详解铝材挤压模具从CAD设计到仿真摹拟 CAE再到数控加工CAM

1 媒介

铝型材挤压成型进程 很是复杂，除 圆形截面铝型材的挤压属于二维轴对称问题外，一般而言，其他外形 的铝型材都属于三维活动 年夜 变形问题。铝型材断面越复杂，变形的不平均 性越显著。跟着 工业的成长 ，铝型材断面朝着外形 复杂，对模具的设计要求愈来愈 高，假如 模具设计不公道 ，截面上各部门的金属在挤出模孔时就越轻易 以分歧 的速度流出，从而造成型材的扭拧、海浪 、曲折 和 裂纹等缺点 ，模具也极轻易 破坏 。

传统上是依托 设计者厚实经验来削减 试模和修模。假如 一副模具由于 设计欠妥 ，频频 的试模修模，如许 既增添 了本钱 ，也耽误 了模具开辟 周期。只有经由过程 公道 的模具设计和提高模具加工制造装配工艺精度来下降 试模本钱 ，进而获得及格 产物 。在一些蓬勃 国度 ，是在CAD/CAM/CAE三者并行的设计理念下完成，有用 的削减 了模具的加工周期和试模次数，提高了效力 。

本文先介绍了模具CAD/CAM/CAE在挤压模具方面的运用 ，按照本厂的临盆 实践经验，论述 了计较机辅助设计（CAD）到仿真摹拟 有限元阐发（CAE）再到数控加工(CAM)在模具制造流程中的主要 性和提高模具寿命和上机及格 率。

2 模具CAD

跟着 计较机手艺 的飞速成长 ，哄骗计较机辅助设计(CAD)不但 能显著缩短模具设计周期，下降 本钱 ，减轻设计人员劳动强度。今朝 ，挤压模CAD手艺 已在我国普遍 地使用。

采取 AutoCAD软件绘制挤压模具的二维图形，设计人员通经常使用 草图起头设计，将草图变成 工作图的沉重 工作可以交给计较机完成，可以快速作出图形，使设计人员实时对设计作出判定 和点窜 ；型材截面几何性质计较，分流孔个数、外形 、尺寸及安插的设计，分流桥、模芯及焊合腔的尺寸肯定 ，模具强度校核，剖面图和上下模视图的绘制等功能模块。能完成平面模和组合模设计的全进程 ，显著提高了复杂模具的设计效力 和质量[2]。

如图1所示，为一套模具的二维CAD设计图。图2所示为用UG软件绘制的三维图形。

a铝型材截面

图 1 铝型材挤压模具二维设计图

图 2 铝型材挤压模具三维设计图

3 铝型材挤压模具CAE

最近几年来，国表里 很多 学者哄骗数值仿真的方式 对铝型材挤压工艺进行了研究，并获得 了较年夜 进展。运用仿真手艺 可以实时跟踪铝型材挤压金属的活动 行动 ，仿真成形进程 ，揭露 金属的真实活动 纪律 和各类 物理场量的散布 、转变 情形 ，研究各类 身分 对金属变形行动 的感化 和影响。展望现实 挤压进程 中可能呈现的缺点 ，尽早 优化模具构造 设计、调剂 挤出工艺参数和有针对性的指明手艺 解决方案[3]。

在设计好图纸后但还未投入临盆 加工之前，采取 仿真摹拟 软件对型材挤压进程 进行了摹拟 仿真，获得 了型材的速度散布 、温度散布 和应力散布 等。

下面是对第一次设计方案进行的数值摹拟 ，如图3所示为获得 的材料稳态活动 时的温度、应力、位移和速度散布 图，从图中可以看出，材料流经挤压筒最后到出料口，温度一向 是上升的趋向 。材料流经区域的应力散布 ，整体上散布 平均 。但材料出口速度散布 一边快，另外一 边慢的趋向 。位移误差 最年夜 值是2.935mm，申明 出材的产物 外形 变形对照 年夜 ，达不到图纸的公役 要求。

图3铝型材挤压模具CAE摹拟 仿的首次 摹拟 后果

按照摹拟 后果，我们起首 对工作带进行了优化设计，再对下模焊合室增添 阻流圈，如图4为优化设计后的三维建模图形。

图4 铝型材挤压模具CAE摹拟 仿真后优化后的设计方案

如图5所示为优化设计后所做的仿真摹拟 。能看到型材出口位移散布 图的最年夜 位移误差 为0.9mm，比第一次摹拟 年夜 年夜 减小了，散布 平均 ，可以展望试模出来的型材断面尺寸和外形 根基 可以或许 到达 图纸的公役 要求。点窜 前后摹拟 的出口速度散布 图，可以看出型材断面各部位的流速加倍 均衡 平均 。

图5 点窜 后、优化后的铝型材挤压模具CAE摹拟 仿真后果

4 模具CAM

在模具投入临盆 前期，我们经由过程 了数值摹拟 后果的阐发，而且 实时做出了优化设计，再进一步的仿真摹拟 ，到达 了出材要求，申明 此设计方案是可行。然后将绘制好的三维图形导入Mastercam软件编制好CNC的车铣加工法式 ，再将CNC指令传输到加工车间，如图6所示加工流程，完成了由CNC机床加工取代 传统的机床加工。改变了传统的加工理念，到达 设计者的要求，年夜 年夜 提高了模具的加工制造精度[4-5]。

图6铝材挤压模具CAM数控加工流程图

5 试模后果

如图7所示为第一次试模出来的中段料样，与优化设计后的数值摹拟 的后果完全吻合，上机试模产物 到达 图纸公役 要求。

图7模具上机后试模出来的铝型材料头

6 结论

本文论述 了CAD/CAM/CAE在铝型材挤压模具行业的运用 ，经由过程 举例申明 CAD/CAM/CAE在模具加工中的运用 研究，提高加工精度和预先摹拟 ，再点窜 设计方案，到达 一次性试模及格 ，改变传统的设计加工理念。

（1）本文提出了由设计到摹拟 仿真到数控加工的一种并行的设计理念，到达 了削减 试模次数，缩短了模具开辟 周期，提高了临盆 效力 。

（2）介绍了本厂的模具从设计到加工工艺流程，期望可以与同业 展开 更普遍 的接触和更深切 的研究，配合 前进。