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

图5 扁管挤压模拟有限元模型

    本文针对扁管做出了模具的原始设计；基于原始设计进行的挤压分析，采用修改工作带高度的方法，做出模具的优化设计（如图5所示），较好地实现了在等温挤压基础上的等速挤压控制。优化前：工作带等高为0.7mm；优化后：芯针上的工作带高度由模具中心向端部成梯度变化，中心为1mm，端部为0.4mm。

图6 模具改进前后扁管出口处截面温度分布：a-优化前，b-优化后

    图6所示为挤压过程达到稳态时，模芯工作带附近的温度分布云图。由于在模具优化前后的两次模拟中，挤压工艺参数和模型边界条件设置不变，模孔出口处扁管各点的温度差异不大，扁管筋部温度差异在15度范围内。

图7 改进前后扁管出口处截面速度分布：a-优化前，b-优化后

    模具优化前，各个芯针上的工作带长度相同，模孔出口处的扁管在宽度方向上挤出速度不一致。模具优化后，芯针上的工作带长度不一致，中心芯针上的工作带长度大，端部芯针上的工作带长度小，模孔出口处的扁管在宽度方向上扁管挤出速度一致性得到改善。

    图7为挤压过程达到稳态时，模孔出口处型材的速度分布云图。从图7中可以看出，对模具做出优化后，出口处扁管各管筋的金属挤出速度一致性提高。从结果中，依次提取扁管筋部金属的挤出速度值，结果如图8所示。优化前，扁管筋部金属流动速度最大差值为7.2mm/s；优化后，金属流动速度最大差异值为2.4mm/s。

图8 优化前后扁管筋部金属的挤出速度

4 结论

    汽车轻量化和成本控制驱使汽车制造商在生产中，越来越多地使用铝制零件，CAE技术在铝制零件的开发和制造中发挥着重要作用。从CAE技术中获取的丰富信息，为深刻认识零件属性，优化零件加工工艺参数，掌握零件性能提供了可靠依据。CAE技术为产品注入了更高的科技含量，极大地增强了产品的竞争力。