目前，我國的鋁合金空調(diào)罩型材加工企業(yè)在擠壓工藝制訂和擠壓模具設(shè)計過程中，很大程度上依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗，導(dǎo)致模具設(shè)計周期長、成本高，且產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證。因此研究鋁合金空調(diào)罩型材擠壓過程的機(jī)理和金屬流動規(guī)律，進(jìn)而為工藝和模具設(shè)計提供理論引導(dǎo)，就顯得尤為緊張。
通過研究發(fā)現(xiàn)目前鋁合金空調(diào)罩型材中的實心型材多采用有限元法和有限體積法，而針對空心型材的數(shù)值模仿研究很少。因此研究空心型材擠壓過程的數(shù)值模仿方法對于合理設(shè)計擠壓工藝和模具結(jié)構(gòu)、削減試模時間和進(jìn)步型材質(zhì)量都具有十分緊張的意義。
本文以矩形管鋁合金空調(diào)罩材的擠壓為例，分別采用有限元法和有限體積法進(jìn)行數(shù)值模仿，分析兩種方法對于空心型材擠壓模仿的可行性和模仿精度。
數(shù)值建模與模仿效果對比分析
矩形管尺寸60mm×20mm，壁厚3mm（見1），坯料選擇Al6063合金，尺寸170mm×50mm，初始溫度為480℃，模具材料H13，預(yù)熱溫度為450℃。
1矩形管鋁合金空調(diào)罩材形狀
對于矩形管擠壓過程的有限元模仿，采用DEFORM-3D模仿軟件，有限體積模仿則采用MSCSuperforge軟件。行使pro/E建立模具三維幾何模型如2所示。
�。╝）上模實體模型（b）下模實體模型
2矩形管擠壓模具三維模型
在保證擠壓進(jìn)入穩(wěn)固狀況的前提下關(guān)鍵詞優(yōu)化，有限元和有限體積模仿中均設(shè)置凸模壓下量為38mm；有限元模仿時初始步長增量設(shè)置0.3mm，3030工業(yè)鋁合金空調(diào)罩型材網(wǎng)格尺寸1.5mm，局部細(xì)劃網(wǎng)格尺寸1mm；有限體積模仿時劃分網(wǎng)格尺寸為2mm。選取摩擦因子為0.33，凸模速度為2mm/s。
�。╝）壓下量18mm；（b）壓下量26mm；（c）壓下量28mm3矩形管擠壓過程有限元模仿
3為矩形管擠壓過程有限元模仿效果，模仿在凸模壓下量28mm處制止。
從模仿效果可以看出，在擠壓材料流入分流孔的過程中，模仿過程進(jìn)展順利，擠壓件外觀質(zhì)量較好（見3（a））。
當(dāng)變形材料流入焊合室以后，模仿計算變得比較困難，必要頻繁的網(wǎng)格重劃，所需模仿時間明顯增長，模仿效果精度降落，但模仿仍然可以有用進(jìn)行（見3（b））。
當(dāng)變形材料進(jìn)入工作帶時，模仿過程變得非常困難，幾乎每經(jīng)過一步模仿就必須重新劃分網(wǎng)格，體積損失緊張；在焊縫處，因為頻繁的網(wǎng)格重劃，相鄰分流孔內(nèi)流出的金屬無法焊合在一路，甚至出現(xiàn)體積缺失的情況，仿真效果已經(jīng)緊張失真，難以繼承進(jìn)行下去（見3（c））。
對比3（b）和3（c）可以看出，因為有限元方法對此矩形管材的擠壓模仿由于長寬不等而無法避免金屬網(wǎng)格節(jié)點的自焊合題目，且該模型使用的是四個分流孔，所以其1/4模型總是存在兩股料流在焊合室接觸重新焊合的題目。分析緣故原由是：
�、倬匦喂軘D壓為大變形擠壓題目，有限元模仿過程中，因為網(wǎng)格畸變緊張，必要頻繁的網(wǎng)格再劃分，每次網(wǎng)格劃分都存在幾何上的近似，即每次劃分的新網(wǎng)格與舊網(wǎng)格總是存在肯定的差異，當(dāng)幾個模仿步驟內(nèi)劃分次數(shù)較多時，幾何外形就會發(fā)生較大差異。
從模仿出錯時的網(wǎng)格4可以看出，焊縫處的三角平面上的每一條邊并不是由兩個三角平面共享。這就意味著在現(xiàn)實模仿中，外觀上變形材料充滿了焊合室完全焊合，現(xiàn)實照舊兩股料流，在后面的步驟里可見斷裂，導(dǎo)致計算失真制止。
4有限元法模仿出錯時網(wǎng)格
�、诿看尉W(wǎng)格劃分后，邊界節(jié)點與模具邊界的接觸條件也響應(yīng)地進(jìn)行了重新確定，頻繁的網(wǎng)格劃分引起的幾何外形的轉(zhuǎn)變會導(dǎo)致部分邊界節(jié)點并沒有發(fā)生真正的接觸，而邊界節(jié)點的接觸條件是導(dǎo)致模仿效果（分外是變形體幾何外形的模仿效果）失真的重要因素。
此外，3（c）透露表現(xiàn)凸模行程為28mm時的模仿效果，從模仿開始到3（c）透露表現(xiàn)的位置，總計模仿時間50h，網(wǎng)格重新劃分了92次。因此，3030工業(yè)鋁合金空調(diào)罩型材無論是模仿精度照舊運(yùn)算服從，有限元法都不是模仿矩形管鋁合金空調(diào)罩材擠壓過程的有用算法。
結(jié)語
本文分別采用有限元法和有限體積法對Al6063矩形管的擠壓成型過程進(jìn)行了數(shù)值模仿，比較了兩種方法的模仿效果，3030工業(yè)鋁合金空調(diào)罩型材發(fā)如今對矩形管成形過程進(jìn)行模仿時，因為有限元模仿中頻繁的網(wǎng)格重劃導(dǎo)致網(wǎng)格幾何形狀和邊界節(jié)點接觸條件的失真，使得在焊縫處出現(xiàn)變形材料無法焊合的題目，最終模仿失敗。
有限體積模仿中因為無需網(wǎng)格重劃，可成功模仿整個熱擠壓過程，為空心鋁合金空調(diào)罩型材擠壓模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計和工藝參數(shù)的優(yōu)化提供了依據(jù)。
