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HyperXtrude 实现数字化模具设计制造 图 1 空心分流模具图与型材形状 1.挤压模具的材料流淌有限元模型 为了分析与研究材料沿挤压模具的流淌性能，首先将材料流经的模具与挤压筒的内表面几何抽取出来，然后分别创建如图 2 所示的有限元模型。要紧包含四个部分：棒料、分流孔与焊合腔、工作带与型材。根据材料在挤压过程中变形程度及其对流淌结果的影响，各部分网格单元的大小与密度要求不一致，比如在模具出口邻近，材料变形最剧烈，因此该区域的单元较密，而关于棒料中的单元尺寸应尽量大。这种网格单元的分配，一方面确保计算精度，另一方面能够尽量减少整个模型的大小，提高计算效率。
图 2 流经模具内的材料有限元网格模型 2.边界条件的创建 图 3 所示为挤压工艺示意图，包含工具中的不一致部分与材料。根据材料在挤压过程中流经工具的不一致区域及其相互接触情况，分别创建各自的边界条件及其参数。要紧包含：
图 3 挤压模具与材料的边界条件定义 （1）挤压块与棒料之间的接口；
（2）挤压筒与棒料之间的接口；
（3）模具与棒料之间的接口；
（4）工作带表面的边界条件；
（5）型材表面的边界条件；
（6）型材出口边界条件；
（7）挤压筒与模具外部。
3.材料的选择与创建 HyperXtrude 软件支持多种材料与材料的结构关系模型，内置的材料库中包含有 5 大类与 70 余种材料数据。分析人员能够根据需要选择相应的材料，并分配给相应的模型。同时软件包含一个易用的材料编辑器，能够根据需要对材料性能数据进行修改或者创建新的材料，并将其储存在材料库中，易于以后使用。图 4 所示为 AA6061 材料性能参数。
图 4 材料性能参数 4.挤压工艺参数的输入与求解操纵 根据实际挤压工艺条件来定义挤压工艺参数，要紧包含：棒料预热温度、模具的初始温度、挤压筒的初始温度，挤压筒的内径、棒料的长度与挤压块速度等。求解操纵要紧包含：分析类型、挤压类型、计算类型、收敛误差、迭代次数、时间步长及作业提交类型等。根据该例需要，要紧对模具设计进行验证，分析材料流淌并预测型材变形。如图 5 所示选择相应的参数与求解操纵。
图 5 挤压工艺参数与求解操纵的选择 结果分析与评价 图 6 为压力场与温度场分布图，图 7 示意潜在的焊合问题将会导致型材上局部温度分布不均，并引起型材的局部变薄。
图 6 压力场与温度场分布 图 7 潜在的焊合问题引起局部温度分布不均匀及型材变薄 图 8 所示速度场分布，左图为型材的速度分布，能够看出材料流速很不均匀，导致材料流淌的不平衡，并引起型材的变形。右图为分流孔内的材料沿挤压方向的流速分布，材料在分流孔内速度不均将会影响型材的变形。
图 8 速度不均匀导致材料流淌不平衡与变形 根据上述计算结果与分析评价，并与实际挤压结果相比较，HyperXtrude 能够准确地预测挤压模具初始设计方案的潜在缺陷，从而进一步提出改进方案，成功地验证与解决了实际挤压生产中的问题。
结束语 通过使用 HyperXtrude 挤压成形模拟软件，成功地预测了挤压模具设计的潜在不足，真正能够帮助模具设计人员解决了现存的实际难题。实践证明，HyperXtrude 软件将给铝挤压制造商带来极大的收益：通过稳健的、可靠的与快速的挤压成形数值模拟，最大限度地减少模具设计时间与降低设计成本；对新设计的模具进行验证与确认；计算与优化工作带及其长度；减少因反复的试模引起的昂贵生产成本。