的实际型材截面为例，该铝型材结构特殊，考虑到模具强度，采用三模芯假分流设计。但此设计的难点在于模芯容易因内外受力不均而偏心，如何保证型材成型是一大挑战。试模结果与模拟结果对比分析
丛林集团对包括车体型材在内的几种工业铝型材进行了实际试模结果与基于 HyperXtrude 软件模拟结果的对比分析，从金属流出模口时的速度和模具弹性变形两个方面入手。依据三维设计建立了挤压仿真分析模型（如图 2），通过 HyperXtrude 进行仿真分析得到的结果（如图 3 - 7）显示，模芯内外受力虽较为均衡、变形小，但金属流出模口时的速度差异较大，易引起型材变形。
此外，HyperXtrude 在模具强度校核时的数据在不同类别模具中关注点不同，尤其是大型模具。丛林集团对以往失效模具的多次试验表明，大型模具强度校核十分必要。通过强度校核能提前发现模具强度的薄弱点并及时修正，可避免废模。例如，可利用 Altair HyperXtrude 查看型材 Z 方向的流度、模具强度以及模具 X、Y 方向的速度云图。X、Y 方向的变形过大会使模具强度薄弱处失效，这是观察 Z 方向速度无法体现的，但对模具寿命影响极大。基于仿真计算，最终确定的修模方案为缩短中间部分工作带长度、扩大中间部分二层焊合室尺寸、减少两端部分二层焊合室尺寸（如图 9）。
三、结论
上述实例充分说明，只要三维建模准确，给定挤压工艺参数与实际试模参数吻合，Altair HyperXtrude 软件的模拟结果与实际试模结果的接近程度就很高，基本能反映设计问题及缺陷。模具强度校核的应用对保证大型模具设计安全性效果显著。通过模拟挤压可减少试模次数、校核大型模具强度，对模具安全性预测有明显作用，其模拟结果对模具设计有重要指导意义，是模具设计的有力工具。
