2014产品创新数字化征文：CAE技术在微通道扁管挤压研究中的应用

    当前，微通道扁管挤压技术的研究热点有：1）开发新型的铝合金材料和模具材料；2）扁管型材新产品设计，充分发挥铝挤压型材的优势；3）开发先进的制模技术和挤压技术，延长模具寿命与提高产品质量；4）研究金属流动规律以及挤压过程中的数值模拟技术。

    挤压制品的质量与模具的设计和制造技术水平品密切相关。为降低挤压阻力，扁管挤压模具设计成双孔分流挤压的形式。铝合金材料在模具内部产生复杂的大变形塑性成形。工程师根据经验，查阅文献和手册，难以掌握挤压过程中各影响因素的作用规律；CAE技术为全面正确的找到影响因素和改善方法提供了依据。

3 微通道扁管挤压数值模拟

    HyperXtrude挤压仿真模块，在完整的模型建立和全面的边界条件设定后，能够精确地模拟热挤压过程中材料的流动行为和热传导。挤压过程模拟可以缩减试模次数，减少模具设计时间，降低开发成本。

    图3所示为针对本文中扁管设计的分流挤压模具。模具包含嵌套有模芯的上模和下模。

图3 扁管挤压模具：a-上模，b-下模

    根据结构的对称性，在HyperXtrude中，只需建立1/4对称模型即可，完成网格划分后的有限元模型如图4所示。坯料被分流桥分成两股进入分流孔，随后填充模芯芯针的间隙，并在高温高压环境下焊合在一起；经由模芯和模孔的工作带挤出成形。

图4 有限元模型

    先进的挤压技术体现在合理的模具设计和工艺参数设定上。本文模拟使用的材料参数和工艺参数在表1中列出。

表1 挤压模拟中使用的材料参数与工艺参数

    扁管生产时需对挤出扁管在模孔出口处进行一定范围内的等温和等速控制。如果在模孔出口处温度不均匀，挤出扁管在经过后续工序处理后，扁管的尺寸精度和机械性能难以得到保证。挤出扁管在模孔出口处速度不均匀，易导致挤压型材出现扭拧和波浪，甚至加速模具的磨损。