外文翻譯熱擠壓模的壓力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì).doc

熱擠壓模的壓力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)帥詞俊肖剛倪正順（中國(guó)長(zhǎng)沙中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院410083）摘要熱擠壓模的三維模型是用ANSYS軟件和其二次開(kāi)發(fā)編程語(yǔ)言ANSYS參數(shù)設(shè)計(jì)語(yǔ)言創(chuàng)建的。模型的有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)完成后，三維壓力圖顯示應(yīng)力集中在擠壓模的邊緣，并且應(yīng)力分布很不均勻。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果可得出擠壓模的最佳高度為89.596mm，最佳的澆道口半徑為65.048mm和80.065mm,與沒(méi)有優(yōu)化前相比應(yīng)力集中減少27%。關(guān)鍵詞：三維方法；建模；熱擠壓模；優(yōu)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介隨著日常生活標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)不斷地發(fā)展，鋁制品被廣泛地應(yīng)用到生活的每一個(gè)角落。產(chǎn)品也要求越來(lái)越多樣化，復(fù)雜程度和精密度的要求也越來(lái)越高。擠壓模是基本的擠壓成形過(guò)程。它不僅決定產(chǎn)品的形狀、尺寸、精度和表面狀況，而且影響產(chǎn)品的性能。所以熱擠壓模是擠壓成形技術(shù)的關(guān)鍵。通常情況下，我們都是通過(guò)把三維有限元簡(jiǎn)化成二維模型來(lái)研究擠壓模具以改進(jìn)模具的質(zhì)量和延長(zhǎng)模具的使用壽命。但這僅僅適用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的模具。在不進(jìn)行三維有限元分析的情況下，分析的結(jié)果不能給產(chǎn)品的制造帶來(lái)切實(shí)地幫助和有用的信息。本文將以鋁板沖壓模為例來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。1、實(shí)體模型圖1所示為一熱沖壓平面結(jié)合模具的公模簡(jiǎn)圖。其外徑為227.000mm，高度為80.000mm，其它參數(shù)如圖1所示。其建模方法如下：11坐標(biāo)點(diǎn)P1和P5直線L（bkxy）和圓（222Ryx）的交點(diǎn)坐標(biāo)為：1)(1()(222225,1kRbkkbkbx（1）bkxy5,15,1（2）圖1熱擠壓模具簡(jiǎn)圖12坐標(biāo)點(diǎn)P2和P6直線L1（bkxy）和直線L2（1Sy）的交點(diǎn)P2坐標(biāo)為：kbSx12（3）12Sy（4）直線L2（bkxy）和直線L2（2Sy）的交點(diǎn)P6坐標(biāo)為：26Sx（5）bkxy26（6）13坐標(biāo)點(diǎn)P3、P4、P7和P8P3和P1關(guān)于y軸對(duì)稱，P4和P2也關(guān)于y軸對(duì)稱；P7和P5關(guān)于x軸對(duì)稱，P8和P6也關(guān)于x軸對(duì)稱。14方程中的變量在方程式（1）-（6）中，對(duì)于點(diǎn)P1和P2，1221Tkkb，R=R1；對(duì)于點(diǎn)P5和P6，2221Tkkb，R=R2。R1、R2、T1、T2、S1和S2都是隨著高度H變化的，可表示為：)(11zfR、)(22zfR、)(31zfT、)(42zfT、)(51zfS、)(62zfS；,0Hz。15特定高度的截面形狀連接點(diǎn)P1-P4和P5-P8，用弧線連接P1到P8這些交點(diǎn)集即可獲得特定高度的截面形狀。16任意高度的截面形狀高度H被分為等高面的INUM（INUM由精確度確定，INUM越高，精確度也越高）。任意高度的截面形狀如圖2示：圖2截面曲線圖17光滑曲面應(yīng)用ANSYS軟件中的SKIN命令，光滑曲面將沿曲線生成，該曲面即為澆道口表面。應(yīng)用VA命令，系統(tǒng)將根據(jù)以上曲面生成實(shí)體。18模具的對(duì)稱性用布爾邏輯的添加和拭除等操作完成模具主要實(shí)體和中心的創(chuàng)建（如圖3）。模具的對(duì)稱性有助于模具1/4實(shí)體有限元分析的計(jì)算（如圖4）。圖3模具實(shí)體模型圖4四分之一實(shí)體模型2、模型的計(jì)算以沖壓鋁合金（6063AL-Mg-Si）的平面模具為例。鋁的熔點(diǎn)為657，而鋁合金AL+Mg2Si的熔化溫度為558，考慮到注射的壓力和產(chǎn)品的質(zhì)量，將工作溫度定為450。模具材料為4Gr5MoSiV1(H13)。溫度在450以下時(shí)，其初態(tài)模數(shù)與熱熔比分別為210GaMP和0.25，其屈服強(qiáng)度為1200aMP，摩擦系數(shù)為0.3。將固態(tài)92的三維元素進(jìn)行自由嚙合。為了承載注射時(shí)的摩擦力，表面154繪制成規(guī)則的四邊形（如圖5），對(duì)于1600噸的擠壓機(jī)，擠壓強(qiáng)度可按方程式7計(jì)算，計(jì)算數(shù)值如表1示。)()(21dzzdtzzTTRTTTRPPP(7)圖5摩擦力負(fù)荷圖表1模具各部分強(qiáng)度表zRzTtTdTzRzTdTP83.4227.41222.7219.53191.8053.2314.38612.54模具經(jīng)常發(fā)生邊緣斷裂，其強(qiáng)度主要取決于模具的高度和分流孔的分布。本文中，高度H和分流孔的半徑R1及R2為設(shè)計(jì)變量，當(dāng)量極限壓力（max）為設(shè)計(jì)的目標(biāo)功能。設(shè)計(jì)變量的范圍列于表2中。表2設(shè)計(jì)參數(shù)變化范圍mmR/1mmR/2mmH/)/(1)/(265-8580-9860-9020-4020-403、計(jì)算結(jié)果圖6為當(dāng)量應(yīng)力圖，從圖中我們可以得出，在邊緣處壓應(yīng)力最大。圖表3中從大到小列出24個(gè)當(dāng)量壓應(yīng)力值。數(shù)據(jù)顯示，最大的當(dāng)量壓應(yīng)力為1006.5aMP，其高度比第二數(shù)值912.0aMP在14.5%，其壓應(yīng)力在邊緣處收斂嚴(yán)重，該部分容易了生裂縫。設(shè)計(jì)參數(shù)R1、R2、H、1和2的初始值分別為75.000mm，88.000mm，80.00