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1、目录第一章 挤压模具尺寸及工艺参数的制定21.1实验任务21.2挤压温度的选取3 挤压速度的选取31.4摩擦系数的选取31.5坯料直径的确定41.6坯料长度的确定4第二章 工模具尺寸42.1 挤压筒尺寸确定4 模子尺寸设计5第三章 设计方案的制定73.1设计参数的选择73.2制定设计方案7第四章 设计过程与步骤制定84.1几何实体的绘制84.2 制定DEFORM模拟过程8第五章 挤压过程CAE分析105.1锥角对挤压力的影响105.2锥角对等效应力的影响135.3 锥角对等效应变的影响155.4 锥角对变形过程中温度的影响175.5 锥角对破坏系数的影响195.6 分析小结21第六章 小结22
2、第七章 参考文献23第一章 挤压模具尺寸及工艺参数的制定1.1实验任务 已知：坯料140300mm，材料是黄铜（DINCuZn40Pb2）。所要完成的挤压制品为18mm，挤压模工作带长度为40mm，挤压杆速度30mm/s，挤压垫摩擦系数为0.2，挤压筒、挤压模摩擦系数为0.4，挤压温度为590，工模具预热温度为300。挤压示意图如图1-1挤压模坯料挤压筒挤压垫图1-1 挤压示意图1.2挤压温度的选取挤压温度对热加工状态的组织、性能的影响极大，挤压温度越高，制品晶粒越粗大，挤制品的抗拉强度、屈服强度和硬度的值下降，延伸率增大。由于黄铜在730时塑性最高，而在挤压过程中由于变形、摩擦产热使配料温度
3、升高，若把黄铜预热到730，坯料可能超过最佳塑性成型温度。挤压筒、挤压模具也要预热，以防止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。本设计挤压温度为590，工模具预热温度为300，符合条件。 挤压速度的选取挤压速度对制品组织与性能的影响，过改变金属热平衡来实现。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；挤压速度高，锭坯与工具内壁接触时间短，能量传递来不及，有可能形成变形区内的绝热挤压过程，使金属的速度越来越高，导致制品表面裂纹。而且在保证产品质量和设备能量允许的前提下尽可能提高挤压速度。由表2-312 ，查得黄铜的允许挤压速度为2551m
4、m/s，本设计挤压速度为30mm/s，符合条件。1.4摩擦系数的选取 根据设计要求、所选工模具和坯料材料以及挤压温度，设定挤压垫与坯料之间摩擦系数为0.2，挤压筒与坯料之间、挤压模与坯料之间的摩擦系数都为0.41.5坯料直径的确定已知挤压制品为黄铜棒（DIN_CuZn40Pb2）,规格为。由表7-1，查得黄铜的挤压比为，取，则可得； 其中，挤压筒横断面积；制品横断面积；挤压筒内径；制品直径。为了便于把热态锭坯顺利送入挤压筒，必须使两者的直径差控制在范围。再由表7-121,选用卧式挤压机，则取直径差。所以坯料的直径为1.6坯料长度的确定对于重金属棒型材锭坯最大长度1,则有；取坯料的长度。 第二章
5、 工模具尺寸本章主要对挤压工模具进行设计，其各部分的尺寸如图1-1所示。2.1 挤压筒尺寸确定 2.1.1挤压筒内径 由于挤压坯料外径为140mm，考虑坯料挤压过程中的热膨胀，取间隙值D=5mm1，挤压筒内径=D+D=140+5=145mm。2.1.2挤压筒外径 挤压筒外径应大致等于其内径的45倍，即1，则挤压筒外径为580725mm，取挤压筒外径为600mm。2.1.3挤压垫 挤压垫是用来防止高温的锭坯直接与挤压杆接触，消除其端面磨损和变形的工具。挤压时，一般用规格相同的一组挤压垫轮流使用，以防止其过热。挤压垫外径应比挤压筒内径小值。太大，可能形成局部脱皮挤压，从而影响制品质量；但是，值也不
6、能过小，以防与挤压筒摩擦加速其磨损。与挤压筒内径有关，其中卧式挤压机取1，本设计取。挤压垫的直径为； 挤压垫的厚度可等于其直径的0.20.7倍1，即为mm； 取=50mm。2.1.4挤压筒长度L1； 式中：坯料最大长度； 锭坯穿孔时金属增加的长度； 模子进入挤压筒的深度； 挤压垫厚度。 取300mm, =0, t=0, s=50mm, 所以=350mm。考虑到挤压杆进入挤压筒的距离，本设计取=30mm，挤压筒的实际长度L=+=350+30=380mm。 模子尺寸设计2.2.1工作带长度工作带又称为定径带，是用以稳定制品尺寸表面质量的关键部分。倘若定径带长度过短，则模子易磨损，同时会压伤制品表面
7、导致出现压痕和椭圆等缺陷。但是，如果工作带过长，又极易在其上粘结金属，使制品表面上产生划伤、毛刺、麻面等缺陷。本设计中，取工作带长度为=40mm。2.2.2工作带直径根据尺寸偏差、冷却收缩量、模孔尺寸的变化确定其数值，工作带直径为 1 ；式中：挤压制品直径； 裕量系数，一般黄铜取0.0140.016,本设计取0.015。 2.2.3出口直径 模子的出口直径一般应比工作带直径大mm1，因过小会划伤制品表面,取4mm。故出口直径为：=18.27+4=22.27mm。2.2.3出口带长度 出口带长度可自己随即设定，在这里我们设出口带长度=30mm。2.2.4入口圆角半径r入口圆角半径r的作用是为了防
8、止低塑性合金在挤压时产生表面裂纹和减轻金属在进入工作带时所产生的非接触变形，同时也是为了减轻在高温下挤压时模子的入口棱角被压颓而很快改变模孔尺寸用的。 为了保证制品表面质量，应在模具入口处用圆弧过渡，入口圆角半径r值得选取与制品的尺寸、挤压温度、金属的强度有关。对于黄铜，r值取25mm1。本设计取入口圆角半径r=5mm。2.2.4挤压模外径模子的外圆直径和厚度主要是根据其强度和标准系列化来考虑的。它与挤压的型材类型和难挤压的程度及合金的性质有关。根据经验，对棒材、管材、带材和简单的型材，模子外径等于最大外接圆直径的倍1，最大外接圆直径等于坯料直径，即=140mm，则=（1.251.45）=（1
9、.251.45）140=175203mm，取=200mm。第三章 设计方案的制定3.1设计参数的选择实验设计参数为挤压模的锥角，锥角的选择范围为。选取了八个具有代表性的锥角值，每个组员完成其中的一个锥角值对应的设计方案。3.2制定设计方案本组设计方案分配情况见表3-1。表3-1 设计方案分配设计方案12345678锥角2030405060708090注：参照金属塑性加工学内容，当时，挤压力最小，且挤压力最小的最佳模角范围为。故在该区域选取；再在该区域前后范围内，各取三个特征值，完成设计方案的设计。结合前面坯料、挤压工艺参数、工模具结构参数的设计，运用AUTO CAD绘制出坯料、挤压模、挤压垫、
10、挤压筒的几何实体。再运用DEFORM软件对所选设计方案进行数值模拟。最后本组共享彼此的设计数据，经过共同讨论、分析设计结果，得出设计结论。具体的设计过程及数据分析见后面章节。第四章 设计过程与步骤制定4.1几何实体的绘制根据前面坯料和工模具结构参数的设计，运用AUTOCAD分别绘制坯料、挤压模、挤压垫、挤压筒的几何实体，文件名称分别为extrusion workpiece，extrusion die，extrusion dummy block，extrusion chamber，输出STL格式。 4.2 制定DEFORM模拟过程建立新问题，进入前处理界面。4.2.1单位制度选择点击Simula
11、tion Control按钮Main按钮在Units栏中选中SI（国际标准单位制度）。4.2.2定义对象的材料模型 先添加对象并更名为extrusion workpiece，extrusion die，extrusion dummy block，extrusion chamber，在对象树上选择extrusion workpiece点击General按钮可塑，选中Plastic选项点击Assign Temperature按钮填入温度为590点击OK按钮在对象树上选择extrusion dummy block材料为钢性，点击General按钮选中Rigid选项点击Assign Temperatu
12、re按钮填入温度为300点击OK按钮挤压垫为主动件，勾选Primary Die选项（其余不勾选）如此重复，定义其它工模具的材料模型。4.2.3模拟控制设置 点击Simulation Control按钮Main按钮在Simulation Title栏中填入 “stick extrusion” 在Operation Title栏中填入“deform heat transfer” 勾选“Heat transfer”和“Deformation”选项点击Step按钮在Number of Simulation Steps栏中填入模拟步数为100Step Increment to Save栏中填入5在Pri
13、mary Die栏中选择extrusion dummy block在With Die Displacement栏中填入距离步长为1点击stop选项在Primary Die Displacement栏x方向上填入50点击OK按钮完成模拟设置。4.2.4实体网格化在对象树上选择extrusion workpiece点击 Mesh 选择Detailed Settings的General选项卡点击Absolute，Size Ratio改为1.5，Element Size选Min Element Size，最小单元格长度应为接触部分工模具最小尺寸的，本设计最小尺寸为入口圆角半径，为5mm，故最小单元格长
14、度设为2mm点击 Surface Mesh ，生成表面网格点击Solid Mesh生成实体网络。4.2.5设置对象材料属性在对象树上选择extrusion workpiece点击Material选项点击other点击DIN-CuZn40Pb21020-1740F选项点击Load完成材料属性的添加。4.2.6设置主动工具运行速度在对象树上选择extrusion dummy block点击Movement点击Movement在type栏上选中Speed选项在Direction选中主动工具运行，如-X在speed卡上选中Define选项，其性质选为Constant，填入数度值，如30mm/s。4.2.6设置坯料边界条件实验采用四分之一模，所以要设置对称面。胚料对称面设定：选中物体extrusion workpiece单击Bdry.Cnd按钮选中Symmetry plane图标选中坯料的对称面单击添加按钮；模具对称面的设定：选中extrusion dummy block单击Geometry按钮选中Symmetric Surface选中模具
