1 概述
近年来，随着我国铝加工技术的发展，铝型材的应用越来越广泛,结构也趋于大型化和复杂化，验收要求也愈发的严格。模具设计是铝型材生产的最主要环节，而模具的成功与否很大程度依赖设计者的经验，而且还要经过试模来验证模具设计的合理性。当模具在试模过程出现与设计者预期不一致的时候，只能对模具修改再进行试模。而利用计算机仿真技术可以达到缩短设计周期，减少试模次数的目的。本文针对一截面较复杂的铝型材模具，采用Altair公司的HyperXtrude专业铝型材仿真软件，分析了该模具在挤压过程中可能会遇到的问题，并根据结果对模具做对应的修改。
2 铝型材实例分析
下图所示铝型材是需要做模拟的铝型材截面，从图1中可以看出该类铝型材截面的悬臂较多，两个空心之间连接的横边较长且壁厚不均，在挤压时容易引起大面不平、偏壁、开收口等一系列缺陷，严重的会产生起波浪不成型的情况，这样就在模具设计上带来一定的难度，之前几套外厂模具均试模8到9次并经过修模工反复修模才合格。
图1 铝型材截面
3 设计方案与仿真模型的建立
鉴于以上几个因素，设计人员结合自身的经验，得出以下设计方案，如图2所示（图3为该模具的三维模型）：
图2 铝型材挤压模具设计方案
图3 铝型材挤压模具设计三维模型
图4 仿真分析模型
4 仿真模拟结果及结果分析
使用HyperXtrude软件进行仿真分析后得到的结果如下：
A．速度云图
图5 挤压速度云图
B．小模芯横向（X方向）的偏移：
图6
从图中可以看出左右两模芯各向外均匀地偏了0.3-0.4mm，说明该设计模芯周边的孔分配流量得当，模芯不至于偏得太大；
C．上模受力：
图7
D．下模受力：
图8
E．上模正面受压下沉：
图9
从图7~图9中可以看出上模桥位所受应力最大为565.8MPa，出现在两模芯外侧的4个桥上；而下模受到最大应力也只是458MPa，结合有关H13钢许用应力的资料及以往经验可以得出，该模具设计方案比较理想，强度足够。而上模受压最大下沉量也仅仅为0.20mm。一般情况下，我们可以通过观察上模下沉情况，分析模具受压中心是否就是模具的正中心，以防止模芯扭拧，该模是上下左右对称的模具，这点可以不考虑。
F. 下模受压下沉：
图10
从图中可以看出下模的工作带受铝流体的冲击压沉了最多0.10MM，出现在角位。
G. 结果分析及优化
从出料速度的云图中可以看出：最快的速度出现在四周靠近中间的悬臂处；最慢的速度出现在两个模芯的上下壁厚最薄的悬臂上；结合以往经验，整体出料趋势形状最好呈中间凹陷状，这样的出料趋势目的是为了防止型材中间部分由于下模弹变，而引起促流导致该部分出料快甚至起波浪；通过比较上下模弹变量的大小来给予长悬臂部分出料速度的补偿，所以模芯间的横边是要比模拟的结果要更快一些；弹变对于几悬臂的影响也是可以预料得到的；而两模芯偏壁量并不大，只是会对外侧面产生一点点阻碍作用；基于以上考虑，设计人员对设计方案做了以下的修改：
图11 壁厚薄的悬臂下模精沉
图12 工作带修改情况
从图中可以看到，设计在型材外端壁厚最薄的4支悬臂做了精沉处理，考虑到工作带过短会容易引起下模失效，要使该处速度尽可能加快，在焊合室入料面精沉，是有效的方法；除了大幅度的修改工作带调整流速以外，还对应的修改了型材各处的壁厚，尤其是模芯间的横面壁厚。经过大量经验积累，我们知道，根据模拟结果下模各处下沉量的大小来对型材做预变形的补偿，是基本合理的。5 铝 型材实际试模情况
图13铝材挤压模具上机试模后的料头实拍
从实际挤压的料头可以看出，整体出料较平，各悬臂速度差异不大，且并没有产生开收口等现象，铝型材截面尺寸也在公差范围内，一次试模合格，达到模拟分析目的。
6 结论
基于 HyperXtrude 铝型材模具热挤压仿真系统，对铝型材挤压模具初始方案的稳态流动过程进行数值模拟，分析了型材出口处的金属流动速度及模具结构的变形（包括上模模芯的偏移与下模工作带的偏移引起流速变化），指出模具挤压过程中潜在的问题并且做了相应的修改，以达到尽可能地减少试模次数的目的，从而减少了模具上机及维修所需的相关费用，并提高模具的产量与寿命，为铝型材企业创造更大的效益。
1．针对特定型材提出一种分析方法，指出通过结合上下模的变形量做出相应的设计修改，以达到模具设计优化效果。
2．通过有限元分析, 证明了HyperXtrude的数值模拟分析能有效指导铝合型材模具的设计, 发现潜在的问题并给予修正，提高设计的成功率,为铝型材企业提高效益。
