王先鹏

摘 要：大悬臂铝挤压模具具有强度大、耐腐蚀性强的优势，将其应用到工业生产中，可有效提高生产效率。本文简要分析了铝挤压模具传统设计方案的缺陷，强调了基于HyperXtrude的大悬臂铝挤压模具结构设计的需求。基于此，重点从数据建模、参数计算、挤压模拟等方面，探讨了模具结构的优化设计流程，通过对设计效果的观察，证实了优化设计方案在提高模具结构合理性方面的价值。

关键词：HyperXtrude软件；大悬臂；挤压模具；优化设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.044

0 前言

工业生产过程中，“挤压成型”为重要流程之一，该流程需利用挤压工具而完成。受材质问题的影响，传统的挤压工具，强度较低，使用寿命较短。利用该类型模具加工产品，成本往往较高。基于HyperXtrude所设计的大悬臂铝挤压模具的出现，有效解决了上述问题，使得模具的使用性能得到了明显的提升。可见，为提高工业生产水平，对大悬臂铝挤压模具结构进行优化设计是关键。

1 基于HyperXtrude的大悬臂铝挤压模具结构的设计需求

以HyperXtrude软件为基础的，大悬臂铝挤压模具结构参数设计以及空刀设计需求如下：

1.1 参数需求

大悬臂铝挤压模具中，影响其结构合理性的因素，以外轮廓尺寸及导流室的高度为主。传统模具的外轮廓尺寸一般为125mm×58mm，导流室的高度则为14mm。本课题所设计的模具尺寸，相对于传统模具尺寸而言，长与宽数值均有所提升。现有的以HyperXtrude为基础所设计的大悬臂铝挤压模具，外轮廓尺寸为310mm×220mm，导流室高度为15mm，导流板厚度为80mm[1]。

1.2 空刀设计需求

为提高模具的性能，保证型材能够被有效挤出。将模具的横面，设计为三级空刀形式，使各级空刀，分别用于支撑工作带、悬臂以及型材是关键。用于支撑工作带的空刀，可有效减小挤压所带来的冲击力，避免待挤压的型材被损坏[2]。用于支撑悬臂的空刀，可避免型材与挤压模具内壁产生摩擦刮痕，以免对型材的生产质量产生影响。

2 HyperXtrude大悬臂铝挤压模具结构的优化设计方案

基于HyperXtrude的大悬臂铝挤压模具结构的优化设计方案如下：

2.1 数据建模

为优化大悬臂铝挤压模具结构，可将HyperXtrude软件，应用到数据建模过程中，使模具模型，能够以三维的形式体现在计算机当中。对此，设计人员应首先确定型材通过模具的流程。在此基础上，采用网格划分的方式，确定边界条件，得到最终的三棱柱网络。型材挤压的过程，即材料逐渐变形的过程。材料的变形区域，受力往往较高。因此，单元划分过程中，需提高变形区域网格的密度，以符合实践特点。反之，受力较小区域的网格密度，则应适当降低，以降低计算难度，提高设计效率。

2.2 参数计算

为提高大悬臂铝挤压模具结构的合理性，本课题采用HyperXtrude软件对模具结构进行计算，得到了材料参数、模具边界参数及挤压工艺参数如下：（1）材料参数：本课题中，工件材料与模具材料型号，分别为AA6063以及H13。其中，AA6063的弹性模量为4.0×1010Pa、密度为2700kg/m3，比热容为900J/（kg·K）。H13弹性模量为2.1×1010Pa、密度为7870kg/m3，比热容为460J/（kg·K）。（2）模具边界参数：挤压速度为1mm/s、初始温度450℃、传热系数3000W/（m2·K）。（3）挤压工艺：型号为AA6063的工件，直径为90mm、挤压比43.77。挤压过程重，材料的温度及挤压速度，与模具边界条件参数一致。

2.3 挤压模拟

目前，市场中常见的型材，主要包括空心与实心两种。前者需采用分流组合模具进行挤压，挤压过程相对复杂，且影响挤压效果的因素较多。后者需采用导流模及平模进行挤压，与空心型材相比，挤压流程更加简单。实心型材挤压过程中，导流模中所含的模芯，可分担悬臂梁的受力，使模具受力的平衡性得以提升。以实心型材导流模具中伪分流模具结构的设计为例，设计人员可采用不同方式，分别设计其下模及上模结构。本课题所设计的模具中，上模主要由分流孔及模芯等部分构成。挤压过程中，各部分功能能够共同发挥。使金属得以均匀流动，使型材能够逐渐成型。通过对模型的计算发现，大悬臂铝挤压模具中，导流板与模面的最大变形位移，分别为0.688mm及0.615mm，屈服强度为1020N/mm2。

2.4 设计方法及效果

经挤压模具数据建模及参数计算所得到的设计方案，需被应用到实践中，才可了解方案是否合理：（1）设计方法：通过对模型及参数的分析，本课题考虑将分流模应用到挤压模具的设计过程中。通过改变分流孔数目、参数、形状等方式，使金属流动速度的平衡性得以提升。为避免位移参数不合理的风险发生，可将防偏结构，应用到伪分流模中，提高挤压过程的稳定性。（2）设计效果：设计完成后，本课题通过实验的方式，评估了模具的性能。评估结果显示，采用伪分流模挤压型材，模具及型材，均无明显变形现象。且型材的弯曲程度较小，质量较高。表明，以HyperXtrude为基础所设计的大悬臂铝挤压模具结构，应用价值更高。

3 结论

本课题采用数据建模以及参数优化计算等方式，对以HyperXtrude为基础的大悬臂铝挤压模具结构进行了优化设计，取得了良好的效果。工业设备生产领域，可考虑以本课题所提供的经验为参考。将模具的尺寸、厚度，以及导流板数据等，均纳入到建模过程中。通过运行模型的途径，确定最优的结构设计方案。以使挤压模具结构的合理性，及其使用性能，能够得到进一步的提升。

參考文献：

[1]孙宪萍，杨兵，刘强强.基于BP神经网络与遗传算法的温挤压模具优化设计[J].润滑与密封，2017，42（04）：84-88.

[2]潘卫国.建筑幕墙立柱铝型材挤压过程数值模拟分析和挤压模具工作带优化设计的研究[J].铝加工，2016（02）：20-26.