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表1   坯料和模具材料的性能

2 模擬結(jié)果和分析工作帶長度L對于研究對象，在不改變其他工藝參數(shù)的情況下，分析流動金屬在不同工作帶長度下對模具的應(yīng)力影響和流動均勻性，降低模具分流橋的等效應(yīng)力，延長模具的使用壽命。.1 工作帶長度對模具零件應(yīng)力的影響圖4顯示焊合室深度為12 mm、工作帶長度不同的上模等效應(yīng)力分布。從圖4可以看出，當(dāng)工作帶長度為4、6、8 時，分流橋應(yīng)力集中mm當(dāng)時，模芯附近分流橋的等效應(yīng)力分別為778、716和865 MPa。圖5顯示了分流橋相同點在不同工作帶長度下的等效應(yīng)力值。從圖5可以看出，在不同的質(zhì)地下，6 mm工作帶長度等效應(yīng)力比4、8 mm工作帶長度等效應(yīng)力值小，梯度變化相對溫和，表明工作帶長度下上模分流橋應(yīng)力分布更加均勻。當(dāng)模具局部區(qū)域應(yīng)力集中，在循環(huán)負(fù)荷的重復(fù)作用下，裂紋首先在這里產(chǎn)生。在連續(xù)使用過程中，裂紋擴展，最終導(dǎo)致模具部件斷裂。此外，工作帶過長會導(dǎo)致金屬流動不均勻。陽極氧化后，成型產(chǎn)品表面兩側(cè)和中間顏色不均勻，壁厚差；工作帶過短會降低產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性，加深模具零件磨損，縮短模具使用壽命[11、12]。因此，在設(shè)計模具時，應(yīng)合理設(shè)計工作帶的長度。   工作帶長度不同的上模等效應(yīng)力

（a）工作帶長度為4 mm （b）工作帶長度為6 mm （c）工作帶長度為8 mm

圖5   工作帶長度不同的分流橋等效應(yīng)力圖6顯示焊合室深度為12 mm、工作帶長度不同的下模等效應(yīng)力分布。從圖6可以看出，工作帶越長，下模的最大等效應(yīng)力越大。當(dāng)工作帶長度為4、6、8 時mm時，下模最大的等效應(yīng)力依次增大。工作帶長度過長，模芯可能會在金屬流動過程中變形，影響了成型件的表面質(zhì)量。圖6   工作帶長度不同的下模等效應(yīng)力  （a）L=4 mm （b）L=6 mm （c）L=8 mm2.2 模具出口流量分布不均勻會影響成型件的表面質(zhì)量，因此必須調(diào)整工作帶的長度，使金屬流出工作帶的速度更加均勻。為有效表示金屬流出模孔速度的均勻性，使用金屬流出工作帶時的流動分布因子[13-15]，計算公式如下：（1）公式：DMVi——工作帶出口節(jié)點數(shù)量流動分布因子；-規(guī)定平面節(jié)點i軸向流速，mm/s；——規(guī)定平面上所有節(jié)點的平均流速，mm/s。在不同工作帶長度的型材上取相同的8點DeForm-3D在軟件的后處理中，利用點跟蹤功能提取此時8個質(zhì)點的流速。流速因子分布及各點流速分布曲線如圖7所示。從圖7可以看出，不同工作帶長度下的流速因子分布為4、6、8 mm當(dāng)計算得知其極差分別為0.061 33、0.008 14、0.023 2，隨著工作帶長度的增加，工作帶出口空白流量越均勻，但在一定程度上，模具出口空白流量變得不均勻，當(dāng)工作帶長度為6 時mm時，流動因子波動最小，說明此時工作帶長度下的金屬流動更均勻。圖7   流動因子分布與各點流速分布曲線按照工作帶長度6 mm試生產(chǎn)改進的工藝參數(shù)設(shè)計模具。改進前，模具生產(chǎn)8×103 kg根據(jù)改進的參數(shù)設(shè)計的模具將報廢到11.6×103 kg，模具分流橋根部仍無明顯裂紋，成型產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。 通過模擬可以看出，當(dāng)工作帶長度為6 時mm與工作帶長度4、8 相比mm分流橋根附近等效應(yīng)力最小，應(yīng)力分布均勻。當(dāng)工作帶長度為6 時，使用點跟蹤功能觀察流速分布mm當(dāng)流動因子波動最小時，工作帶長度下的金屬流動最均勻。工作帶長度為6 mm實際生產(chǎn)改進工藝參數(shù)設(shè)計的模具，鋁型材擠出量達(dá)到11.6×103 kg模具分流橋根部無明顯裂紋，超過改進前8×103 kg的產(chǎn)量。

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▍原作者：王漢 1李亨 1 徐凡凡 1朱曉勇 2王東明 3

▍作者單位：1. 安徽省合肥工業(yè)大學(xué)航空結(jié)構(gòu)件成型制造及裝備重點實驗室；2. 合肥工業(yè)大學(xué) 智能制造技術(shù)研究所. 池州九華明坤鋁業(yè)有限公司

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