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1、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：空心坯料O90X25mm，材料是黄铜（DIN CuZn40Pb2）,内径与挤压针 直径相同。所要完成成品管直径26mm，模孔工作带直径36mm，模孔出口带直 径 46mm。完成如下操作：（1）根据所知参数设计挤压模具主要尺寸和相关工艺参数，并运用AUTOCAD （或 Pro/E）绘制坯料挤压过程平面图。（2）根据所绘出的平面图形，在三维空间绘出三维图。并以STL格式分别输出 各零件图形，并保存。（ 3）运用 DEFORM-3D 模拟该三维造型，设置模拟参数，生成数据库，最终完成 模拟过程。1.2 挤压温度的选取 挤压温度对热加工状态的组
2、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730C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升高，若 把黄铜预热到730C，坯料可能超过最佳塑性成型温度，所以选取坯料初始温度 为500C。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，故选取为 300C。挤压速度的选取 挤压速度对制品组织与性能的影响，主要通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
3、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。根据挤压流程可计算得挤压比为M3， 故挤压垫速度为为 1.5 mm/s。第二章 工模具尺寸2.1 挤压筒尺寸确定2.1.1考虑坯料挤压过程中的热膨胀，取挤压筒内径为6二注mm；2.2.2挤压筒外径为D:-,故挤压筒外径为mm；2.2.3挤压筒长度Lt=(Lg+L) + t + S(2-1)式中：L=:锭坯最大长度，对重金属管材为1.5-.5C：；L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。由于金属的内径与挤压针的直径相等，则锭坯穿孔
4、时金属增加的长度L=0,改例 中模子进入挤压筒的深度t=0，挤压垫厚度s=5mm4=卩论+ 1)卄+ =(2 X 9S-F 0)-f 0 + 5=1 5 mm模子尺寸设计模子的外形尺寸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。一般所挤压的材料的外接圆最大 直径等于挤压筒内径的倍，故mm。对管材,模子的外径D = ：!.25 -1.45jD.故模子外径为U =二厶：鼻二鼻mm。从提高 模子的厚度和减轻弹性变形方面考虑，H由挤压机能力的大小选取，一般为20、 25、30、40、50、70 和 100mm，取模子的高度H 二=二mm
5、。模角因为平模的挤压力较大，特别在挤压高温和高强度的合金时，模孔会因塑性 变形而变小，所以选择锥模。锥模的最佳模角为，在此范围内的挤压力最小，而且在挤压有色金属时常采用，故选取锥角为盟：。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。由实践知 道，挤压黄铜时工作带的长度取mm，故取工作带长度为二二mm。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dE= dicid式中：g.棒材名义直径;(2-2)=36 -F 0.015 X 36=厶 mm-.-.5出口直径模子的出口直径一般应比工作带直径大厂Emm,因过小会划伤制品表面。 故出口直径取为 4
6、1mm。2.2.6 入口圆角半径入口圆角半径r的作用是为了防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口尺寸用的。入口圆角半径r值的选取与金属 的强度、挤压温度和制品的尺寸有关，对于黄铜取Emm,故取。.挤压垫尺寸设计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。该设计中已知挤压垫厚度为5mm,直径为90mm。挤压杆尺寸设计挤压杆是用于传递主柱塞压力的，它在挤压时承受很大的压力，由本工艺流 程可知是采用正向挤压管材。挤压杆的外径取决于挤压筒内径的大小，对立式挤 压机比
7、挤压筒内径小Umm，故挤压杆外径为92 mm，并取其长度为400 mm。根据以上数据，在 PROE、 UG 环境下绘出平面，填充各个剖切面，平面 图如图2-1，由下图可以清晰地看出挤压各工模具的装备位置，也可以看出 采用的是正向挤压管材工艺。图 2-1 黄铜管挤压过程平面图第三章 数值模拟根据平面图利用UG （PROE）进行三维造型。DEF0RM-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。挤压模中各倒角设置为半径为3mm，本步主要运用了实体圆 柱，圆锥造型。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
8、为 middle die,bottom die,top die,wick, workpiece。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。DEFORM 前处理过程（Pre Processer）1. 建立新问题：程序一DEFORM 软件TFileTNew ProblemTNextT在 Problem Name栏中填写“jy” 一Finishf进入前处理界面。2. 添加对象：点击+按钮添加对象，依次为“workpiece”,“top die”,“bottom die”,“object4”，在 Object Name 栏中填入 p|f 点击 Change 按
9、钮一点击 geometry 一点击一选择pl实体文件一打开；重复操作，依次添加jyd ,jyt, jyz。3. 定义对象的材料模型:在对象树上选择plf点击Ge neral按钮一选中Plastic 选项（塑型）一点击Assign Temperature按钮一填入温度，如500 （本组温度500） 一点击OK按钮一在对象树上选择jyd点击Ge neral按钮一选中Rigid选项（刚 性）一点击Assign Temperature按钮一填入温度，如300 （本组温度300） 点击 OK按钮一勾选Primary Die选项（定义为jyd为主动工具）一如此重复，定义其 它工模具的材料模型（不勾选 Pr
10、imary Die 选项）。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一根据挤压要求及实体造型调整相互位置关系一点击 OK 按钮完 成。畐5. 划分网格：选中对象树中的“pl”对象，使之高亮显示，打开对话框， 在“Number of Elements”输入栏中，输入“8000”，单击Preview按钮，预览毛坯对象网格划分是否理想，如果网格达到要求，则单击Gen erate Mesh按钮，生 成网格。6. 定义材料：选中对象树中的“ pl ”对象，使之高亮显示，打开Ge neral对话然后单击ssiEn material材料,框,在“
11、Material”栏中，选择other中的、二|麟細删删测黜詡删 按钮，完成材料数据输入。7.工件体积补偿：在对象树上选择pl点击Property一在Target Volume卡上 选中Active选项一点击 J 按钮一点击 Yes按钮一勾选 Compensate during remeshing8. 设置主动工具运行速度：选中对象树中的“ jyd ”对象，使之高亮显示，打 开 Movement在 speed/force 选项卡的 type 栏上选中 Speed 选项一在 Directiont 选中主动工具运行，如-Y （本组驻动工具运动方向为+X） 一在speed卡上选中 Define选项，
12、其性质选为Constant,填入数度值（本组数值为1.5mm/s）9. 模拟控制设置：点击徐按钮一点击Step按钮一在 Number of Simulation Steps栏中填入“ 50” （模拟步数）fStemp In creme nt to Save栏中填入“2”（每隔 2步就保存模拟信息）f在Primary Die栏中选择“2-jyd”（以挤压垫为主动工具） f在 With Con sta nt Time In creme nt 栏中填入 “0.5”（步长）f点击 Stop 按钮f在 Primary Die Displacement栏的X方向输入“25”（挤压终止时的长度）f点击“OK
13、” 按钮完成模拟设置。10. 边界条件定义:在工具栏上点击Inter-Object按钮f在对话框上选择jyd-pl f 点击Edit按钮f 点击Deformation卡Friction栏上选中Shear和Constant选项， 选择摩擦类型如Warm formingf点击Thermal选中Constant选项，填入传热系 数f点击Close按钮f如此重复，依次设置其它接触关系f点击Generate all按 钮点击tolerace按钮f点击OK按钮完成边界条件设置。11. 生成数据库:单击。按钮，在出现的窗口中，单击Check按钮，开始对各 项数据进行检查。若显示 Datebase can b
14、e generated ，则表示检查无误，再单击 Generate 按钮生成数据库。单击 Close 按钮，退出该窗口。汇模拟运算在主控程序界面上，单击项目栏中的jy,db文件f单击Run按钮f单击Start f 单击Summary,Preview,Message,Log按钮可以观察模拟运行情况。后处理模拟运算结束后，在主控界面上单击stick extrusion文件f在Post Processor 栏中单击DEFORM-3D_Post按钮，进入后处理界面。观察后处理结果。图 4-1 第 30 步温度变化图第四章 数据分析4.1观察温度变化 后处理中在状态变量的下拉菜单中选择Temperatu
15、re,点击播放按钮,观看成型过程中温 度变化情况，截取其中一步的温度变化图 ,如图 4-1 所示。从下图可以看出，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。4.2观察等效应力分布后处理中在状态变量的下拉菜单中选择 StressEffective, 点击播放按钮选中 第 30 步查看应力分布及变化情况，如图 4-2 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，从中部可以看出挤压 过程中应力最大的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。在挤压与工件的接触部位残余应力和应力都影响最小。4.3观察等效应变分布在状态变量的下拉菜单中选择 StrainEffective, 点击播放按钮选中第 30 步 的应变分布及其变化情况：如图 4-3 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刚刚进入挤压模的位置
