畢業(yè)設計——黃銅棒多?？讛D壓過程模擬(可編輯)

1、畢業(yè)設計黃銅棒多?？讛D壓過程模擬（可編輯）（文檔可以直接使用，也可根據(jù)實際需要修改使用 ，可編輯推薦下載）目錄摘 要 VABSTRACT VI第一章 概述 11.1 擠壓 11.2 DEFORM-3D 11.3 黃銅棒應用及發(fā)展 2第二章 擠壓工藝參數(shù)設計 4.2.1 擠壓方案 42.2 擠壓參數(shù) 4第三章 變形工模具設計 6.3.1 模子的結構及尺寸設計 63.2 擠壓墊的設計 73.3 擠壓筒的設計 83.4 擠壓桿的設計 93.5 ?？追植?9第四章 DEFORM-3D 數(shù)值模擬 1.0.4.1 DEFORM 軟件操作流程概述 104.2 前處理 104.3 后處理 13第五章 結果分析

2、 1.5.5.1 金屬流動的分析 155.2 應力的分析 155.3 應變的分析 165.4 擠壓力的分析 175.5 破壞傾向的分析 17第六章 設計小結 1.8.參考文獻 1.9.致 謝 2.0.插圖清單圖 3-1 模子結構尺寸圖 6圖 3-2 擠壓桿尺寸示意圖 9圖 3-3 模孔分布示意圖 9圖 4-1 對象關系圖 12圖 4-2 數(shù)據(jù)生成圖 13圖 5-1 應力與擠壓速度關系圖 15圖 5-2 應變與擠壓速度關系圖 16圖 5-3 載荷分布與擠壓速度關系圖 16圖 5-4 破壞傾向與擠壓速度關系圖 17表格清單表 2-1 擠壓方案參數(shù)表 5表 3-1 模具參數(shù)表表 7表 4-1 擠壓參

3、數(shù)表 14黃銅棒多?？讛D壓過程模擬 - 擠壓速度摘要本篇論文主要先從我國目前多孔模擠壓的發(fā)展狀況以及對以后發(fā)展的展望入手，隨著 我國黃銅棒市場的迅速發(fā)展，與之相關的核心生產技術的應用與研發(fā)必將成為業(yè)內企業(yè)關 注的焦點，了解國內外黃銅棒生產核心技術的研發(fā)動向、工藝設備、技術應用及趨勢對于 企業(yè)提升產品技術規(guī)格，提高市場競爭十分關鍵；其次，根據(jù)目前生產狀況及生產經驗數(shù) 據(jù)，結合本次設計的內容及要求，制訂了相應的擠壓模擬方案；再次，根據(jù)擠壓模具設計 規(guī)律及經驗數(shù)據(jù)，設計了相應的擠壓模具，并且利用三維造型軟件UGS行造型；最后，利用DEF0RM-3D軟件按照擠壓方案進行擠壓模擬，并作相應的后處理，提取

4、相關數(shù)據(jù)進行 結果分析。此次設計主要運用DEF0RM-3D模擬黃銅(DIN_CuZn40Pb2)棒多模孔擠壓過程，分 析擠壓過程中擠壓速度對擠壓過程中金屬流動、應力、應變、擠壓力、破壞傾向等方面的 影響及其機理。找出擠壓速度對擠壓參數(shù)、金屬組織性能等方面的影響規(guī)律。為生產提供 一定的經驗參考數(shù)據(jù)， 并且為企業(yè)開發(fā)研究更多的多孔模產品開辟新途徑， 提高生產效率， 節(jié)約研發(fā)成本以及降低實際模擬所造成的污染等問題。本次設計中，最核心的是怎樣對結果進行分析，如何有效的利用模擬所得的數(shù)據(jù)進行 縱向和橫向間的比較分析，得出對生產實踐有較大的指導作用的經驗參考數(shù)據(jù)。擠壓速度 對擠壓過程中金屬流動、應力、應變

5、、擠壓力、破壞傾向等方面的影響及其機理。找出擠 壓速度對擠壓參數(shù)、金屬組織性能等方面的影響規(guī)律。從而得出結論及影響規(guī)律。其中， 有較大難度的為擠壓模擬過程， 應用 DEF0RM-3D 軟件模擬過程中，前處理中相關參數(shù)的 設置直接關系到模擬的過程是否順利，模擬的結果是否理想，模擬的數(shù)據(jù)是否符合自己所 需要。后處理中，如何處理才可符合結果分析的需要。關鍵詞： 黃銅棒；多?？讛D壓； DEF0RM 模擬；擠壓速度Brass rod multimode extrusion process simulation-extrusion speedAbstractThis thesis are mainly f

6、rom the country's porous die extrusion of development status, as well as on the prospects for future development, along with the brass rod market of rapid development, and related application core production technology will become a focus of concern for enterprises, learn about domestic and inte

7、rnational brass rod production core technology development trends, technological equipment, technology and trends for enterprises to upgrade the product specification, increase market competition is key; Secondly, according to the current production and production experience data, combined with the

8、design of the content and requirements, formulate the appropriate extrusion simulation programe; again, according to the law and extrusion die design experience data, design the appropriate Extrusion die, and the use of three-dimensional modeling software UG modeling; Finally, the use of DEFORM-3D s

9、oftware follow the squeezescenario extrusion simulation, and accordingly post-processing, extract the relevant data for analysis.This design used primarily (DIN_CuZn40Pb2) DEFORM-3D simulation brass rod multimode extrusion process, analysis of extrusion speed on extrusion metal flow, stress, strain,

10、 extrusion, undermining the tendency in the areas of influence. Find out the extrusion speed on extrusion parameter, metal aspects such as organizational performance impact. Providing some experience reference data, and research and developmentfor the enterprise more porous foam products provide new

11、 ways to improve productivity, savings and development costs, and reduced physical simulation results, and so on.This design, the core is how to analyze the results, and how to effectively use simulation to data obtained from the vertical and horizontal comparative analysis , on the production of la

12、rger guidance experience reference data. Extrusion speed on extrusion metal flow stress, strain, extrusion, undermining the tendency in the areas of influence. Find out the extrusion speed on extrusion parameter, metal aspects such as organizational performance impact. Conclusion and influence. Wher

13、e there are large difficult to squeeze the simulation process, the application of the DEFORM-3D software simulation process, pretreatment of the correlated parameters of the direct relationship between the set, the process is simulated, simulation results are satisfactory, simulation data meets thei

14、r needs. Post-processing,how to deal with in order to be consistent with the results of the analysis.Key words : Brass rods; many die extrusion; DEFORM simulation; extrusion speed第一章 概述1.1 擠壓所謂擠壓，就是對放在容器（擠壓筒）中的錠坯一端施加以壓力，強迫其從特定?？?中流出，使之通過模孔成形的一種壓力加工方法。擠壓方法有許多，并且可以根據(jù)不同的特征進行分類。按制品流出方向分類，擠壓可 分為正擠壓和反擠壓。其

15、中正擠壓是金屬流動方向與擠壓桿的運動方向相同，其主要特征 是錠坯與擠壓筒內壁間有相對滑動，即二者之間存在很大外摩擦；反擠壓金屬流動方向與 擠壓桿的運動方向相反，與擠壓筒內壁間無相對滑動，即無外摩擦。正擠壓與反擠壓的不 同特點對擠壓過程、產品質量和生產效率等有著極大的影響。按溫度分類 , 擠壓可分為熱 擠壓、冷擠壓和溫擠壓。一般認為，熱擠壓時坯料加熱到再結晶溫度以上；冷擠壓溫度在 回復溫度以下， 通常在室溫下進行； 回復溫度以上和再結晶溫度以下為溫擠壓的溫度范圍。 熱擠壓和冷擠壓是擠壓加工的兩大分支。溫擠壓發(fā)展比較晚，應用范圍也小。擠壓作為生產管、棒、型材以及線坯的生產方法，具有比軋制更為強烈的

16、三向壓應力 狀態(tài)圖，金屬可以發(fā)揮其最大的塑性； 擠壓法不只是可以在一臺設備上生產形狀簡單的管、 棒和型材， 而且可以生產斷面極其復雜的， 以及變斷面的管材和型材； 具有極大的靈活性； 產品尺寸精確，表面質量高；實現(xiàn)生產過程自動化和封閉化比較容易。但是，金屬的固定 廢料損失較大；加工速度低，工具消耗大；沿長度和斷面上制品的組織和性能不夠均一。 本次設計主要是利用正擠壓用來擠壓黃銅棒。早在 1797 年就出現(xiàn)了類似于擠壓的鉛管制造方法的專利。 1894 年德國人迪克 （GADick）首先得到了臥式擠壓機的專利，用以擠壓黃銅等有色金屬。19051915年期間已經出現(xiàn)了 2000 噸級的大型擠壓機，同

17、時開始采用耐熱鋼制作模具。目前，擠壓主要用 于加工鋁、銅及其合金，在鋼及稀有金屬加工中也得到了應用。 20世紀 50年代，法國于 日內-塞儒爾內（Ugine Sejournet）將玻璃潤滑法用于熱擠壓的成功和推廣，使鋼及稀有金 屬的擠壓得到了迅速發(fā)展。 70年代，由于設備及技術的發(fā)展和完善，反擠壓取得了較大的 發(fā)展。通常擠壓產品沿長度方向具有相同的形狀及截面尺寸，采用更換模子的方法或特殊 模子結構，可以加工沿長度方向形狀和截面尺寸不同的階段, 即可以加工變斷面型材和逐漸變斷面型材。熱擠壓主要采用液壓機，有立式和臥式兩種。大型擠壓機大多為臥式。目 前，世界最大的擠壓機達 20000噸。 60年代

18、中國已制造了 12500噸大型臥式擠壓機。大型 擠壓機主要用于加工飛機用的大型鋁合金異型材。1.2 DEFORM-3DDEFORM-3D是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)（FEM）,專門設計用于分析各 種金屬成行過程中的三維（3D）流動，提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)，及有關成行過程中 的材料和溫度流動。典型的 DEFORM-3D 應用包括鍛造、擠壓、鐓頭、軋制、自由鍛、彎 曲和其它成形加工手段。DEFORM-3D 是模擬 3D 材料流動的理想工具，它不僅魯棒性好，而且易于使用。 DEFORM-3D 強大的模擬引擎能夠分析金屬成行過程中多個關聯(lián)對象耦合作用的大變形和 熱特性。系統(tǒng)中集成了在任何必要

19、時能夠自行觸發(fā)自動網格重劃分生成器，生成優(yōu)化的網 格系統(tǒng)。在要求精度較高的區(qū)域，可以劃分較細密的網格，從而降低運算規(guī)模，并顯著提高計算效率DEFORM-3D 圖形界面既強大又靈活，為用戶準備輸入數(shù)據(jù)和觀察結果數(shù)據(jù)提供了有 效工具，還提供了 3D幾何操作修正工具，這對于3D過程模擬極為重要。DEF0RM-3D集 成了原材料、成形、熱處理和機械加工的軟件，是一個集成環(huán)境內綜合建模、成形、熱傳 導和成形設備特性進行模擬仿真分析。適用于熱、冷、溫成形，提供極有價值的工藝分析 數(shù)據(jù)。如：材料流動、模具填充、鍛造負荷、模具應力、晶粒流動、金屬結構和缺陷產生 發(fā)展情況等。其處理的對象為復雜的三維零件、模具等

20、。不需要人工干預，全自動網格再 劃分。前處理自動生成邊界條件，確保數(shù)據(jù)準備快速可靠。單步模具應力分析方便快捷， 適用于多個變形體、組合模具、帶有預應力環(huán)時的成形過程分析。材料模型有彈性、鋼塑 性、熱彈塑性、熱剛粘塑性、粉末材料、剛性材料及自定義類型。實體之間或實體內部的 熱交換分析既可以單獨求解，也可以耦合在成形模擬中進行分析。具有 2D 切片功能，可 以顯示工件或模具剖面結果。程序具有多聯(lián)變形體處理能力，能夠分析多個塑性工件和組 合應力等。本次設計即利用DEF0RM-3D軟件進行擠壓模擬，對黃銅(DIN_CuZn40Pb2)棒多模 孔擠壓過程模擬， 分析擠壓過程中擠壓速度對擠壓過程中金屬流動

21、、 應力、 應變、 擠壓力、 破壞傾向等方面的影響及其機理。找出擠壓速度對擠壓參數(shù)、金屬組織性能等方面的影響 規(guī)律。1.3 黃銅棒應用及發(fā)展 用金屬塑性成形方法，將銅錠坯加工成板材、帶材、箔材、管材、棒材、型材和線材。 最主要的金屬塑性加工方法是軋制、擠壓和拉伸，也可采用鍛造、深沖、旋壓及其他加工 工藝。銅和銅合金加工材料的一般規(guī)格：板材為(0.425) X (6003000)毫米；帶材寬600 1000毫米；箔材厚0.0050.05毫米；管材直徑可達360毫米；毛細管直徑小到0.5毫米； 棒材直徑5160毫米；線材直徑小到0.01毫米。產品供應狀態(tài)可分為軟(M )、硬(Y)和 特硬(T)三種

22、。銅加工材料的消費量僅次于鋼材和鋁材，主要用作導電、導熱、耐蝕、耐磨 和高級彈性材料。銅合金品種多，塑性加工性能相差較大。紫銅和大部分黃銅、青銅和白銅均有較好的 熱加工性能，變形溫度為 5001050C。含鉛的a黃銅和含鉛的青銅等，由于低熔點的鉛 不溶解于固態(tài)銅中 , 僅在晶界上分布 , 熱加工時易引起熱裂，宜于冷加工。除含鈹、鉻、鋯 等青銅合金除外， 變形銅合金均屬加工硬化型合金。 塑性最好的紫銅、 低鋅黃銅等， 熱態(tài)、 冷態(tài)變形率均可達 90以上。銅和銅合金的塑性加工， 除應保證制品穩(wěn)定一致的力學性能、 尺寸公差和表面質量外， 對要求具有深沖性能的銅材還要控制晶粒大小，如黃銅晶粒粗大，深沖

23、時就會使產品表面 出現(xiàn)“桔皮”。一般深沖工藝要求薄板晶粒尺寸為 0.030.07毫米。為控制制品的晶粒度， 冷加工時，應控制變形量和中間退火工藝制度；熱加工時，要控制加熱溫度和終軋溫度。 終軋溫度過高，卷取后晶粒將繼續(xù)長大。這些質量要求靠工藝及裝備來保證。棒材主要采用擠壓。難以熱變形的鉛黃銅、錫磷青銅等合金也能承受熱擠壓變形。擠 壓流出速度:紫銅、黃銅可達 5000毫米/秒，錫磷青銅僅為 30毫米/秒。最大擠壓比：紫 銅和黃銅為 500:1，青銅為 40:1, 白銅為 20:1。棒材和型材除采用擠壓供坯外，還用孔型軋制開坯，經拉伸出成品。也可采用擠壓和軋制直接獲得成品。擠壓工藝發(fā)展長錠大擠壓比

24、 水封無氧化擠壓。銅和銅合金線材，兩次退火間的總變形率在90左右。高鉛黃銅、錳黃銅、鋁青銅、鈹青銅等僅為5070%。紫銅線材主要用作導電材料，一般冷拉后需進行退 火，以改善導電性能。黃銅棒廣泛應用于機械、電子、電器、汽車、精密儀表、五金裝潢等行業(yè)。電力輸送 中需要大量消耗高導電性的銅，主要用于動力申、線電纜、匯流排、變壓器、開關、接插 元件和聯(lián)接器等。在電機制造中，廣泛使用高導電和高強度的銅合金。主要用銅部位是定 子、轉子和軸頭等。在大型電機中，繞組要用水或氫氣冷卻，稱為雙水內冷或氫氣冷卻電 機，這就需要大長度的中空導線。例如：金猴牌出口鉛黃銅拉制棒執(zhí)行高于日本 JIS 標準 的 Q/HUAQ

25、7-1997 上海市企業(yè)標準。具有化學成分均勻、力學性能穩(wěn)定、切削性能優(yōu)異、 表面光澤美觀等特點。特別是采用引進的 2800t 反向擠壓機開坯和聯(lián)合拉撥拉伸等先進工 藝，從而使銅棒金相組織致密、晶粒大小均勻、尺寸精度高、質量得到可靠保證。產品在 國內處于先進水平，暢銷海內外。技術工藝，是衡量一個企業(yè)是否具有先進性，是否具備市場競爭力，是否能不斷領先 于競爭者的重要指標依據(jù)。隨著我國異型黃銅棒市場的迅速發(fā)展，與之相關的核心生產技 術應用與研發(fā)必將成為業(yè)內企業(yè)關注的焦點。了解國內外異型黃銅棒生產核心技術的研發(fā) 動向、工藝設備、技術應用及趨勢對于企業(yè)提升產品技術規(guī)格， 提高市場競爭力十分關鍵。 中國

26、多孔模孔擠出模具產業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問題中，許多情況不容樂觀，如產業(yè)結構不合理、 產業(yè)集中于勞動力密集型產品；技術密集型產品明顯落后于發(fā)達工業(yè)國家；生產要素決定 性作用正在削弱；產業(yè)能源消耗大、產出率低、環(huán)境污染嚴重、對自然資源破壞力大；企 業(yè)總體規(guī)模偏小、技術創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。黃銅棒擠壓模擬為企業(yè)開發(fā)新產 品提供新渠道，降低實驗成本，減少產業(yè)能源消耗以及環(huán)境污染問題，有利于提高技術創(chuàng) 新能力，擴大生產規(guī)模。有利于在國內外迅速發(fā)展的階段，樹立強有力的市場競爭。模具是一種技術密集、資金密集型產品，在我國國民經濟中的地位也非常重要。模具 工業(yè)已被我國正式確定為基礎產業(yè)，并在“十五”中列為重點

27、扶持產業(yè)。由于新技術、新 材料、新工藝的不斷發(fā)展，促使模具技術不斷進步，對人才的知識、能力、素質的要求也 在不斷提高。因此對此次設計要綜合考慮多方面知識，合理利用三維造型軟件以及 DEFORM-3D 軟件，認真做好結果分析，為生產實踐提供相關的參考數(shù)據(jù)。中國多?？讛D 出模具產業(yè)發(fā)展已到了岔口，中國多?？讛D出模具產業(yè)生產企業(yè)急需選擇發(fā)展方向。中國 多?？讛D出模具產業(yè)發(fā)展研究報告闡述了世界多?？讛D出模具產業(yè)的發(fā)展歷程，分析了中 國多?？讛D出模具產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與差距， 開創(chuàng)性地提出了 “新型多?？讛D出模具產業(yè)” 及 替代品產業(yè)概念，在此基礎上，從四個維度即“以人為本”、“科技創(chuàng)新”、 “環(huán)境友好” 和

28、“面向未來”準確地界定了“新型多?？讛D出模具產業(yè)” 及替代產品的內涵。根據(jù)“新 型多?？讛D出模具產業(yè)” 及替代品的評價體系和量化指標體系，從全新的角度對中國多 ?？讛D出模具產業(yè)發(fā)展進行了推演和精準預測，在此基礎上，對中國的行政區(qū)劃和四大都 市圈的多?？讛D出模具產業(yè)發(fā)展進行了全面的研究。為此，多孔模擠壓技術正在進一步的 發(fā)展，日趨完善。第二章 擠壓工藝參數(shù)設計2.1 擠壓方案 本次設計主要考慮對擠壓速度這一變量進行不同設置，由于隨著擠壓條件的改變，最佳模角值將會發(fā)生變化。例如：在靜液擠壓時，模角波動在15° (小擠壓比)40°(大擠壓比) 之間。這是因為在靜液擠壓時， 工具接

29、觸表面與被擠壓金屬之間的摩擦應力較小。 顯然，為了減少模角對擠壓過程中擠壓速度對金屬流動、應力、應變、擠壓力、破壞傾向 等方面的影響，又錐模的最佳模角為 45°60°，在此范圍內擠壓力最小，因此采用模角分 別為 45°和 60°。有以上數(shù)據(jù)可以制定擠壓方案：( 1)模角為 45°時，對應五個速度分別利用 DEFORM-3D 擠壓模擬，并記錄相應的 擠壓結果數(shù)據(jù)；( 2)模角為 60°時，同樣對應五個速度分別利用 DEFORM-3D 軟件進行擠壓模擬， 并記錄相應的數(shù)據(jù)。2.2 擠壓參數(shù)有實驗所能提供的實際坯料尺寸為 ？158 x 10

30、0mm,又產品直徑？15mm。 擠壓筒內徑：擠壓筒內徑是根據(jù)擠壓合金的強度、擠壓比和擠壓機能確定的。筒的最 大直徑應保證作用在擠壓墊上的單位壓力不低于金屬的變形抗力。顯然，筒徑越大，作用 在墊上的單位壓力越小。由于本次設計對擠壓機能以及擠壓合金強度不作考慮，只需結合 產品規(guī)格、品種確定擠壓筒的內徑，由經驗數(shù)據(jù)，在此擠壓筒內徑可取?160mm10。擠壓溫度：由黃銅擠壓溫度范圍為 650C840C，其塑性變形能力最強，但是，由于 黃銅棒擠壓過程中，是高塑性變形，在其變形過程中一定有溫度的升高，考慮到其在最佳 的塑性情況下，此時取溫度為600E o工模具溫度：在此擠壓模擬過程中，不考慮工模具溫度對擠

31、壓黃銅棒的影響，由于擠 壓過程中存在熱傳導，工模具必定具有一定溫度，由經驗數(shù)據(jù),此時可設為 350 E 10。模擬環(huán)境： 模擬過程可分為干摩擦情況下和潤滑情況下 ，在此考慮在潤滑摩擦的條件 下進行擠壓模擬。模孔數(shù)：本次設計為十字對稱的多?？走M行擠壓過程模擬，?？讛?shù)設為固定不變的因素，在此取?？讛?shù)為 4。同心圓直徑：由?？追植家?guī)律，可以將?？追植荚谕膱A直徑上，進行對稱分布，由經驗數(shù)據(jù)在此可取同心圓直徑為 70mm的同心圓上10。擠壓速度：根據(jù)生產經驗數(shù)據(jù)，黃銅棒擠壓出口速度在0.103.30m/s之間為最佳，在 此不妨取0.50m/s、0.75m/ s、1.00m/ s、1.25m/ s和1.

32、50m/ s10。那么由擠壓前后體積不變， 即：V x tx S=V1x tx S1x N其中， V- 擠壓速度， t- 擠壓時間， S- 坯料橫斷面積， V1 - 出口速度， S1- 出口橫 斷面積， N- ?？讛?shù)目。由以上公式計算擠壓速度，例如：V x tx S=V1x tx S1x NV x tXnX R2=V1 x tXnX r2X NV =Vi x r2X N/ R2V =0.50 X 7.52X 4/792=18.03mm/s其余方案擠壓速度與此方法計算相同，其結果如表2-1所示表2-1擠壓方案參數(shù)表萬案12345678910?？族F角/ °4560出口速度/m/s0.50

33、0.751.001.251.500.500.751.001.251.50擠壓速度/mm/s18.0327.0436.0545.0754.0818.0327.0436.0545.0754.08第三章變形工模具設計3.1模子的結構及尺寸設計模子是擠壓生產中最重要的工具。它的結構形式、各部分的尺寸，以及所用的材料加 工處理，對擠壓力、金屬流動均勻性、制品尺寸的精度、表面質量及其使用壽命都有極大 的影響。模子中使用最基本的和使用最廣泛的是平模和錐模。本次設計采用錐模，其結構 尺寸示意圖如圖3-1所示。daU0J圖3-1模子結構尺寸圖模角不同時其它尺寸對其影響不大，在此看作模子除模角不同外，其余尺寸確定

34、方法 與模角為45°的確定方法相同，故在此只對模角為45o的模子尺寸進行詳細說明。工作帶長度hg的確定：工作帶又稱為定徑帶，是用以穩(wěn)定制品尺寸和保證制品表面質 量的關鍵部分。實踐表明，擠壓紫銅和黃銅時，工作帶直徑取812mm,在此取hg=10mm。工作帶直徑dg的確定：對于棒材，按標準規(guī)定只有負偏差。在擠壓銅合金一類溫度較 高的材料時，因?？讜饾u變小，所以工作帶直徑的設計應使開始一批棒材接近其名義尺 寸。隨著模孔變小，擠壓棒材的實際直徑接近最大的負偏差。擠壓棒材的模孔直徑dg用下式計算：dg=dm+C1dm式中，dm-棒材的名義直徑，C1-裕量系數(shù)，黃銅棒為0.0140.016，

35、此時取C1=0.015，由成品尺寸dm=15mm得：dg=dm+C1dm=15+0.015X15=15.2mm出口直徑dch的確定：模子的出口直徑一般應比工作帶直徑大35mm，因為小會劃上制品表面。此時不妨取dch=18mm。出口帶長度hch的確定：由經驗參數(shù)可暫取 hch=30mm。入口圓角半徑r的確定：入口圓角半徑r的作用是為了防止低塑性合金在擠壓時產生 表面裂紋和減輕輕金屬在進入工作帶時所產生的非接觸變形，同時也是為了減輕在高溫下擠壓時模子的入口棱角被頹而很快改變?？壮叽缬玫?。入口圓角半徑的選取與金屬的強 度、擠壓溫度和制品尺寸有關：對于紫銅和黃銅來說取25mm,在此考慮到多?？讛D壓，圓

36、角半徑稍大一些會對模擬過程有較好的影響，一方面可以減少擠壓模擬時間，另一方面 可以得到較好的制品。在此取r=6mm。模子的外形尺寸 D x H:模子的外圓直徑和厚度主要是根據(jù)其強度和標準系列化來考 慮的。它與所擠壓的型材類型、難擠壓的程度及合金的性質有關。一般所擠壓的型材的外 接圓最大直徑Dmax可按下式計算：Dmax= (0.8 0.85 ) Db式中，Do-擠壓筒內徑，Do=16Omm模子外經D可按下式計算：D=(1.25 1.45)D max可以計算得：D=1.25x 0.8X 160mm=160mm模子的厚度H在近年來趨向于減薄，其強度主要靠模墊和其它支撐環(huán)來保證。但是從提高 模子剛度

37、和減輕彈性變形方面考慮。H值又應增大。一般根據(jù)擠壓能力的大小取 H值分別 為20、25、30、40、50、70和100mm。在此取H值為70mm。利用模角與其幾何關系， 可以確定出口帶直徑。模子結構尺寸基本上確定了，只需要按照多孔模擠壓分布特點及規(guī)律，為了使每個模 孔的金屬流速相等，應將?？撞贾迷谝粋€同心圓上，同時孔距應相等。尚若各?？字械墓?應體積不相等，則金屬供應體積多的?？讛D出地制品就長；反之，金屬供應體積少的模孔 擠出地制品就短?？梢园阉膫€上述模子結構和尺寸十字對稱布置在同心圓直徑為70mm的模板上即可。而模板外徑應大于160mm,此時并不能確定其外經，需考慮與擠壓筒的裝配。 模具尺寸

38、詳見表3-1。表3-1模具參數(shù)表模角/O工作帶長度hg/mm工作帶直徑dg/mm出口直徑dch/mm出口長度hch/mm入口圓角r/mm外形尺寸H/mm4510.015.218.027.66.070.06010.015.218.041.36.070.03.2擠壓墊的設計擠壓墊是用來防止高溫的錠坯直接與擠壓桿接觸，消除其端面磨損和變形的工具。其 可以分為棒、型材擠壓墊以及管材擠壓墊。墊片的外徑應比擠壓筒內徑小D值。 D太大，則可能形成脫皮，從而影響制品的質量特別是在擠壓管材時不能有效控制針的位置， 已造成管材偏心。但是 D值也不能太小，以防止與擠壓筒內襯套摩擦增大，加速其磨損。 D值與擠壓筒內徑

39、有關：臥式擠壓機取 0.51.5mm，立式擠壓機取0.2mm。本次設計采 用臥式擠壓機，取 D=1.0mm，那么其外徑：D=D0- D=159mm其厚度：S=(0.20.7) X (Do-A D)=0.4 x 159mm=63.6mm即擠壓墊的尺寸為厚度為 63.6mm,外徑為159mm的圓墊。3.3擠壓筒的設計擠壓筒是所有擠壓工具中最貴重的部分，因此在設計中要特別注意。擠壓筒是由二層 或三層以上的襯套以過盈配合組裝在一起的。將擠壓筒制成多層襯套的原因是：使筒壁中 的應力分布均勻些和降低應力的峰值；同時在磨損后僅更換內襯套而不必換掉整個擠壓 筒，從而可節(jié)約大量合金鋼材。各層襯套可視受應力的具體

40、情況選用不同牌號的鋼材，以 節(jié)約價格昂貴的材料。擠壓筒尺寸的確定包括：筒內徑、筒長和各層襯套的厚度。(1) 擠壓筒內徑Do :由以上內容知Do = 160mm；(2) 擠壓筒的長度L:L=(L max+L)+t+S式中Lmax-錠坯的最大長度，對重金屬棒、型材為 2.03.5 D0,L-錠坯穿孔時金屬增加的長度，此時無穿孔，t-模子進入擠壓筒的長度， S-擠壓墊的厚度。所以：L=(L max+L)+t+S =(2.0 X60+0) +0+63.6 =383.6mm(3) 擠壓筒襯套厚度：擠壓筒各層襯套的壁厚尺寸一般靠經驗數(shù)據(jù)，先初步確定，然后再進行強度校核修正 (由于本次設計主要是研究擠壓過程

41、中擠壓速度對金屬的影響，在此有關強度校核的數(shù)據(jù) 暫不考慮，只需按照經驗分配各層襯套的壁厚尺寸，在此取兩層襯套)擠壓筒的外徑應大 致等于其內徑的45倍，而每層襯套的壁厚可根據(jù)各層外徑、內徑的比值相等進行分配10 即：D 1D 2D 0D 1由經驗可取內襯套最小壁厚為 60m m,所以，D1= D0 +2 X0=280mm由比例關系得：D2=490mm即是擠壓筒內襯套外徑為 280mm,內徑為160mm；擠壓筒外襯套內徑為 280mm,外 徑為490mm。3.4擠壓桿的設計擠壓桿是用于傳遞主柱塞壓力的，它在擠壓時承受很大的壓力。如果設計不當，易產 生彎曲變形。此外，擠壓桿在工作時還有可能產生端部圧

42、潰、龜裂和斜渣碎裂。擠壓桿的 外徑取決于擠壓筒內徑的大小，對臥式擠壓機比筒內徑小410mm。由經驗設計其尺寸如 圖3-2所示。圖3-2擠壓桿尺寸示意3.5模孔分布由擠壓筒的外襯套直徑為490mm,由于只是模擬而不是實際生產，不用考慮模具成本， 此時為便于三維造型，此時易取擠壓模外徑為490mm,與擠壓筒外徑相同。三維造型時直接將模具與擠壓筒做成一個整體。 模孔同心圓直徑為70mm,其?？追植际疽鈭D如圖3-3所 示。圖3-3?？追植际疽鈭D第四章 DEFORM-3D 數(shù)值模擬4.1 DEFORM 軟件操作流程概述（1）定義 幾何特征： DEFORM 中對象 的幾 何參數(shù)有多種格式可供選擇，如 st

43、ereo-lithography（.STL）曲面數(shù)據(jù)格式， DEFORM 專用數(shù)據(jù)格式（ AMGGEO ） ,IDEAS universal（.UNV）,PATRAN neutral（.PDA）曲面定義格式，其帶3D網格剖分數(shù)據(jù)格式等均可直 接輸入 DEFORM 系統(tǒng)中。本次設計所用到的幾何特征為 STL 文件格式。（ 2）網格劃分： DEFORM 網格劃分命令可以生成四面體單元，這種四面體單元適合 于表面成形。（ 3）初始條件：有些加工過程是在變溫條件下進行的，比如熱軋，在軋制過程中， 工件、模具與周圍環(huán)境介質之間存在熱交換，工件內部因大變形生成的熱量及其傳導都對 產品的成形質量產生重要影響

44、，對此問題的仿真分析應按瞬態(tài)熱 -機耦合處理， DEFORM 材料庫能夠提供各溫度下的材料特性。（ 4）材料模型： DEFORM 可選的材料模型為剛塑性。在材料庫中對每一種支持的材 料，提供了不同溫度和應變率下材料流動應力應變曲線和熱膨脹系數(shù)、 彈性模量、柏松比、 比熱、熱導率等隨溫度變化的曲線。（ 5）接觸定義：接觸菜單用于定義工件與所用到的模具之間以及模具之間可能產生 的接觸關系。本次設計中采用接觸處為干摩擦。（ 6）網格自動重新劃分：模擬分析過程中，單元附著在材料上，材料在流動過程中 極易使相應的單元形狀產生過度變形導致畸形。單元畸變后可能會中斷計算過程。因此保 證仿真過程中材料經過較大

45、流動后分析任然可以繼續(xù)，獲得的結果任然具有足夠的精度是 非常重要的。（ 7）增加約束： DEFORM 可以在節(jié)點上增加各個自由度的約束。（ 8）后處理： DEFORM 的后處理菜單為用戶提供了直觀方便的評價成形過程、成形 產品質量、工具損傷的必須信息以及以圖片、文本和表格形式提取和保存所需結果的各種 工具。DEFORM支持在加工過程中以等值線、分布云圖、數(shù)值符號、色標、等值面和切平 面矢量等方式顯示各種場變量分布。也可按路徑顯示或歷程顯示分析結果。顯示結果能夠 借助于調色、光照和渲染產生出具有逼真效果的圖形。也可以利用分析結果制作動畫和電 影。用戶利用這些提取各種體成形分析結果的工具，足以獲得

46、設計產品加工工藝所關注的 全部信息。這對設計人員充分了解設計工藝及其實施的可行性是大有裨益的。一旦模具設 計和始坯料形狀尺寸不合理，從分析結果中可顯示出材料流動受阻后可能出現(xiàn)的開裂或重 疊。在后處理界面中顯示工件流動過程中應力、應變、應變率和溫度分布變化，幫助工藝 設計師評定工件加工的質量。其中局部加工硬化、應力集中、高應力梯度、工件模具的接 觸壓力等結果，可以作為評定成形產品質量的好壞的控制因素。本次設計所研究的問題是 擠壓速度對擠壓過程中金屬流動、 應力、應變、 擠壓力、 破壞傾向等方面的影響及其機理， 非常適合本次研究的問題 11。4.2 前處理有以上三維尺寸，利用 UG 三維造型軟件進

47、行三維實體造型，為便于在 DEFORM 中 各工件模具相對位置的確定， 在進行造型時預先布置好各工具的位置。 在造好三維實體時，利用文件菜單中導出命令生成 STL文件，并給相應工具命名以便清晰導入DEFORM軟件中。由于本次設計的模具尺寸較大，模擬過程需要較大的計算過程，加大了模擬的時間， 不利于模擬的進行，從而影響模擬的效率，為減小模擬運算時間，現(xiàn)利用三維造型軟件， 將實體文件包括坯料均切成1/4，將這1/4作為模擬的文件，導出STL文件。打開DEFORM軟件，點擊file new problem 一直確定就可以新建一個 DEFORM_1 數(shù)據(jù)文件了，也可以更改其文件名。此時便進入了前處理窗

48、口了。點擊0按鈕將進入模擬控制窗口，其中有很多變量需要用戶設置：Main菜單-Ma in菜單中【Un its】欄中允許用戶選擇物理單位制，選項【SI】代表國 際單位制度，選項【English】代表英制，允許用戶調入模型后，再設置單位制。在此本次 設計選擇國際單位制。【Type】選擇欄是模擬方式選擇欄，由于本次模擬是變形模擬，故 選擇【Deformation】，本次設計屬于熱擠壓過程模擬，故勾選【Heat transfer】?？蛇x擇國際 單位制（便于前處理過程中相關參數(shù)設定），單擊【OK】即可。點擊【Genera】在Object Name選項中可以更換實體的名字，改動之后，單擊【Changd 即

49、可更換實體名字，點擊【Assign temperature.按鈕可以在彈出的對話框中輸入要設定 的溫度，在此設定坯料溫度為 600C，點擊4繼續(xù)添加對象，按自己所需要修改名字，將 模具溫度均設定為350°C。點擊【Geometry】進入導入實體文件窗口，點擊【Import】在彈 出的窗口中找到對應stl文件，選中打開即導入了對應的實體文件， 依次點擊【Check GEO1 和【Check Interception】按鈕，并在彈出的窗口中點擊【OK】按鈕,再分別點擊【Reverse GEOI 和【Show/Hide Normal】兩次，即成功導入實體了。依次按照同樣方法導入相應的實體文

50、 件并檢測確認即可。選中坯料文件，點擊【Mesh】按鈕，對坯料進行網格劃分，在此采用 絕對劃分，最小單元尺寸設為 4，比例設為1.5，依次點擊【Surface Mesh】、【Solid Mesh1 按鈕。網格劃分即可完成。由于本次模擬采用1/4模擬，故需要對坯料進行設置剖分面，點擊B匚匚按鈕，再點擊：按鈕，在彈出的窗口內點擊卩"按鈕，在皮料剖面上點擊，待其變 為紅色，點擊-按鈕即可添加剖分面，與此同法添加另一個剖分面，使其在Symmetry plane 下有（0，0，1 ）和（0， 1，0）。再點擊【Heat exchangd，選中要設置的熱傳遞接觸面， 單擊底即可添加傳熱面。再點擊

51、【Property1按鈕，選擇Active選項，并點擊壬I按鈕， 在彈出的窗口，點擊默認選項即可。材料的加載：點擊按鈕，進入材料加載窗口，由于在給定的材料中沒有黃銅（DIN_CuZ nPb2 ），需要自己加載，點擊打開文件圖標，在彈出的窗口中點擊【Brown】按鈕，從材料庫中找到所需的材料，選中后，點擊打開后，點擊【 Load1加載按鈕即可。定位窗口：如果三維造型時沒有預先設置各模具的位置，需要結合實際位置，利用定 位窗口進行位置的確定一直滿足需要。本次設計中，再進行三維造型時就已經確定其各模 具的相對位置了，故在此不需再進行位置的布置了。但是考慮到本次設計中擠壓筒長度要 比擠壓坯料長度長的多

52、，也就是在擠壓前需要坯料在擠壓筒內需要運行一段距離，由于本 次設計變量因素為擠壓速度，坯料在擠壓筒內運行這一距離，不會對本次研究問題有所影 響，但是，其增加了模擬進行的步數(shù)和時間，故在此通過此定位窗口，將擠壓模沿X負方向移動156.4m m，點擊二按鈕，即進入窗口，設定好方向，在選擇【offset】按鈕選擇擠 壓模，并在X坐標欄輸入-156.4mm，點擊Apply后確認即可設定好新的相對位置關系。對象間關系的設定：點擊 燈按鈕進入對象間關系定義窗口。在這個窗口中，所有物體 的對象間關系被定義。默認狀態(tài)下，定義變形體與所有缸體之間的關系，其具體步驟如下：（1）點擊按鈕，增加定義對象間關系對。點擊

53、U按鈕，減去對象間關系對，在此可以減去擠壓桿與坯料之間的關系，它們并不接觸。定義主仆關系：鼠標單擊剛產生的對象關系對，在【 Master】欄中點開抽屜鍵，選 擇不變形物體作為主件，此處選擇擠壓模。DEFORM軟件的主仆關系是以不變形物體 （剛 體）為主件，以變形物體（塑性體）為仆件的。接著在【Slave欄中點開抽屜鍵，選擇變形體，此處選擇工件。（3）對象間關系定義：鼠標單擊新定義的對象關系對，接著單擊【 Edit.按鈕，或是雙擊對話框中要定義對象間關系對，對像間關系信息設定對話框跳出，如圖4-1所示。在摩擦系數(shù)【Friction 一欄的類型【Type欄中選擇庫侖摩擦【Coulomb,在摩擦值【

54、Value 一欄中填入摩擦系數(shù)值。摩擦系數(shù)值允許用函數(shù)曲線形式表達。其余值按系統(tǒng)默認值，點 擊【Close按鈕完成對像間關系 設置。（4）點擊 Gen erate all 按鈕， 前處理窗口就會顯示模具與工件 的接觸點。（5）點擊【0K按鈕，對象間關系設定成功。允許用戶改動對象間關系容差，用戶可以在【Toleranee欄中改動系統(tǒng)給定的對象關系容 差。Ma in中其它菜單中的設置：圖4-1對象關系圖Step菜單-此項為模擬控 制步菜單，用戶可以設定模擬起 始步序號、模擬步數(shù)、存儲數(shù)據(jù)間隔的間隔步數(shù)，同時可設定計算步長。其余兩個【Adva門。641和【Advanced2菜單里的內容是系統(tǒng)默認的，

55、對于大多數(shù)數(shù)值模擬來講， 這幾個參數(shù)用戶不需要更改。模擬過程中，模擬計算步長的確定是十分重要的，DEFORM軟件中規(guī)定了兩種計算步長的方式，分別由時間或模具行程來確定。對于通常的變形問題， 采用行程決定方式較好。對于幾何形狀簡單，邊角無流動或其它局部嚴重變形的問題，步 長可選模型中較小單元邊長的1/31/2為參考標準。在此次設計中，工具模符合此種情況， 其中最小的單元邊長尺寸為6mm，故取2mm/s（較大對模擬有利）。在此設定坯料需要運行 的行程為 100mm,因此可取 Number of Simulation Steps 為 50，不妨取 Step In creme nt to Save 為

56、2,表示每模擬2步，會將中間階段結果寫入數(shù)據(jù)庫。Stop菜單-所有停止模擬設定都在停止菜單中，本次設計是由兩個模具之間距離作 為停止模擬的標準。點擊 Die Distanee,在【Referenee參考一欄中，選擇一個工具作為第 一參考物體，本次選擇jiyadian，并用鼠標點擊窗口中j iyadian的底面一點作為，此點在坐標欄中會出現(xiàn)相應的坐標；再在【Reference2】參考一欄中選擇第二參考物體，在此選擇 jiyamo，并用鼠標點擊其底面；最后，打開測距方式【Method】一欄選擇X Distanee,并把測得的數(shù)據(jù)填入【Distanc】欄中。完成以上步驟后，點擊【0K】按鈕，設置完成

57、。Remesh Criteria菜單-網格重劃分標準菜單。DEFORM-3D軟件具有重劃分網格的能 力，重新劃分網格后，原節(jié)點的信息不會丟失。設定變形物體的劃分網格標準，有兩種選 擇，一個是Absolute(絕對值)，另一個是Relative(相對值)，用戶一般按相對值來劃分。Iteration菜單-求解、迭代方法設定菜單。對于典型的成形模擬，系統(tǒng)默認的求解方 法就能計算很好。故本次設計也不作設置。Irocess Condition菜單-工藝條件設定菜單。此菜單的參數(shù)是環(huán)境溫度和物體與環(huán)境 之間熱傳遞系數(shù)設定，在此設為工模具的溫度350C。圖4-2數(shù)據(jù)生成圖Advaneed菜單-高級設 定菜單。在此設計中不作設定。數(shù)據(jù)庫產生窗口：當模擬 信息在前處理中設置完畢后， 點擊竊按鈕進入數(shù)據(jù)產生