CN205519048U - 一种基于数值模拟优化的微通道扁管挤压用模芯结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于数值模拟优化的微通道扁管挤压用模芯结构，包括模芯的基体和安装在基体前端的头部；所述头部上设置有一排平行排列的等间距的模芯芯针；且相邻的芯针之间沿挤压方向开设有长圆形的引流槽；且所述的引流槽上还设置有引流缓冲槽。本实用新型的引流槽设置成长圆形的，且在引流槽的入口处开设了缓冲槽，使铝料流动更加平顺，减小与模芯之间的剪切作用，模芯根部应力集中得到明显改善，增加了模具的使用寿命，降低了微通道扁管的生产成本。同时，缓冲的设计也增加了铝料供给量，减小了流动死区大小，一定程度上提高了扁管的焊合强度。

Description

一种基于数值模拟优化的微通道扁管挤压用模芯结构

技术领域

本实用新型涉及一种挤压模具，具体涉及一种基于数值模拟优化的微通道扁管挤压用模芯结构，属于铝型材挤压模具技术领域。

背景技术

目前，微通道扁管广泛应用在汽车空调换热器中，它具有质量轻、制冷剂充注量少、换热效率高等优点。随着汽车工业的飞速发展和汽车保有量的日益增加，此类扁管的需求量大大增加。同时，在汽车轻量化和节能减排等政策的推动下，微通道扁管逐渐向孔径微型化发展，尺寸和形状精度要求更高，为模具设计和管材成形工艺带来了严峻挑战。

微通道扁管截面形状复杂，具有一系列平行的筋和微小通道构成。工业上，它通常采用分流模具挤压成形制得，坯料经分流桥分成两股进入分流孔中，随后汇聚于分流桥底部的焊合室内，填充模芯芯针之间的间隙，最后挤出工作带成形。模芯芯针为悬臂结构，一方面，在高温高压下，芯针易发生变形偏斜，致使扁管筋厚尺寸超差；另一方面，模芯引流槽入口流动转向大，剪切作用强，芯针根部应力集中严重，甚至出现断裂，严重影响了模具的使用寿命，造成生产成本的增加。且随着扁管孔径的微型化，相应的模芯芯针更加细小，以上现象更易发生。因此，合理的模具设计，特别是关键部件模芯结构的设计，是微通道扁管挤压成形的关键。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种基于数值模拟优化的微通道扁管挤压用模芯结构；解决微通道扁管生产过程中，扁管筋部尺寸易超差，模芯芯针易断裂，模具寿命短，生产成本高的问题。

技术方案：本实用新型解决问题所采用的技术方案如下：

一种基于数值模拟优化的微通道扁管挤压用模芯结构，包括模芯的基体和安装在基体前端的头部；所述头部上设置有一排平行排列的等间距的模芯芯针；且相邻的芯针之间沿挤压方向开设有长圆形的引流槽；且所述的引流槽上还设置有引流缓冲槽。

本实用新型模具设计过程采用有限元的模拟技术，分别采用了现有技术的模芯和两种改进模芯结构的挤压模具的挤压过程进行有限元模拟分析，对比分析三种模芯结构下的模芯等效应力和焊合面铝料的静水压力，进一步验证优化模芯结构的性能和优势。

作为优选，所述基体为阶梯式的基体，可拆卸的插入装配于挤压模具分流桥的模芯槽中；基体设置成阶梯式的结构有利于基体的安装和拆卸更换。

作为优选，所述引流缓冲槽设置在引流槽的入口处。

有益效果：本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型的引流槽设置成长圆形的，且在引流槽的入口处开设了缓冲槽，使铝料流动更加平顺，减小与模芯之间的剪切作用，模芯根部应力集中得到明显改善，增加了模具的使用寿命，降低了微通道扁管的生产成本。同时，缓冲的设计也增加了铝料供给量，减小了流动死区大小，一定程度上提高了扁管的焊合强度；

(2)本实用新型的制作加工分析采用有限元模拟技术代替传统模具设计过程中的反复试模工作，大大改善了模具开发周期长、成本高的问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型安装在挤压模具中的装配图；

图3为有限元模拟技术中带有长圆形的引流槽的模芯结构示意图；

图4为有限元模拟技术中带有菱形的引流槽的模芯示意图；

图5为三种模芯结构在模芯等效应力和焊合面铝料静水压力两个方面的对比图；

其中，1-基体，2-头部，3-芯针，4-引流槽，5-引流缓冲槽，6-分流槽，7-模芯槽，8-上模，9-下模，10-分流孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

如图1和图2所示，一种基于数值模拟优化的微通道扁管挤压用模芯结构，包括阶梯式的模芯基体1和安装在前端的头部2；所述头部2上设置有一排平行排列的等间距的模芯芯针3；且相邻的芯针3之间沿挤压方向开设有长圆形的引流槽4；且所述的引流槽4的入口处还设置有引流缓冲槽5。

引流缓冲槽有效缓和了铝料在引流槽4处流动转向大的问题，减小了铝料与模芯之间的剪切作用，显著改善了模芯受力，延长了模芯的使用寿命，同时铝料供给量增加，缓冲引流槽4内铝料流动死区变小，扁管焊合质量提高。

如图3所示的模芯结构，同样开设有长圆形的引流槽，但是在引流槽的入口处并没有设置引流缓冲槽，这种模芯结构，在实际挤压生产过程汇总，中央两芯针之间的引流槽入口处会提前出线裂纹，相应的扁管中央筋厚也超差，使得模具的使用寿命大大降低，提高了扁管的生产成本。

如图4，所示，模芯的引流槽上开设了引流缓冲槽，但是引流槽设置为菱形的结构。

通过有限元软件Qform-Extrusion，设置和实际挤压生产相同的工艺参数，对分别采用三种结构模芯的挤压模具的挤压过程有限元模拟分析；在模芯芯针间的引流槽根部位置出现了应力集中，最大等效应力发生在中心两芯针间的根部。

图3中模芯结构的最大等效应力为876MPa，经优化后，本发明的模芯最大等效应力减小到751MPa。而图4中的模芯结构虽开设了引流缓冲槽，但引流槽入口过于尖锐，恶化了模芯受力，其最大等效应力达到963MPa，这会致使模具更早的报废。

分流模挤压时，焊合区静水压力在一定程度上反映了挤压管材的焊合质量，焊合面上静水压力越大，管材焊合质量越好。

参见图5，为三种模芯结构在模芯等效应力和焊合面铝料静水压力两个方面的对比图。可以看出，本实用新型的优化模芯3在模芯受力和焊合强度方面均表现出良好的性能，模芯最大等效应在三种结构中最小，焊合面铝料平均静水压力相比图3中的模芯结构有所提高，达到108.8MPa。

一方面，引流缓冲槽的设计有效缓和了铝料对模芯芯针的冲击作用，减小了二者之间的剪切作用，模芯受力得到明显改善，延长了模具的使用寿命；另一方面，缓冲槽的开设增大了扁管筋部的铝料供给量，减小了流动死区大小，使得焊合面静水压力得到一定程度的提高。

图4中的模芯结构虽亦开设了引流缓冲槽，且“菱形”引流槽入口结构可进一步减小流动死区大小，焊合面静水压力进一步增加，但因其过于尖锐，反而恶化了模芯受力。

Claims (3)

1.一种基于数值模拟优化的微通道扁管挤压用模芯结构，包括模芯的基体(1)和安装在基体(1)前端的头部(2)；其特征在于：所述头部(2)上设置有一排平行排列的等间距的模芯芯针(3)；且相邻的芯针(3)之间沿挤压方向开设有长圆形的引流槽(4)；且所述的引流槽(4)上还设置有引流缓冲槽(5)。

2.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟优化的微通道扁管挤压用模芯结构，其特征在于：所述基体(1)为阶梯式的基体，可拆卸的插入装配于挤压模具分流桥(6)的模芯槽(7)中。

3.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟优化的微通道扁管挤压用模芯结构，其特征在于：所述引流缓冲槽(5)设置在引流槽(4)的入口处。