计算机辅助工程优化中在铝型材挤压模具设计中的应用

计算机辅助工程优化中在铝型材挤压模具设计中的应用摘要：利用ANSYS软件及其参数化建模方法对有限元分析和铝合金型材挤压的优化设计的模具进行了调查。得到该模具的最佳尺寸。据发现，该应力分布是很不均匀的，而应力集中是在铝型材挤出模具中很严重。模具的最佳高度为70毫米527，以及分割的最佳半径孔70.182毫米和80663 毫米。提高模具的高度在61282的范围内毫米至70422可以延长它的寿命，但是，当高度超过70422毫米，它的寿命降低。 关键词：挤压模具计算机辅助工程;优化设计ANSYS文献标识码：A 1引言随着铝合金在现代装修。工业，建筑等中的广泛应用，struc-铝型材正确的设计变得越来越复杂和有更多的方法。计算机辅助（CAE）技术，作为一种工具缩短开发周期的精良的工具，已被越来越多的广泛的介绍到设计和制造中。为了提高产品的竞争化能力，有必要改善能力和质量，并降低成本。因此，最合理，最经济的设计方法必须被发现。分析师可以I通过反复试验和证明设计参数找到理想的设计，通过使用ANSYS应用和CAE技术可以自由的优化繁重的模块工作。 ANSYS是CAE的一种软件，可以分析结构，散热，电磁学，液。它具有强大的处理能力，如作为其预处理和后处理，特别是其脑力网格生成。还具有参数化设计语言（AP-DL），其中有参数，数学函数，马可，判断分支和循环。它是一个异交易程序流控制语言。 2ANSYS优化设计流程 在ANSYS，最佳方法需要下列步骤（参照图1）。2.1参数化建模 ANSYS通过使用在参数化建模，优化数据（设计变量（DV）被定义为模型参数，它提供了修改的可能性模型。图1流程图的数值优化2.2求解结构参数化模型装载和解决。2.3后处理状态变量（限制条件）和目标函数通过的最佳事务处理器来评价。2.4评估的最佳参数 在此迭代的最佳参数与那些在过去时间相比，如果它们是最少的，或最佳的迭代完成且存在的迭代循环，否则，它继续下一步。设计变量是根据修正的完成最佳和当前最优变量的状态。3实例的优化3设计挤出模具 乘坐飞机模具中挤出的铝合金（6063 A1-Mg-Si系），为例子。 Al的liquido是657，和A l-F Mg2Si相的熔化温度为556E63。服用挤出压力和产品帐户品质，工作温度被确定为450 。3.1绘制模具初始轮廓 ANSYS只能优化在最佳模块中定义的参数。 ANSYS可以使用由其他的3D绘图实体模型绘图软件（如UG，ProE的，自动 - CAD等），但这些模型只能是用于验证的合理性和不能用于优化设计。在本文中，通过的APDL E73参数化模型AN-SYS实现（参照图2）。（a） - 整个实体模型; （b） - 1/4实体模型师图。模具2固体模型 热挤压的模具示意图示于图 3。 在本文中模具的桥梁垮塌常发生和桥的最大由模具的高度和所确定的分布划分孔里。高度（H）和半径（R 1和R z）分割孔ESL被用作设计变量和最大相当于按（AM=）作为目标函数化。初始值为何力拓中，R 20是80.000，75.000，88000 mm或。图3模的热挤压示意图根据几何对称，一个四分之一实体模型划分过程用于有限元分析 。3.2有限元的形成模型3.2.1材料属性的定义 模具的材料是4Cr5MoSiV1（H13）。其杨氏模量和泊松比用以界定。有些额外的参数，如导电性和热膨胀系数，需要热分析。3.2.2生成元素 关于所使用的材料形成模子，合适的元素类型需要的，能反映材料的本质。在帐户的复杂性结构，如果只有平面模型是建3，它是不可能分析整个应力分布。因此，三维实体单元类型被选择为模拟。 他们其中一个所谓固体9211（图4）元素用来贯彻自由网格。图4 SOLID92实体单元图5 SURF154表面效应元为了加载的摩擦力而挤压，表面效应元件SURF154（参照图5）被用来产生力。总共有10059节点和6697元素（表面元件是279）（参照图6）中产生。 图6模具元啮合图7模具装备3.3载荷和约束条件 挤出平面工作带除以孔下的压力状态。通过测量包换，实际压力21兆帕的1600吨挤出机（图7）。分割孔持续的摩擦力，除了挤出压力。摩擦系数为0.25 CZL。模具的下侧维持从限制和1/4-部分被施加到对称限制。3.4结果分析3.4.1销毁原因 最大等效应力点图。 8.10最大等效应力值列于表1从T提取1，可以看出，节点的最大等效应力是18627兆帕，这是比第二个（128更高31.2。01兆帕）。很明显，该应力集中是很严重的。事实上崩溃桥常常发生在这点上，所以它可以断定，它是应力转换器图8最大当量应力导致疲劳破坏模具表1的节点压力值/兆帕3.4.2优化结果分析模具优化迭代的过程系统蒸发散示于表2.从表2中，它已知的是，设计的初始值变量的值：R1=75。000内存，RZ=88.000毫米，H =80。 000内存，最大等效应力AMAX=186。27兆帕。通过19次迭代，一个结论，即第十是最佳的结果达到时，在同时，该设计变量的值是如下：R 1= 70。182毫米，R 2 =80。663毫米，H= 70。422毫米，并Oma X =13591兆帕，这减少了27。表2模具的优化迭代4.结论1）用ANSYS获得应力的分布图的最佳模，所述参数如高度被优化为R1= 70。182 RAM，R2=80.663 RAM，分别为H =70422毫米。该应力集中被大大降低27N。的应力分布均匀。模具的寿命延长。 2）增加模具的高度某种程度上可以增强承载能力。但是，当高度超过70422 毫米，这种能力反而下降。这是一致的实践经验。 3）在福建第十届企业和模具最佳参数设计。铝的输出轮廓与模具和在日本制造的模具达到相同的水平作为。该增强输出的不仅节省了原材料和劳动力，同时也降低了时间，这是用在改变模具中。生产力得到了极大的改进。参考文献：1尹健华。结构调整的方向，为国内大型铝加工企业铝合金材料的进口情况在最近条款多年的研究J。2李艺。预测国内铝材消费和优化国内铝意见材料产业的结构J。 3 Karacs G. 模具设计计算机辅助方法-4穆勒，冈瑟。与有限的优化设计元软件ANSYS5陈进毅，蔡国忠。辅助计算机工程分析：ANSYS用户“指南6张保昌。有色金属和其热治疗（在中国）M。山西：西北工业大学出版社，1993年。7贾贤一，胡娇喜。热挤压工艺和模具设计（在中国）M。北京：机械工业出版社，1986。-8王国强。实际工程数字仿真技术及其在ANSYS的做法（在智NESE）M。山西; Westnorth科技大学出版社，1999年。9 Mamalis AG，ManolakosE.有限元轴对称进行的模拟中精密锻造在升高的温度J。 材料处理科技，1996，57：103-111。10 Welo