建筑铝型材挤压模具的优化设计
韦超华 罗勇明
广东兴发铝业有限公司，广东佛山 528061
摘要: 基于 HyperXtrude 铝型材模具热挤压仿真系统，以建筑幕墙铝合金型材为例，分析了型材模具在稳态挤压过程中应力场、速度场和温度场的分布，指导模具结构优化设计，确立 HyperXtrude 铝型材模具热挤压仿真系统在生产中的指导作用，提高模具设计水平和模具使用寿命，从而提高生产效率。倡导了国家现行要求的低碳环保的经济模式。
关键词: 建筑幕墙铝型材 优化设计 仿真模拟 HyperXtrude
1 概述
在现代建筑中随着人们对生活要求的不断提高，对建筑幕墙的要求也随之变化。这使幕墙建筑外观达到更高的审美观的同时，也使其向低碳环保发展。从而使幕墙铝型材的截面形状更趋于复杂。模具设计是铝型材生产的最主要环节[1]，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。利用计算机仿真技术可以达到缩短设计周期，减少试模次数和节约生产成本的目的。本文采用Altair公司的HyperXtrude专业铝型材挤压工艺仿真和模具优化有限元软件，对模具设计进行分析，并根据结果修改模具结构.
2 几何模型及分析的挤压工艺参数
挤压工艺参数设置直接影响仿真模拟的效果的准确性，挤压参数越贴近实际参数仿真模拟的效果越准确，同时给设计者提供了与实际相符合的数据，及时根据计算结果优化原有设计方案。型材截面和初始模具如图一、二所示：
2.1挤压工艺参数
棒料直径： 237mm 挤压比：27.55
棒料温度：470℃ 挤压机吨位；2750T
模具温度：450℃ 挤压垫速度：36.2mm/sec
坯料与工作带间采用库仑摩擦模型, 摩擦系数取μ= 0.14 [1]
3仿真模拟结果
3.1流速仿真模拟结果
分流孔不同位置流速截面分布标示图及型材流速分布图：
从分流孔流速截面分布标示图可以知道分流孔1和5流速最快，直到铝合金流动到焊合室位置时，其流速还是过快。而其余四个分流孔的流速在截面分布标示图中都比较均匀；在仿真模拟系统中型材在焊合过程，颜色为蓝色的表示流速慢，红色的则为流速快。其中型材的中间筋条焊合速度太慢（红色框选处78mm/sec）。焊合速度最快为型材的蓝色框选处220mm/sec。其余部位平均流速：170mm/sec 。型材流速的不均匀会对型材的成形产生一定的影响，甚至影响模具的实用寿命。
