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新的模具行業投稿系統正式上線！點擊(模具行業 (cnki.net)）在線辦公系統中的作者提交系統可以在注冊后按照提示提交。歡迎提交！ 針對實際生產H研究了13熱作模具鋼分流橋根部過早開裂的現象DeForm-3D有限元模擬軟件模擬了分流組合模具的擠出過程，研究了不同工作帶長度對模具應力場和金屬流動均勻性的影響規律。研究發現，當工作帶長度為6 時mm、焊接室深度為12 mm分流橋根部等效應力最小，應力分布均勻，下模帶出口坯料流量均勻。研究結果為鋁型材熱擠壓成型H合理設計13鋼模具提供了有效的理論參數。 數值模擬；分流組合模；擠出成型；模具參數；H13熱作模具鋼0 引 言H13熱作模具鋼(4)Cr5MoSiV1)是目前應用最廣泛的熱作模具鋼之一。因其強度高、韌性好、熱疲勞性能好，廣泛應用于鋁合金、鎂合金等金屬加工制造業。傳統擠出工藝穿孔針法使用的模具結構簡單，產品無焊縫且可以減少粗晶環等缺陷，但需要經常更換芯軸，管材前端的偏心度大。目前，分流組合模[5,6]已經逐步取代了穿孔針法，使用分流組合模能得到壁厚均勻、尺寸精度高的產品，且具有設備操作簡單、生產周期快、成本低等優點。但分流組合模會由于成型產品形狀的復雜性、過高的擠壓力及冷熱疲勞的作用產生開裂失效，模具一旦萌生裂紋產生開裂，則喪失服役功能從而報廢，為了保證產品成型質量和延長模具的使用壽命，必須對模具結構進行合理設計[7,8]。于寶義等[9]對模具的分流比和焊合角進行了優化模擬，通過校核模具優化后的強度，得出了合理的模具結構參數；岳博文等[10]通過對不同分流孔深度的模具進行模擬，分析了平面分流組合模分流孔深度對鋁型材擠出成型的影響，得出了最佳的分流孔深度值。針對某汽車配件的分流組合模分流橋早期失效狀況，對擠出過程進行熱力耦合數值模擬，通過對模具工作帶長度等參數進行改進，為延長模具使用壽命提供了一定的理論依據。1 分流組合模1.1 分流組合模具的工作原理和幾何模型分流組合模具的工作原理如圖1所示。在擠壓桿的擠壓力下，坯料沿圖1中箭頭所示的方向移動。第一階段，坯料被分流橋分為4股金屬流，然后沿分流孔進入焊接室；第二階段，金屬在焊接室內緩慢流動，相互接觸，然后進行焊接；第三階段，金屬焊接后在出口工作帶上形成。 分流組合模工作原理工作帶是在模孔中確定擠出型材的形狀、尺寸和表面質量的區域，初始值為4 mm，焊接室的深度是從分流橋底部到模孔入口的垂直距離，取12 mm。圖2為淬火鋸切后的汽車配件型材，圖3為模具分流橋根部開裂，造成模具報廢。圖2 汽車零部件型材截面圖3 模具分流橋根部開裂1.2 模擬條件設置以實際生產工藝參數為基礎，坯料初始溫度設置為510 ℃，直徑為φ178 mm；模具、擠壓筒和擠壓桿假設為剛性，初始溫度分別設為480、440、20 ℃；擠壓速度為3 mm/s；坯料與模具擠壓筒之間的摩擦因數為0.四、每步長1 mm，總模擬步數為600；通過計算坯料橫截面積和型材橫截面積，得出擠壓比約為400.1.分流組合模在模具口附近坯料變形較大，容易造成網格畸變，需要局部劃分網格[10]。采用相對法劃分網格，網格基礎為4萬 ，最小邊緣尺寸為3.12 mm，進入上模的坯料啟動局部網格劃分，劃分比為0.1；在進入下模的坯料同時也啟動局部網格劃分，劃分比例為0.05；上模采用相對法劃分網格，網格基數為40 00，最小邊緣尺寸為1.99 mm，局部網格在分流橋部分劃分，劃分比例為0.1.下模也采用相對法劃分網格，網格基數為40 00，最小邊緣尺寸為2.13 mm，局部網格分為焊合室和工作帶，分為0.1。擠壓桿和擠壓缸分為少量網格。坯料和模具材料的性能如表1所示[9]。表1 坯料和模具材料的性能
2 模擬結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的情況下，分析流動金屬在不同工作帶長度下對模具的應力影響和流動均勻性，降低模具分流橋的等效應力，延長模具的使用壽命。.1 工作帶長度對模具零件應力的影響圖4顯示焊合室深度為12 mm、工作帶長度不同的上模等效應力分布。從圖4可以看出，當工作帶長度為4、6、8 時，分流橋應力集中mm當時，模芯附近分流橋的等效應力分別為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力值。從圖5可以看出，在不同的質地下，6 mm工作帶長度等效應力比4、8 mm工作帶長度等效應力值小，梯度變化相對溫和，表明工作帶長度下上模分流橋應力分布更加均勻。當模具局部區域應力集中，在循環負荷的重復作用下，裂紋首先在這里產生。在連續使用過程中，裂紋擴展，最終導致模具部件斷裂。此外，工作帶過長會導致金屬流動不均勻。陽極氧化后，成型產品表面兩側和中間顏色不均勻，壁厚差；工作帶過短會降低產品尺寸穩定性，加深模具零件磨損，縮短模具使用壽命[11、12]。因此，在設計模具時，應合理設計工作帶的長度。 工作帶長度不同的上模等效應力（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力分布。從圖6可以看出，工作帶越長，下模的最大等效應力越大。當工作帶長度為4、6、8 時mm時，下模最大的等效應力依次增大。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量。圖6 工作帶長度不同的下模等效應力 （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量，因此必須調整工作帶的長度，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——工作帶出口節點數量流動分布因子；-規定平面節點i軸向流速，mm/s；——規定平面上所有節點的平均流速，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試生產改進的工藝參數設計模具。改進前，模具生產8×103 kg根據改進的參數設計的模具將報廢到11.6×103 kg，模具分流橋根部仍無明顯裂紋，成型產品質量符合要求。 通過模擬可以看出，當工作帶長度為6 時mm與工作帶長度4、8 相比mm分流橋根附近等效應力最小，應力分布均勻。當工作帶長度為6 時，使用點跟蹤功能觀察流速分布mm當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實際生產改進工藝參數設計的模具，鋁型材擠出量達到11.6×103 kg模具分流橋根部無明顯裂紋，超過改進前8×103 kg的產量。1. 劉恒三、祁燁思、左玲立等.新型H13基體鋼的熱穩定性[J].2020年41(7)材料熱處理學報:151-157.
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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. 安徽省合肥工業大學航空結構件成型制造及裝備重點實驗室；2. 合肥工業大學 智能制造技術研究所. 池州九華明坤鋁業有限公司《模具行業》雜志不接受任何代理提交。本雜志唯一的官方網站——模聚網，請訪問該網站提交
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