基于CAE技术的铝型材挤压模具疲劳寿命仿真分析(6)

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基于ＣＡＥ技术的铝型材挤压模具疲劳寿命仿真分析

在最近２０．３０年中得到迅速发展，且很大一部分技术集中在模具设计的优化方面。目前已开发出能对平面模和分流模进行优化设计的ＣＡＤ／ＣＡＭ系统。生产实践证明，所开发的系统可完成从型材图纸输入到模具设计图纸输出的全过程，显著提高模具的设计和制造效率。此外，国内外科研人员运用理论解析、物理模拟和数值模拟等方法，对铝型材挤压的变形过程、应力场和温度场分布及变化、摩擦与润滑等问题进行了大量的分析和实验，并根据其研究成果对挤压模具进行了优化。国内还有部分科研人员用有限元法结合实验方法对挤压模具最佳轮廓线及模具结构进行了分析和优化【８，９，１０，１１】。利用ＣＡＤ中建立的挤压产品模型、结合挤压工艺与控制参数，在挤压模初步设计的基础上，根据事先拟定的工艺试验方案，利用计算机仿真整个挤压成形过程，获得挤压变形体内的应力、应交、温度、流速等物理量分布，以及挤压各阶段的压力、温度、速度等工艺参数变化情况；确定挤压模工作带断面和分流孔、焊合腔、导流槽等模具结构对成形铝材流动的影响，模具使用过程中可能出现的变形、塌陷、崩刃、裂口、磨损、”粘着，，和疲劳等缺陷及其位置：提出分析报告并向设计人员推荐合适的挤压条件，设计人员再根据ＣＡＥ分析结果修正模具设计方案。经过数次反复，直到模具设计方案满足产品设计要求和产品质量要求为止。这实际上是将生产现场的＂试模．修模．试模”过程转移到计算机上完成，以部分替代模具设计制造过程中费时费事的试模工作，从而减少该阶段的材料和能源消耗，降低生产成本，并据此设计出高质量的铝型材挤压模具。

（５）模具失效研究合理的工模具设计与制造能大大提高工模具的寿命，这对于降低成本有重要的意义。据国内外一些资料统计，当生产中等批量的挤压产品时，工模具的成本往往占挤压总成本的３５％～５０％。如在１２５ＭＮ挤压机上配备五种不同的挤压工具，每套工具需消耗高级合金模具钢２００ｔ以上，制造周期一年以上，耗资超过１０００万元。如果使用寿命提高一倍，则产品成本降低约２０％左右。提高挤压模具的使用寿命具有更大的经济效益。１２５ＭＮ挤压机上的大型模具每套达１ｔ以上，模具目前的使用寿命仍然非常低，如果将其寿命提高５～１０倍，则产品的成本可大幅度下降。据不完全统计，由于挤压模具的早期失效和使用寿命低每年造成上百亿美元的损失。我国的初步调查显示，全国由于模具寿命低而带来的直接或间接的经济浪费，估计每年达２００亿元。

基于上述原因，世界各国都积极研究模具各种失效形式产生的原因和理论机制，进而寻求防止出现早期失效的技术措施和提高模具使用寿命的途径。这方面的研究工作，美国、日本和原苏联等国走在前面。早在２０世纪８０年代，日本的家田诏夫、安保满夫等人以及原苏联的Ｃ．Ａ．多夫拉尔等人就对铝挤压模具的失效、使用寿命、裂纹与疲劳磨损、破坏的热力学、失效机制等进行了广泛的研究，并取得不少有价值的成果。进入２０世纪９０年代以来，各国科学家利用现代科学