鋁型材擠壓模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)是獲得經(jīng)濟(jì)而合理的模具的重要手段，近年來，世界各國投入大量人力、物力和財(cái)力致力于擠壓模具優(yōu)化問題的研究；由于大型計(jì)算機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用，CAD/CAM技術(shù)的迅速發(fā)展，有限元分析理論和實(shí)用技術(shù)的不斷完善以及各種數(shù)值模擬和物理模擬方法進(jìn)一步實(shí)用化，為鋁型材擠壓模具優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與技術(shù)的發(fā)展開辟了道路；目前，許多大型的、復(fù)雜的、重要的擠壓工模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題已獲得了滿意的結(jié)果；擠壓模具優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論研究與實(shí)用技術(shù)獲得了重大的突破，取得了一大批成果，有的已規(guī)范化和系統(tǒng)化；

1. 目標(biāo)參數(shù)的確定

根據(jù)相關(guān)人員的研究，單位擠壓力能耗量、模具使用壽命及鋁型材組織性能等與擠壓模具的輪廓曲線形狀、半模角大小、模具的軸向長度等結(jié)構(gòu)因素有關(guān)，因?yàn)樗鼈冎苯佑绊懽冃谓饘俚牧鲃臃植己蛻?yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)，影響摩擦力的大小；生產(chǎn)實(shí)踐證明，大的摩擦阻力、嚴(yán)重的應(yīng)力及流動不均勻分布是導(dǎo)致單位擠壓力高、模具容易破裂、磨損及型材產(chǎn)生彎曲、扭擰、波浪、內(nèi)應(yīng)力、低力學(xué)性能的重要原因；因此，優(yōu)化擠壓模具就是優(yōu)化模具的輪廓曲線、半模角和模具的軸向長度，使模具具有最長的使用壽命，所需的力-能消耗最小，生產(chǎn)效率最高，鋁型材的組織和性能最好，成本最低而效益最高；可見，擠壓模具的優(yōu)化是個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題；寫出這些多目標(biāo)函數(shù)是困難的，甚至是不可能的，但可用一些參數(shù)來代替，稱這些參數(shù)為目標(biāo)參數(shù)；

研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，擠壓模具的失效與報(bào)廢大多是由于磨損、開裂、尺寸超差、塌腔等造成的，而這些現(xiàn)象都與擠壓力過大有關(guān)；因此，擠壓力可作為模具優(yōu)化的一個(gè)目標(biāo)參數(shù)，應(yīng)選擇使擠壓力最小的模具模腔輪廓曲線和半模角；

鋁型材組織和力學(xué)性能的好壞，可用其橫斷面上各點(diǎn)處的等效應(yīng)變率及其梯度來衡量，梯度越小意味著變形愈均勻，組織愈均勻，力學(xué)性能愈好；因此，等效應(yīng)變率及其梯度可作為模具優(yōu)化的另一個(gè)目標(biāo)參數(shù)，應(yīng)選擇使等效應(yīng)變率梯度值小的模腔輪廓曲線和半模角；

相關(guān)人員提出用顯微硬度表征鋁型材的力學(xué)性能；顯微硬度高，則力學(xué)性能好，他們還給出了顯微硬度與應(yīng)變率的關(guān)系式；因此，顯微硬度也可作為模具優(yōu)化的目標(biāo)參數(shù)，應(yīng)選擇使顯微硬度高的模腔輪廓曲線和半模角；

提高擠壓速度能提高生產(chǎn)率，但會升高擠壓力，影響模具壽命，還可能增大鋁型材組織不均勻性，因此應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臄D壓速度；擠壓速度也可作為模具優(yōu)化的一個(gè)目標(biāo)參數(shù)；

綜上所述，在一般情況下，可確定擠壓力，等效應(yīng)變率及其梯度，顯微硬度，擠壓速度作為擠壓模具優(yōu)化設(shè)計(jì)的四個(gè)目標(biāo)參數(shù)；

2. 約束條件的確定

對于鋁型材擠壓來說，模具優(yōu)化設(shè)計(jì)采用以下兩個(gè)約束條件：

（1）受工模具系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度、失穩(wěn)條件的約束；擠壓筒、擠壓軸、穿孔針等工具的強(qiáng)度、剛度和失穩(wěn)條件在擠壓機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)已得到確認(rèn)；模具的強(qiáng)度、剛度與失穩(wěn)條件除了在設(shè)計(jì)擠壓機(jī)時(shí)應(yīng)加以考慮外，還與擠壓工藝條件、型材形狀與規(guī)格、型材和模具的材質(zhì)等有關(guān)；

（2）受鋁型材表面狀態(tài)的約束；在設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)保證金屬流動時(shí)有一定的死區(qū)存在，以防止變形金屬中的雜質(zhì)、油污、臟污流入型材中；

為了實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)化目標(biāo)，可預(yù)設(shè)計(jì)多種模腔輪廓曲線和半模角，然后用最有效的方法計(jì)算工件有各種模腔和半模角的模具中擠壓的應(yīng)力-應(yīng)變場、溫度-速度場以及其它有關(guān)參數(shù)；根據(jù)試驗(yàn)研究和分析計(jì)算結(jié)果擇優(yōu)選擇模腔輪廓曲線和半模角，在此基礎(chǔ)上再采用CAD/CAM技術(shù)最后完成模具的設(shè)計(jì)；