1 簡介
由于純鋁較軟，且富有延展性，易于塑性成形。添加各種合金元素形成的鋁合金有更高的強(qiáng)度、材料組織性能也得到大大改善，以及會得到其他各項(xiàng)更好的性能，從而能滿足更多的生產(chǎn)需要。鋁合金可以加工成各種加工材，如板、帶、條、箔、管、棒、型、線、自由鍛件和模鍛件等。也可以鑄造成各種鑄件，壓鑄件等鑄造材。加工材和鑄造材又可以分為不可熱處理強(qiáng)化型鋁合金材料和可熱處理強(qiáng)化型鋁合金材料。
1.1 擠壓工藝簡介
作為塑性加工的一種有效手段，擠壓用于高性能鋁型材的加工受到越來越廣泛應(yīng)用。擠壓是對放在容器（擠壓筒）內(nèi)的金屬坯料施加外力，使之從特定的模孔中流出，獲得所需斷面形狀和尺寸的一種塑性加工方法[2]，如圖1所示。
圖1 鋁型材產(chǎn)品擠壓的基本原理
按照擠壓時金屬的流動方向不同，擠壓工藝可分為正擠壓、反擠壓和復(fù)合擠壓;按照坯料的溫度范圍可分為冷擠壓、溫?cái)D壓和熱擠壓。金屬的擠壓成形是一種先進(jìn)的少無切削加工工藝，它具有省料、節(jié)能和節(jié)省機(jī)械加工工時、工件性能高等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此越來越受到人們的青睞[1,3]。
近年來，除了改進(jìn)和完善正反向擠壓及其工藝外，許多強(qiáng)化擠壓過程的新方法、新工藝也在不斷的出現(xiàn)，并且在實(shí)際中得到了應(yīng)用。像平面組合模擠壓、水冷模擠壓、舌形模擠壓、變斷面擠壓、半固態(tài)擠壓、冷擠壓、扁擠壓、寬展擠壓、高速擠壓、精密氣、水（霧）冷在線淬火擠壓、等溫?cái)D壓、高效反向擠壓、連續(xù)擠壓和連鑄擠連擠技術(shù)、形變熱處理、特種拉伸—輥矯等新技術(shù)、新工藝有以下意義:擴(kuò)大鋁型材的品種、提高產(chǎn)品品質(zhì)、提高擠壓速度和總的生產(chǎn)效率、發(fā)掘鋁型材的潛力、減小擠壓力、節(jié)約資源、減少成本等。
1.2 模具在鋁型材擠壓中的作用及工作原理[5]
擠壓工具可分為大型基本工具和模具。模具包括模子、穿孔針等直接參與金屬變形且消耗比較大的工具，模具是最重要的擠壓工具，在現(xiàn)代化的大生產(chǎn)中，工具和模具對實(shí)現(xiàn)整個擠壓過程都具有十分重要的意義。模具壽命長短是評價一個擠壓方法是否具有可行性的決定因素，工、模具的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)擠壓生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的最重要的保證之一。
（1）合理的模具結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)任何一種擠壓工藝過程的基礎(chǔ)。它是使金屬產(chǎn)生擠壓變形和傳遞擠壓壓力的關(guān)鍵部件。在擠壓過程中，依靠擠壓軸輸出壓力，有擠壓筒盛放鑄錠并使之在強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形，模具是使金屬最后完成塑性變形獲得所需形狀的工具。目前的條件下，還不能想象無擠壓筒，無模具的擠壓工藝。
（2）工具和模具是保證產(chǎn)品內(nèi)外表面質(zhì)量的重要因素之一。模具自身的表面光潔度、表面硬度等因素對產(chǎn)品的內(nèi)外表面光潔度有著決定性的影響，只有通過精磨拋光和氮化處理、表面硬化處理的模具才能擠壓出表面光潔度高的制品。表面光潔、過渡圓滑的工模具能保持?jǐn)D壓產(chǎn)品的光潔表面，使之經(jīng)過表面處理后厚度均勻、色調(diào)美觀、附著牢固的表面氧化膜。
（3）模具是保證產(chǎn)品形狀和精度的基本工具。只有結(jié)構(gòu)合理、精度和硬度合格的模具，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的成形并具有精確的斷面尺寸和內(nèi)外廓形狀。另外，合理的模具和工具設(shè)計(jì)能保證產(chǎn)品具有最小的縱向彎曲和橫向波浪度，最小的翹曲和扭曲。
（4）合理的工模具結(jié)構(gòu)、形狀尺寸，在一定程度上可控制產(chǎn)品的內(nèi)部組織和力學(xué)性能，特別是在控制空心制品和焊縫組織與力學(xué)性能方面，分流孔的大小和形狀以及其分布位置，焊合腔的形狀和尺寸，模芯的結(jié)構(gòu)等起著決定性的作用。擠壓墊片、擠壓筒和模子的結(jié)構(gòu)形狀與尺寸，對控制產(chǎn)品的粗晶環(huán)和縮尾、成層等缺陷也有一定的作用。
（5）擠壓筒、擠壓軸、擠壓墊片和模子的結(jié)構(gòu)形狀與尺寸對擠壓時金屬的流動景象、擠壓速度和擠壓力等都有很大的影響，合理的設(shè)計(jì)與制造模具，對于提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量減少能耗等有著重大的意義。
（6）新型的工模具結(jié)構(gòu)，對于發(fā)展新品種、新工藝，不斷提高擠壓技術(shù)水平起著很大的作用。如舌形模、平面分流組合模的出現(xiàn)，使空心制品的擠壓進(jìn)入了一個嶄新的階段，多層預(yù)應(yīng)力組合模具的研制成功使冷擠壓獲得了迅速的發(fā)展等。
（7）合理的工模具設(shè)計(jì)與制造能大大提高工模具的使用壽命，這對于降低產(chǎn)品成本有著十分重要的意義。
（8）合理的工模具設(shè)計(jì)對提高其卸載與更換速度，減少輔助時間，改善勞動條件和保證生產(chǎn)安全等方面有著十分重要的意義。據(jù)國內(nèi)外一些資料的統(tǒng)計(jì)，在生產(chǎn)中等批量的擠壓產(chǎn)品時，工模具的成本往往占擠壓總成本的35%一50%。如果使用壽命提高一倍，則產(chǎn)品的成本約降低20%左右。模具屬易損多耗工具，目前的使用壽命仍是十分低的，如果將其壽命提高5～10倍，則產(chǎn)品的成本可大幅度下降。
平面分流組合模的工作原理是實(shí)心鑄錠通過擠壓機(jī)擠壓力的作用，被分成幾股金屬流，再在焊合室匯集，并在高溫，高壓，高真空的環(huán)境下又重新被焊合，最后通過模芯和模子之間形成的間隙流出[6]，從而形成符合一定尺寸要求和性能要求的管材或空心型材。
1.3 DEFORM-3D簡介
1.3.1 DEFORM軟件簡介[7]
典型的 DEFORM-3D應(yīng)用于包括鍛造、擠壓、墩頭、軋制、自由端、彎曲和其他成形加工手段。它是是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)（FEM）,專門設(shè)計(jì)用于分析各種金屬成形過程的三維流動，提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)，及有關(guān)成形過程中材料和溫度流動。
DEFORM-3D是模擬3D材料流動的理想工具。它有強(qiáng)大的模擬引擎，能夠分析金屬成形過程中多個關(guān)聯(lián)對象耦合作用的大變形和熱特性。它還具有優(yōu)良的自動網(wǎng)格重劃分生成器，在任何必要時能夠自行觸發(fā)，從而生成優(yōu)化的網(wǎng)格系統(tǒng)。在要求精度較高的區(qū)域，可以進(jìn)行局部網(wǎng)格細(xì)劃分，從而大大減少計(jì)算時間，提高效率。DEFORM-3D的圖形界面強(qiáng)大而又靈活，為用戶準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果數(shù)據(jù)提供了有效工具。DEFORM-3D還提供了對于3D過程模擬極為重要的3D幾何操縱修正工具。其計(jì)算精度和結(jié)果可靠性被國際成形模擬領(lǐng)域公認(rèn)為第一。
1.3.2 DEFORM特點(diǎn)[7]
在材料成形、熱處理和機(jī)加工領(lǐng)域中，采用有限元方法開發(fā)和設(shè)計(jì)模具、刀具的產(chǎn)品已達(dá)到70%以上，有限元分析已成塑性加工中廣泛使用的工具。
DEFORM—3D是一套基于模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)（FEM），專門設(shè)計(jì)用于分析各種金屬成形過程中的三維（3D）流動，提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)，及有關(guān)成形過程中的材料和溫度流動。典型的DEFORM—3D應(yīng)包括鍛造、擠壓、墩頭、扎制、自由鍛、彎曲和其它成形加工手段。
（1）DEFORM-3D是在一個集成環(huán)境內(nèi)綜合建模、成形、熱傳導(dǎo)和成形設(shè)備特性進(jìn)行模擬仿真分析。適用于冷、熱、溫成形，提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)。
（2）全自動網(wǎng)格再劃分，前處理自動生成邊界條件，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備快速可靠。
（3）集成有形設(shè)備模型，如：液壓壓力機(jī)、機(jī)械壓力機(jī)、錘鍛機(jī)、軋機(jī)、螺旋壓力機(jī)、擺輾機(jī)和用戶自定義類型（如膨脹成形）。
（4）表面壓力邊界條件處理功能適用于解決膨脹成形工藝模擬，單步模具應(yīng)力分析方便快捷，適用于多個變形體、組合模具、帶有預(yù)應(yīng)力環(huán)時的成形過程分析，材料模型有彈性、剛塑性。熱彈塑性、熱剛粘塑性、粉末材料、剛性材料及自定義類型。
（5）具有FLOWNET和點(diǎn)跡示蹤、變形、云圖、矢量圖、力—行程曲線等后處理功能。具有2D切片功能，可以顯示工件或模具剖面結(jié)果。程序具有多聯(lián)變體處理能力，能夠分析多個塑性工件和組合模具應(yīng)力。自定義過程可用于計(jì)算流動應(yīng)力、沖壓系統(tǒng)響應(yīng)、斷裂判據(jù)和一些特別的處理要求，如：金屬微結(jié)構(gòu)、冷卻速率、力學(xué)性能等。
2 汽車碰撞橫梁擠壓模具的參數(shù)設(shè)置及建模
以汽車碰撞梁橫梁為例設(shè)計(jì)相對應(yīng)的模具，其各項(xiàng)參數(shù)主要是根據(jù)相關(guān)理論公式計(jì)算結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)驗(yàn)值所取得，其三維圖及二維工程圖如下圖2、3所示。
圖2 鋁合金前防撞梁總成
圖3 汽車碰撞粱鋁型材截面工程圖
2.1 碰撞橫梁的材料及型材性能要求
材料選用鋁合金6061，T6 熱處理；屈服極限為215-245Mpa；抗拉強(qiáng)度極限大于270MPa；收縮率為1.2%；外接圓直徑116.32mm。
2.2 模具設(shè)計(jì)
2.2.1 擠壓機(jī)和擠壓模具的尺寸、材料參數(shù)的選取
鋁型材擠壓模具的設(shè)計(jì)包括理論性知識、經(jīng)驗(yàn)性知識；既有規(guī)范性知識，又有啟發(fā)性知識。在于擠壓工藝方面有些參數(shù)已經(jīng)給出了具體的公式[3]，但對于實(shí)際情況，例如實(shí)際環(huán)境和具體型材的變化，許多時候需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來合理設(shè)計(jì)。對于模具設(shè)計(jì)來說，首先要考慮的問題是擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)，由于擠壓比 40≤λ≤80，且型材外接圓直徑為116.32mm，可選擠壓筒為2500t,擠壓筒直徑為280mm，擠壓比為796-354Mpa。鋁型材的材料為AL6061T6，收縮率為1.2%，擠壓溫度范圍在430-520之間，故選模具鋼牌號為H13。
2.2.2 擠壓比的確定
分流模的擠壓比即擠壓筒斷面積和型材斷面積的比值。它是模具設(shè)計(jì)的一個重要參數(shù)，擠壓比不同，會直接影響擠壓力的大小。從而會影響型材的成形和型材焊縫的質(zhì)量。一般多以保證焊縫質(zhì)量的提下再考慮模具的生產(chǎn)率。
對于分流模來40≤λ≤80，其具體計(jì)算公式如式（2-1）：
λ=（π*Ф2）／（4*n*F） (2-1)
式中：λ─擠壓比；n─?？讛?shù)；F─型材的面積；Ф─擠壓筒直徑。
?？讛?shù)位n=1，擠壓筒直徑Φ=280mm。利用公式（2-1）可算得擠壓比：λ=（π*2802）/(4*1*773.1372)=79.64，擠壓比λ在40-80之間，故符合要求。
2.2.3 模具直徑的確定
模具的外徑D模由擠壓筒直徑D桶或型材外徑確定，一般情況下認(rèn)為型材的外接圓直徑小于或等于擠壓筒直徑D桶的1.1到1.2倍，都是可以設(shè)計(jì)出來的。
外接圓直徑為116.32mm<280mm符合要求。一般為了簡便計(jì)算，可直接取
D模≈（0.8-1）D桶 （2-2）
本課題中取模具的外徑為擠壓筒外徑想等，均為280mm,且模具高H=60mm。
2.2.4 分流橋的設(shè)計(jì)
分流模的結(jié)構(gòu)分為固定式分流橋和可卸式分流橋兩種，前者上模模套連在一起為一個整體，后者上模模套分開設(shè)計(jì)，又稱之為叉架式分流橋。分流橋的寬窄由模具的強(qiáng)度和金屬的流速確定，分流橋的高度會直接影響模具的壽命以及焊縫的質(zhì)量。
在確定分流橋?qū)挾菳的準(zhǔn)則為：其一，為增大分流比和降低擠壓力考慮，B應(yīng)取小值；其二，為了改善金屬流動均勻性考慮，?？鬃詈檬艿椒至鳂虻恼谘?，B應(yīng)取大值。為了增加分流橋的強(qiáng)度，一般設(shè)計(jì)時在橋的兩端增加橋墩，在各種形狀中，蝶形橋墩不僅可以增加橋的強(qiáng)度，還可以改善金屬的流動，避免死區(qū)的存在。故選擇蝶形分流橋，分流橋高度B為60mm, θ暫取30°，橋底圓角R為3mm，并增加半圓形橋墩。
2.2.5 分流橋的設(shè)計(jì)
其他尺寸設(shè)計(jì)如下分流比為：K =20.43；上下模直徑：280mm；上模厚度：60 mm；下模厚度：60 mm；上下模插入深度：5 mm；上下模插入部分厚度10 mm；定位孔直徑：Ф16 mm；定位螺釘直徑：M12。
2.3 模具建模
2.3.1 構(gòu)建上模
首先通過繪制上模最大外徑，通過拉伸得到高位60mm直徑Ф為280mm的圓柱體。接著在其一端面上繪制分流孔（周邊對稱的四個分流孔），通過切除生成分流孔。然后根據(jù)已經(jīng)計(jì)算的焊合角θ，通過倒角命令對分流橋進(jìn)一步編輯，并對每個分流孔四角倒圓角。再繪制橋墩，并通過拉伸命令構(gòu)建出除模芯以外的上模主體結(jié)構(gòu)。再次是根據(jù)模芯的各項(xiàng)參數(shù)，設(shè)計(jì)出模芯。最后繪制并生產(chǎn)中間分流孔。如圖2-3所示：
2.3.2 構(gòu)建下模
繪制焊合室基本草圖如圖2-4所示，選擇拔模斜度，切除生產(chǎn)焊合室，然后倒圓角。再根據(jù)?？赘黜?xiàng)參數(shù)繪制并生產(chǎn)模孔。其有限元擠出成型如圖2-5所示：
圖為：汽車碰撞粱鋁型材擠壓模具上模設(shè)計(jì)平面圖
圖為：汽車碰撞粱鋁型材擠壓分流模下模設(shè)計(jì)圖
圖為：汽車碰撞粱鋁型材擠壓分流設(shè)計(jì)有限元3D模型
3 仿真結(jié)果分析及優(yōu)化
3.1 仿真結(jié)果分析
型材的擠出結(jié)果影響因素有很多，但最直接的是工作帶的長度，第一次擠出結(jié)果的工作帶長度如下圖所，如圖3-1所示：
每一項(xiàng)的分析均采用步數(shù)分別為1、20、100、200、260的圖形和數(shù)據(jù)。坯料的初始溫度為480℃，擠壓速率為0.5mm/s。
圖3-1 第一次仿真工作帶的長度
（1）從制品的外形分析：
圖3-2 開始擠壓的形狀圖3-3 分流孔時的擠壓形狀圖3-4焊合室時的擠壓形狀
圖3-5 開始擠壓的形狀圖3-6第200步擠出制品的放大圖
圖3-7 鋁制品快離開工作帶時的形狀圖3-8 第260步制品的放大圖
從上面幾圖可見，在所有的圖中，分流橋、焊合室里的坯料都很正常，不需要分析。主要分析擠出的型材的形狀。圖3-6中，首先1處的型材有些凸出，另外1處的擠出長度相對于2處的較短，2處以及周邊的都比較合理。圖3-8中，在擠出制品快于工作帶分離出，4處出現(xiàn)嚴(yán)重畸形，另外5處相對于3處的長度差異，也慢慢地變大。
（2）從損壞分析
圖3-9 開始擠壓時的損壞圖圖3-10分流孔時的損壞圖圖3-11焊合室時的損壞圖
圖3-12開始擠壓時的損壞圖圖3-13 制品快與工作帶分離時的擠壓圖
在加工過程中，工件的損傷主要由于摩擦和壓力而產(chǎn)生，而且應(yīng)力大的地方，摩擦大的地方，損傷大。由圖可知坯料進(jìn)入分流孔后周圍都與分流孔發(fā)生摩擦，金屬流與分流孔接觸的地方損傷比較大6處和7處，當(dāng)進(jìn)入焊合室后，金屬流是懸空狀態(tài)，損傷有所減少如8處，在成型階段工作帶附近區(qū)域應(yīng)力和摩擦最嚴(yán)重，此處損傷達(dá)到最大。但總體看來其值都不是很大，故對型材的擠壓影響不是很大。因?yàn)樵跀D壓的時候，型材的截面積很小，所以每擠出一點(diǎn)制品，未進(jìn)分流孔的坯料、分流孔里的坯料以及在焊合室的坯料變化都很小，幾乎不動，所以整體損壞不大。從損壞的圖分析合理。
（3）從應(yīng)變分析：
圖3-14 擠壓時的應(yīng)變圖圖3-15分流孔中的應(yīng)變圖圖3-16 焊合室中的應(yīng)變圖
圖3-17 開始擠壓時的應(yīng)變圖圖3-18 制品快要與工作帶分離時的擠壓圖
金屬進(jìn)入分流孔后，在靠近分流孔入口出的金屬應(yīng)變相對比較大，如9處所示，比較合理。進(jìn)入焊合室之后，由于通道突然加寬且金屬前端和周圍沒有摩擦，焊合室中的金屬應(yīng)變較小。之后由于接觸焊合室底部而受阻，金屬受力不斷增加，應(yīng)變開始上升，但上圖在10處比9處較高，故合理。在金屬成形中，金屬流動的通道變得最小變小，應(yīng)變增加，但12和13顯示卻很小，此次仿真在工作帶處也不合理。
(4)從應(yīng)力分析
開始坯料等效應(yīng)力較小，在經(jīng)過分流孔分流后，由于受到分流橋等的阻力，在以上模上表面為基準(zhǔn)的上下兩邊應(yīng)力較大，如14所示，而離該面較遠(yuǎn)的地方的坯料應(yīng)力較小，當(dāng)金屬流在焊合室遇到焊合室底部及以后，金屬流遇到的阻力再次增加，此過程中，整個坯料的應(yīng)力都在增加，而在上模以上的坯料應(yīng)力較小的區(qū)域不斷減小如15到16所示，當(dāng)金屬流焊合并開始擠壓出型材時，整個坯料基本都變成淡藍(lán)色，大概是30MPa左右，如圖3-22和圖3-24，應(yīng)力集中主要表現(xiàn)在模芯也?？赘浇?，此處的應(yīng)力相對于其它位置要高很多，但圖中17處顏色變化不是很明顯與整個坯料主題顏色差異較小，故此次仿真在17處應(yīng)力不是很合理，當(dāng)制品與工作帶分離了，則此處的金屬沒有摩擦，前端也沒有阻力，處于懸空狀態(tài)，此處的應(yīng)力減小，如18所示大概小于20MPa，此處比較合理。
圖3-19 開始時的應(yīng)力圖圖3-20 分流孔的應(yīng)力圖圖3-21 焊合室的應(yīng)力圖
圖3-22 開始擠出制品時的應(yīng)力圖圖3-23 開始擠出制品時工作帶處的應(yīng)力圖
圖3-24 制品快于工作帶分離時的應(yīng)力圖圖3-25 制品快于工作帶分離時工作帶處的應(yīng)力圖
（5）從溫度分析：
由于坯料的溫度比模具的初始溫度高30℃。模具與工件之間存在溫度差，它們之間發(fā)生熱傳遞，所以坯料的溫度不斷降低，模具的溫度不斷增加，除此之外，模具和工件之間的摩擦也會產(chǎn)生熱量，使得溫度也會相應(yīng)的升高，尤其是在工作帶處，間隙很小而且擠壓力在此處較大，所以摩擦嚴(yán)重，溫度達(dá)到了最大，如圖19處溫度比20處高，21處比22處高，但21處比19處要低，是因?yàn)殡S著擠壓的進(jìn)行，坯料的熱量不斷散失所造成的。在整個擠壓過程中溫度時刻不斷的變化。上圖所示溫度較合理。
圖3-26 開始擠壓時的溫度圖3-27 分流孔中的溫度圖3-28 焊合室中的溫度
圖3-29 制品開始擠出時的溫度圖3-30 制品開始擠出時工作帶處放大的溫度
圖3-31 制品與工作帶分離時的溫度圖3-32 制品與工作帶分離時工作帶處的溫度
3.2 模具優(yōu)化
3.2.1 修改后的工作帶長度及對坯料進(jìn)行局部網(wǎng)格劃分的調(diào)整
圖4-44 優(yōu)化后的工作帶高度
3.2.2 優(yōu)化后的仿真結(jié)果分析
每一項(xiàng)的分析均采用步數(shù)分別為1、40、110以及二次擠壓的10、150步的圖形和數(shù)據(jù)。坯料的初始溫度為480℃，擠壓速率為0.5mm/s。分析方法同前。
（1）從制品外形分析：
從圖中可以看出，主要分析后兩階段，剛開始擠出型材時，都平齊且擠出效果很好。當(dāng)制品離開工作帶后一段距離時，制品仍不錯。沒有出現(xiàn)之前嚴(yán)重變形的情況，雖然前端部分地方都不是很平齊，但剛開始擠出的前端是這樣很正常。
（2）損傷分析：
由于之前第一次仿真已經(jīng)分析過損傷了，而且優(yōu)化后損傷分析仍然合理。分析過程如第一次類似。
（3）等效應(yīng)變分析：
金屬進(jìn)入分流孔后，在靠近分流孔入口出的金屬應(yīng)變相對比較大，進(jìn)入焊合室之后，由于通道突然加寬且金屬前端和周圍沒有摩擦，焊合室中的金屬應(yīng)變較小。之后由于接觸焊合室底部而受阻，金屬受力不斷增加，應(yīng)變開始上升，如第一次分析仍然合理,。在金屬成形中，金屬流動的通道變得最小變小，應(yīng)變增加，如圖隨著擠壓的進(jìn)行，應(yīng)變增大，合理。由于金屬跟模具之間的摩擦產(chǎn)生的，很多應(yīng)變比較大的地方都發(fā)生在金屬的表面。但整體來說，應(yīng)變都不是很大。
（4）等效應(yīng)力分析：
一開始坯料等效應(yīng)力較小，在經(jīng)過分流孔分流后，由于受到分流橋等的阻力，在以上模上表面為基準(zhǔn)的上下兩邊應(yīng)力較大，而離該面較遠(yuǎn)的地方的坯料應(yīng)力較小，當(dāng)金屬流在焊合室遇到焊合室底部及以后，金屬流遇到的阻力再次增加，此過程中，整個坯料的應(yīng)力都在增加，而在上模以上的坯料應(yīng)力較小的區(qū)域不斷減小，前三階段如第一次仿真，結(jié)果相類似，合理。當(dāng)金屬流焊合室并開始擠壓出型材時，整個坯料應(yīng)力變大，應(yīng)力集中主要表現(xiàn)在模芯也?？赘浇?，此處的應(yīng)力相對于其它位置要高很多，當(dāng)制品離開工作帶后，前端因?yàn)闆]有摩擦也沒有阻力，故應(yīng)力開始減小，故優(yōu)化后的應(yīng)力合理。
（5）溫度分析：
由于坯料的溫度比模具之間存在溫差，它們之間發(fā)生熱傳遞，所以坯料的溫度不斷降低，模具的溫度不斷增加，模具和工件之間的摩擦也會產(chǎn)生熱量，使得溫度也會相應(yīng)的升高，尤其是在工作帶處，間隙很小而且擠壓力在此處較大，所以摩擦嚴(yán)重，溫度達(dá)到了最大。在整個擠壓過程中溫度時刻不斷的變化，優(yōu)化后溫度合理。
4 總結(jié)
本論文設(shè)計(jì)了一套汽車碰撞梁鋁合金擠壓平面分流組合模具。首先確定汽車碰撞梁的材料、形狀、尺寸、性能等要求。再確定擠壓機(jī)和擠壓模具的各項(xiàng)尺寸和材料參數(shù)等，構(gòu)建三維模型，包括上模、下模、擠壓筒、擠壓墊片、坯料。最后導(dǎo)入DEFORM-3D軟件，進(jìn)行有限元仿真，獲得材料變形時的應(yīng)力場、應(yīng)變場、溫度場、破壞場。分析材料變形特點(diǎn)，為了使材料變形更加均勻，優(yōu)化分流擠壓模具結(jié)構(gòu)，如焊合室高度、工作帶高度，最終獲得比較理想的擠壓模具和比較理想的制品。
4.1 模具設(shè)計(jì)過程中要注意的事項(xiàng)
（1）在保證分流橋的強(qiáng)度下，分流橋盡量要小。
（2）?？鬃詈媚軐⑵浒仓迷诜至鳂蛳?，讓其遮掩。
（3）焊合角最好盡量大些，這樣可以讓金屬能更好地填滿焊合室。
（4）模芯的長度要適應(yīng)，太長模芯易便宜，太短則對于金屬在焊合室的焊合效果可能不好，所以其長度要適宜。
（5）焊合室要么內(nèi)側(cè)壁采用一定斜度，要么在在底部與側(cè)壁連接處采用大圓角，或者兩者兼用。
模芯的工作上面最好比焊合室底部高1mm，即比模孔工作帶上面高出1mm，下端比模孔的工作帶長1～1.5mm。
4.2 DEFORM-3D仿真前處理中注意事項(xiàng)
（1）在導(dǎo)入DEFORM-3D之前，先在三維軟件中調(diào)整好位置，這樣生產(chǎn)的STL文件導(dǎo)入DEFORM-3D，處理會方便很多。
（2）網(wǎng)格細(xì)化時，尤其是坯料，對于不同地方其網(wǎng)格劃分不一樣，越接近工作帶處，越細(xì)，這就要添加網(wǎng)格細(xì)化局部窗口，為了效果較好，建議是3～4個，并建議網(wǎng)格比例較小的調(diào)至上面，這是因?yàn)楫?dāng)兩個窗口重合時，實(shí)驗(yàn)得出，重合部分的網(wǎng)格基本是安排在上面的局部窗口劃分。對于模具劃分時，在上下模的工作帶處為了讓工作帶很好，可以采用兩個局部窗口，建議其中一個比例為0.5～0.1均可以，在工作帶處天加比例為0.05～0.01的窗口。經(jīng)實(shí)驗(yàn)可得，這樣劃分得到的工作帶效果很好，而且過渡處也會很好，不建議采用一個窗口的原因，是因?yàn)榫W(wǎng)格是相對網(wǎng)格，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，若采用一個窗口，比例再小，其細(xì)化結(jié)果都不好。
