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新的模具行業(yè)投稿系統(tǒng)正式上線！點(diǎn)擊(模具行業(yè) (cnki.net)）在線辦公系統(tǒng)中的作者提交系統(tǒng)可以在注冊后按照提示提交。歡迎提交！ 針對實(shí)際生產(chǎn)H研究了13熱作模具鋼分流橋根部過早開裂的現(xiàn)象DeForm-3D有限元模擬軟件模擬了分流組合模具的擠出過程，研究了不同工作帶長度對模具應(yīng)力場和金屬流動均勻性的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作帶長度為6 時mm、焊接室深度為12 mm分流橋根部等效應(yīng)力最小，應(yīng)力分布均勻，下模帶出口坯料流量均勻。研究結(jié)果為鋁型材熱擠壓成型H合理設(shè)計(jì)13鋼模具提供了有效的理論參數(shù)。 數(shù)值模擬；分流組合模；擠出成型；模具參數(shù)；H13熱作模具鋼0 引 言H13熱作模具鋼(4)Cr5MoSiV1)是目前應(yīng)用最廣泛的熱作模具鋼之一。因其強(qiáng)度高、韌性好、熱疲勞性能好，廣泛應(yīng)用于鋁合金、鎂合金等金屬加工制造業(yè)。傳統(tǒng)擠出工藝穿孔針法使用的模具結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)品無焊縫且可以減少粗晶環(huán)等缺陷，但需要經(jīng)常更換芯軸，管材前端的偏心度大。目前，分流組合模[5,6]已經(jīng)逐步取代了穿孔針法，使用分流組合模能得到壁厚均勻、尺寸精度高的產(chǎn)品，且具有設(shè)備操作簡單、生產(chǎn)周期快、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但分流組合模會由于成型產(chǎn)品形狀的復(fù)雜性、過高的擠壓力及冷熱疲勞的作用產(chǎn)生開裂失效，模具一旦萌生裂紋產(chǎn)生開裂，則喪失服役功能從而報廢，為了保證產(chǎn)品成型質(zhì)量和延長模具的使用壽命，必須對模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)[7,8]。于寶義等[9]對模具的分流比和焊合角進(jìn)行了優(yōu)化模擬，通過校核模具優(yōu)化后的強(qiáng)度，得出了合理的模具結(jié)構(gòu)參數(shù)；岳博文等[10]通過對不同分流孔深度的模具進(jìn)行模擬，分析了平面分流組合模分流孔深度對鋁型材擠出成型的影響，得出了最佳的分流孔深度值。針對某汽車配件的分流組合模分流橋早期失效狀況，對擠出過程進(jìn)行熱力耦合數(shù)值模擬，通過對模具工作帶長度等參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，為延長模具使用壽命提供了一定的理論依據(jù)。1 分流組合模1.1 分流組合模具的工作原理和幾何模型分流組合模具的工作原理如圖1所示。在擠壓桿的擠壓力下，坯料沿圖1中箭頭所示的方向移動。第一階段，坯料被分流橋分為4股金屬流，然后沿分流孔進(jìn)入焊接室；第二階段，金屬在焊接室內(nèi)緩慢流動，相互接觸，然后進(jìn)行焊接；第三階段，金屬焊接后在出口工作帶上形成。   分流組合模工作原理工作帶是在?？字写_定擠出型材的形狀、尺寸和表面質(zhì)量的區(qū)域，初始值為4 mm，焊接室的深度是從分流橋底部到?？兹肟诘拇怪本嚯x，取12 mm。圖2為淬火鋸切后的汽車配件型材，圖3為模具分流橋根部開裂，造成模具報廢。圖2   汽車零部件型材截面圖3   模具分流橋根部開裂1.2 模擬條件設(shè)置以實(shí)際生產(chǎn)工藝參數(shù)為基礎(chǔ)，坯料初始溫度設(shè)置為510 ℃，直徑為φ178 mm；模具、擠壓筒和擠壓桿假設(shè)為剛性，初始溫度分別設(shè)為480、440、20 ℃；擠壓速度為3 mm/s；坯料與模具擠壓筒之間的摩擦因數(shù)為0.四、每步長1 mm，總模擬步數(shù)為600；通過計(jì)算坯料橫截面積和型材橫截面積，得出擠壓比約為400.1.分流組合模在模具口附近坯料變形較大，容易造成網(wǎng)格畸變，需要局部劃分網(wǎng)格[10]。采用相對法劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格基礎(chǔ)為4萬 ，最小邊緣尺寸為3.12 mm，進(jìn)入上模的坯料啟動局部網(wǎng)格劃分，劃分比為0.1；在進(jìn)入下模的坯料同時也啟動局部網(wǎng)格劃分，劃分比例為0.05；上模采用相對法劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格基數(shù)為40 00，最小邊緣尺寸為1.99 mm，局部網(wǎng)格在分流橋部分劃分，劃分比例為0.1.下模也采用相對法劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格基數(shù)為40 00，最小邊緣尺寸為2.13 mm，局部網(wǎng)格分為焊合室和工作帶，分為0.1。擠壓桿和擠壓缸分為少量網(wǎng)格。坯料和模具材料的性能如表1所示[9]。

表1   坯料和模具材料的性能

2 模擬結(jié)果和分析工作帶長度L對于研究對象，在不改變其他工藝參數(shù)的情況下，分析流動金屬在不同工作帶長度下對模具的應(yīng)力影響和流動均勻性，降低模具分流橋的等效應(yīng)力，延長模具的使用壽命。.1 工作帶長度對模具零件應(yīng)力的影響圖4顯示焊合室深度為12 mm、工作帶長度不同的上模等效應(yīng)力分布。從圖4可以看出，當(dāng)工作帶長度為4、6、8 時，分流橋應(yīng)力集中mm當(dāng)時，模芯附近分流橋的等效應(yīng)力分別為778、716和865 MPa。圖5顯示了分流橋相同點(diǎn)在不同工作帶長度下的等效應(yīng)力值。從圖5可以看出，在不同的質(zhì)地下，6 mm工作帶長度等效應(yīng)力比4、8 mm工作帶長度等效應(yīng)力值小，梯度變化相對溫和，表明工作帶長度下上模分流橋應(yīng)力分布更加均勻。當(dāng)模具局部區(qū)域應(yīng)力集中，在循環(huán)負(fù)荷的重復(fù)作用下，裂紋首先在這里產(chǎn)生。在連續(xù)使用過程中，裂紋擴(kuò)展，最終導(dǎo)致模具部件斷裂。此外，工作帶過長會導(dǎo)致金屬流動不均勻。陽極氧化后，成型產(chǎn)品表面兩側(cè)和中間顏色不均勻，壁厚差；工作帶過短會降低產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性，加深模具零件磨損，縮短模具使用壽命[11、12]。因此，在設(shè)計(jì)模具時，應(yīng)合理設(shè)計(jì)工作帶的長度。   工作帶長度不同的上模等效應(yīng)力

（a）工作帶長度為4 mm （b）工作帶長度為6 mm （c）工作帶長度為8 mm

圖5   工作帶長度不同的分流橋等效應(yīng)力圖6顯示焊合室深度為12 mm、工作帶長度不同的下模等效應(yīng)力分布。從圖6可以看出，工作帶越長，下模的最大等效應(yīng)力越大。當(dāng)工作帶長度為4、6、8 時mm時，下模最大的等效應(yīng)力依次增大。工作帶長度過長，模芯可能會在金屬流動過程中變形，影響了成型件的表面質(zhì)量。圖6   工作帶長度不同的下模等效應(yīng)力  （a）L=4 mm （b）L=6 mm （c）L=8 mm2.2 模具出口流量分布不均勻會影響成型件的表面質(zhì)量，因此必須調(diào)整工作帶的長度，使金屬流出工作帶的速度更加均勻。為有效表示金屬流出?？姿俣鹊木鶆蛐?，使用金屬流出工作帶時的流動分布因子[13-15]，計(jì)算公式如下：（1）公式：DMVi——工作帶出口節(jié)點(diǎn)數(shù)量流動分布因子；-規(guī)定平面節(jié)點(diǎn)i軸向流速，mm/s；——規(guī)定平面上所有節(jié)點(diǎn)的平均流速，mm/s。在不同工作帶長度的型材上取相同的8點(diǎn)DeForm-3D在軟件的后處理中，利用點(diǎn)跟蹤功能提取此時8個質(zhì)點(diǎn)的流速。流速因子分布及各點(diǎn)流速分布曲線如圖7所示。從圖7可以看出，不同工作帶長度下的流速因子分布為4、6、8 mm當(dāng)計(jì)算得知其極差分別為0.061 33、0.008 14、0.023 2，隨著工作帶長度的增加，工作帶出口空白流量越均勻，但在一定程度上，模具出口空白流量變得不均勻，當(dāng)工作帶長度為6 時mm時，流動因子波動最小，說明此時工作帶長度下的金屬流動更均勻。圖7   流動因子分布與各點(diǎn)流速分布曲線按照工作帶長度6 mm試生產(chǎn)改進(jìn)的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)模具。改進(jìn)前，模具生產(chǎn)8×103 kg根據(jù)改進(jìn)的參數(shù)設(shè)計(jì)的模具將報廢到11.6×103 kg，模具分流橋根部仍無明顯裂紋，成型產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。 通過模擬可以看出，當(dāng)工作帶長度為6 時mm與工作帶長度4、8 相比mm分流橋根附近等效應(yīng)力最小，應(yīng)力分布均勻。當(dāng)工作帶長度為6 時，使用點(diǎn)跟蹤功能觀察流速分布mm當(dāng)流動因子波動最小時，工作帶長度下的金屬流動最均勻。工作帶長度為6 mm實(shí)際生產(chǎn)改進(jìn)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的模具，鋁型材擠出量達(dá)到11.6×103 kg模具分流橋根部無明顯裂紋，超過改進(jìn)前8×103 kg的產(chǎn)量。

1. 劉恒三、祁燁思、左玲立等.新型H13基體鋼的熱穩(wěn)定性[J].2020年41(7)材料熱處理學(xué)報:151-157.

2. 吉國強(qiáng)、蔡 榕、葛貴明等.H13鋼模芯開裂原因分析分析[J].2020年41(6)鑄造技術(shù):553-556.

3. BABU V,BALASIVANANDHA P S,ANANTHA P K.Microstructure homogeneity in AA6063 alloy processed by cyclic expansion extrusion[J].Defect and Diffusion Forum,2018:4695.

4. HWANGYEONG MAW,YI HUNG LIN. Plastic flow analysis in hot aluminum extrusion of asymmetric parts[J].Materials Science Forum,2017:4543.

5. 鄧汝榮.空心鋁型材雙孔分流組合模設(shè)計(jì)[J].2013年39日模具行業(yè):65-68.

6. 趙茂密,姜小龍,蘭天虹,等.工藝參數(shù)擠壓6005A鋁合金型材焊接質(zhì)量的影響[J].2018、46(4)、20-25、38.

7. 王赫男.鋁型材擠壓模孔流量計(jì)算及工作帶優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].2014:6-10中南大學(xué).

8. 趙富勝.鋁型材擠壓生產(chǎn)新技術(shù)及設(shè)備[J].2019年48日有色金屬加工：16-23日.

9. 于寶義，閆麗，宋鴻武，等.分流組合模的數(shù)值分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].2007(5)塑性工程學(xué)報:79-82.

10. 岳博文、劉鵬、范克順等.分流孔深度對平面分流組合模擠壓成型的影響[J].2018年25日(3)石化技術(shù).

12. 楊志高、徐永禮、龐祖高等.基于Deform-3D方管鋁合金型材等溫擠壓變速擠壓值模擬[J].2015年40日鍛造技術(shù):152-157.

13. 曾文浩、魏剛、鄧小亮等.CAE鋁型材擠壓模擬分析軟件的應(yīng)用比較[J].2017年43日模具行業(yè)：13-18日.

14. 迪利青，張士宏.分流組合模具擠壓過程的數(shù)值模擬和模具優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].2009年，16(2):123-127，143.

15. 張?jiān)世^.鋁型材擠壓工藝模擬及模具優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2015:40-42.

▍原作者：王漢 1李亨 1 徐凡凡 1朱曉勇 2王東明 3

▍作者單位：1. 安徽省合肥工業(yè)大學(xué)航空結(jié)構(gòu)件成型制造及裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2. 合肥工業(yè)大學(xué) 智能制造技術(shù)研究所. 池州九華明坤鋁業(yè)有限公司

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