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1、- 1 -第一章 设计工模具尺寸及确定工艺参数1.1 材料及坯料尺寸材料为 DIN_CuZn40Pb2，尺寸为直径 90mm长 25mm。 1.2 坯料温度的选择挤压温度对加工状态的组织、性能的影响极大。当所取的挤压温度值越高，挤压制品的抗拉强度、屈服强度和硬度的值下降，延伸率增大。由于黄铜管在 680-720时塑性最高，而在挤压过程中由于变形、擦擦产热使坯料温度升高，为避免在挤压过程中坯料温度可能超过最佳塑性温度，所以坯料初始温度选取 500。而挤压筒、挤压垫、挤压模也要预热，以防过大的热传递导致金属温度分布不均，影响制品质量，预热温度与坯料温度不能相差太大，故取 300。1.3 挤压速度的
2、选取挤压速度对制品组织与性能的影响，主要通过金属热平衡来实现的。挤压速度低，金属热量逸散较多，致使挤压制品尾部出现加工组织；挤压温度高，锭坯与工具内壁接触时间短，热量传递来不及进行，有能形成变形区内的绝热挤压过程，使金属的出口温度越来越高，导致制品表面裂纹。故选挤压垫的速度为 1.5mm.s-1。1.4 挤压参数的计算1.4.1 挤压模的结构尺寸设计模子选用锥模，模角 ，工作带长度 mm，取 mm，工作带直o458gh1210gh径 , mm，裕量系数 ， ，mgdC190 6.4.C15.Cmm，出口直径一般比工作带直径大 3-5 mm，取出3.1.05.9d口直径为 ,入口圆角半径 =3m
3、m，模子的外形尺寸 6ch5.D2.w mm，所以 D 取 120 mm，H 取 70 mm。4.1.2.31.4.2 挤压筒的结构尺寸设计（1）挤压筒内径 0由于挤压过程为热挤压，考虑到热膨胀，故取挤压筒内径 mm950（2）挤压筒长度 tL（1-LtmaxSt1）式中： 锭坯最大长度，对重金属为（1.5-2.5） ，mm；max 0D锭坯穿孔时金属增加的长度，mm；L模子进入挤压筒的深度，mm；t挤压垫厚度，mm。SLtmaxSt5192mm81.4.3 挤压机的选择- 2 -因挤压小规格尺寸的坯料，可选用立式挤压机。1.4.4 挤压棒的结构尺寸设计挤压棒为空心挤压棒。由于选用立式挤压机，
4、故挤压棒外径比挤压筒内径小 2-3 mm，则挤压棒外径为 93 mm。1.4.5 挤压垫的结构尺寸设计采用固定式挤压垫。挤压垫的外径比挤压筒内径小 值，对于立式挤压机， 值DD取 0.2 mm，则挤压垫的外径为 94.8 mm。1.5 挤压比 的计算（1-2）式中： 坯料面积，mm 2；0F挤压后的管材面积，mm 2。1则挤压比 为 3.68。 10F22/40/581068.310F212/DR- 3 -第二章 数据分析及数值模拟2.1 绘出挤压过程平面图根据以上数据，在 PROE、UG 环境下绘出平面，填充各个剖切面，如图 2-1 所示：2.2 挤压工具三维实体图根据平面图利用 UG（PR
5、OE）进行三维造型。DEFORM-3D 默认每点坐标为正值，故在三维造型时应保证在各坐标轴的正方上，且保证各零件准确对位，造型使用坐标定位，为使 DEFORM-3D 模拟时减少单元格的个数及运行速度，可将工件剖分（下图所示） ，挤压模中各倒角分别设置为半径为 2mm 和半径 3mm，本步主要运用了实体圆柱，圆锥造型，各个实体图如下所示：图 2-2 挤压棒 图 2-3 挤压垫 图 2-4 坯料将三维图中的各个零件分开保存，并将每个零件以 STL 格式输出，并分别命名为 wick ， top 图图 2-1 平面图- 4 -die，workpice， middle die， bottom die。图
6、 2-5 挤压筒 图 2-6 挤压模2.3 数值模拟运用 DEFORM-3D 进行成型模拟，主要分为三步，即前处理，模拟运算，后处理。2.3.1 前处理2.3.1.1 建立新问题程序DEFORM5.03FileNew ProblemNext在 Problem Name 栏中填写“jyl” Finish 进入前处理界面。2.3.1.2 添加对象点击 按钮添加对象，依次为“workpiece”,“top die”,“bottom die”,“object 4” “object 5”,，在 Object Name 栏中填入 middle die点击 Change 按钮点击 geometry点击imp
7、ort 选择 middle die 实体文件 打开；在 Object Name 栏中填入 wick点击 Change 按钮点击 geometry点击 import选择 wick 实体文件打开；重复操作，依次添加workpice,top die,bottom die,middle die,wick。2.3.1.3 定义对象的材料模型在对象树上选择 workpiece点击 General 按钮选中 Plastic 选项（塑型）点击Assign Temperature 按钮填入温度，如 500（本组温度 500）点击 OK 按钮在对象树上选择 top die点击 General 按钮选中 Rigid
8、 选项（刚性）点击 Assign Temperature按钮填入温度，如 300（本组温度 300）点击 OK 按钮勾选 Primary Die 选项（定义为 top die 主动工具）如此重复，定义其它工模具的材料模型（不勾选 Primary Die 选项）。2.3.1.4 高速对象位置关系在工具栏点击 Object Positioning 按钮进入对象位置关系调整对话框根据挤压要求及实体造型调整相互位置关系点击 OK 按钮完成。2.3.1.5 模拟控制设置点击 Simulation Control 按钮Main 按钮在 Simulation Title 栏中填入“wick ” 在 Oper
9、ation Title 栏中填入”deform heat transfer” 选中 SI 选项，勾选“Heat transfer”和“Defromation ”选项点击 Step 按钮在 Number of Simulation Steps 栏中填入模拟步数Stemp Increment to Save 栏中填入每隔几步就保存模拟信息 在 Primary Die 栏中选择top die (以挤压垫为主动工具) 在 With Constant Time Increment 栏中填入时间步长点击 OK 按钮完成模拟设置；如图 2-7 所示：- 5 -图 2-7 模拟初始条件设置 图 2-8 坯料网
10、格划分2.3.1.6 实体网格化在对象树上选择 workpiece点击 Mesh在 Number of Elements 卡上填入需要的网格数，如 20000(本组实验网格划分为 20000)点击 Generate Mesh工件网格生成如：上图2-8 所示。2.3.1.7 设置对象材料属性在对象树上选择 workpiece点击 Meterial点击点击 完成材料属性的添加。2.3.1.8 设置主动工具运行速度在对象树上选择 top die点击 Movement在 speed/force 选项卡的 type 栏上选中Speed 选项 在 Directiont 选中主动工具运行，如-Y （本组驻动
11、工具运动方向为+Z）在 speed 卡上选中 Define 选项，其性质选为 Constant,填入数度值(本组数值为 1.5mm/s)。2.3.1.9 工件体积补偿在对象树上选择 workpiece点击 Property在 Target Volume 卡上选中 Active 选项点击 按钮点击 Yes 按钮勾选 Compensate during remeshing。2.3.1.10 边界条件定义在工具栏上点击 Inter-Object 按钮在对话框上选择 workpiece-top die点击 Edit 按钮点击 Deformation 卡 Friction 栏上选中 Shear和 Con
12、stant 选项，填入摩擦系数或选择摩擦类型，如 Hot Forging点击 Thermal选中Constant 选项，填入传热系数或选择传热类型如 Fomging 点击 Close 按钮如此重复，依次设置其它接触关系点击 Generateall 按钮点击 tolerace 按钮点击 OK 按钮完成边界条件设置。 图 2-9 对象间关系设定对话框 - 6 -2.3.1.11 保存 k 文件在对象树上选择 workpiece点击 Save 按钮点击保存按钮保存工件的前处理信息重复操作，依次保存各个模具的信息。2.3.2 模拟运算 在主控程序界面上，单击项目栏中的 wick.DB 文件单击 Run
13、 按钮单击 Start单击 Summary,Preview,Message,Log 按钮可以观察模拟运行情况。2.3.3 后处理模拟运算结束后，在主控界面上单击 wick 文件在 Post Processor 栏中单击DEFORM-3D_Post 按钮，进入后处理界面。2.4 观察后处理结果2.4.1 观察变形过程点击播放按钮查看成型过程，如下图所示： 图 2-10 变形过程2.4.2 观察温度变化在状态变量的下拉菜单中选择Temperature,点击播放按钮查看成型过程中温度变化情况，如图 2-11 所示。从图中可以看出，中心温度分布较均匀且较高，这是因为工件中心不与挤压模具和空气相接触，热
14、量散失与热传递都很小。同时在整个挤压过程中，远离挤压垫一端的温度最高，而与挤压垫相接触的一端温度最低，主要是由于在挤压过程中与挤压垫接触的一端存在着热交换，使温度低，不接触的 一端在整个过程中金属流动较激烈，且因散热不好和时间短，温度较接触端高且变化不大。温度分布整体上是呈小幅度的下降趋势，主要是在模拟成型过程中存在工件和工具以及外界的热交换、热量损失，所以温度会有所下降 图 2-11 温度变化但幅度很小，因为在热传递和热量散失的过程中同样还有接触摩擦所产生的量的部分损- 7 -失。2.4.3 观察等效应力分布和等效最大应力分布在状态变量的下拉菜单中选择 Stress-Efftive 和 St
15、ress-Max Efftive,点击播放按钮查看成型过程中应力分布和最大应力分布及变化情况，如图 2-12、2-13 所示。从图中可以清晰地看出，中间部位应力分布较均匀，且数值较大，为三向压应力状态，从中还可以看出挤压过程中最大应力的最大位置出现在工件刚刚进入挤压模的位置，因为在此处由于工件的直径急剧变化，金属流动的阻力最大，不均匀变形也最大，在此处将产生较大的附加应力。在挤压筒与工件的接触部位残余应力和应力都影响最小。图 2-12 等效应力分布图 图 2-13 最大应力分布图2.4.4 观察等效应变分布在状态变量的下拉菜单中选择 Strain-Efftive,点击播放按钮查看成型过程中应变分布及其变化情况：如图 2-13 所示。从图中可以清晰的看出，在整个挤压过程中应变最大的位置出现在工件中间位置，此时工件部的主变形量最大，也即应变最大。工件中间位置刚刚进入挤压模的位置应变其次，两端应变最小。应变整体上市呈上升趋势，因为材料的成型过程中每个质点都产生了小的应变程度，所有质点应变的总和便构成了整个工件的应
