DEFORM课程设计资料

1、第一章 坯料及工艺参数的设计 -1 -1.1坯料尺寸的确定-1 -1.1.1坯料直径设计-1 -1.1.2坯料长度设计 -1 -1.2工艺参数的设计-1 -1.2.1摩擦系数的确定 -1 -1.2.2挤压速度的确定 -2 -1.2.3工模具预热温度的确定 -2 -第二章 模具尺寸的确定 -3 -2.1挤压工模具示意图 -3 -2.2.1模子的结构及其尺寸的确定 -3 -2.2.2挤压垫的结构及尺寸确定 -5 -2.2.3 挤压筒的结构及尺寸确定 -5 -2.3挤压工模具尺寸图 -6 -第三章 挤压模拟试验 -7 -3.1前处理-7 -3.1.1添加对象-7 -3.1.2单位制度选择-7 -3.

2、1.3导入和定义材料并设置对称面 -7 -3.1.4网格划分及工件体积补偿 -7 -3.1.5设置运动参数 -7 -3.1.6模拟控制设置-7 -3.1.7定义接触关系-7 -3.1.8生成库文件 -7 -3.1.9退出前处理-8 -3.2 运行- 8 -3.3后处理-8 -第四章 实验结果数据分析 -9 -4.1挤压工模具预热温度对载荷的影响 -9 -4.2挤压工模具预热温度对最大应力的影响 -9 -4.3挤压工模具预热温度对最大应变的影响 -10 -4.4挤压工模具预热温度对最小温度的影响 -10 -4.5挤压工模具预热温度对最大温度的影响 -11 -总 结-12 -参考文献-13 -第一

3、章坯料及工艺参数的设计1.1坯料尺寸的确定坯料尺寸的确定十分重要。坯料尺寸选择的是否合理，直接影响到挤压制品的质量、 成品率、生产率等技术经济指标。坯料尺寸（直径和长度）越大，制品越长，从而使切头 尾、切压余的几何损失和挤压周期内的辅助时间所占的比例降低。对压余所导致的金属几 何损失，增大直径或者增加长度对成品率的影响不同。坯料体积一定时，增大直径和减短 长度使几何损失增加，减小直径增加长度，几何损失减小。1.1.1坯料直径设计选择坯料直径时，一定要在满足制品断面机械性能要求和均匀性要求的前提下，尽可 能采用较小的挤压比。查热挤压各种金属材料时的工艺参数值表可知，黄铜DIN-CuZn40Pb2

4、挤压比 =10（300400）之间，取 =65，则根据式2 2i F 0 竈 R0D。-2兀（1-1）Fi二 RD1式中，F。挤压筒横断面积（mm2）;F1制品横断面积（mm2）;D。挤压筒内径（mm）;D1制品直径（mm）。已知D1=18mm，从而有D0 -，Dj = . 65 18 mm=145mm为了便于操作/监测和维修，本设计卧式挤压机，则坯料直径可根据挤压筒直径计算, 取直径差ZD =5mm，则有Dp=D0 ZD = （145 5） mm=140mm1.1.2坯料长度设计在进行工艺计算时，不同产品可选取不同坯料长度，以提高成品率。对重金属棒型材坯料最大长度为 23.5D。，因此，坯料

5、长度在290507.5mm范围内, 本设计取坯料长度为300mm。1.2工艺参数的设计确定挤压工艺参数时，可以综合考察金属与合金加工时的可挤压性和对制品质量的要 求（尺寸与形状的允许偏差，表面质量，组织和性能等），以满足提高成品率与生产率的需要。热挤压过程的基本参数是挤压温度和挤压速度（或金属出口速度），两者构成了对挤压过程控制十分重要的温度-速度条件。在选择挤压工艺参数时，一般是在理论分析的 基础上进行各种工艺试验，考察产品质量，并参考实际生产的经验值。1.2.1摩擦系数的确定在横断面上，由于外层金属在挤压筒内受摩擦阻力作用而产生剪变形，使外层金属的晶粒遭到较大破碎，且在挤压制品断面会出现组

6、织的不均匀性。在制品的长度上，也是由 于外摩擦的作用，出现组织的不均匀性。因此，设计合理的摩擦系数，对于成功实现挤压 模拟十分重要。在满足一定条件下，本设计取挤压垫摩擦系数为0.1，挤压筒与挤压模摩擦系数均取0.5。1.2.2挤压速度的确定挤压时的速度一般可分为三种：挤压速度一一挤压机主柱塞、挤压杆与挤压垫的移动 速度；金属流出速度 金属流出模孔时的速度；金属变形速度（也称变形速率） 单 位时间内变形量变化的大小。通常挤压速度越大，不均匀性流动加剧，副应力增大，在挤压制品上会引起周期性周 向裂纹或破裂。挤压速度的影响通过以下三个方面起作用：第一，挤压速度高，流动更不 均匀，畐I应力增大；第二，

7、挤压速度提高来不及软化，加快了加工硬化，使金属塑性降低； 第三，挤压速度的提高，增加了变形热效应，是铸锭温度上升，可能进入高温脆性区，降 低金属加工塑性。综上，挤压速度的确定需在一个允许的范围内，因此在黄铜的允许挤压速度范围内去 挤压速度值为20 mm s 。1.2.3工模具预热温度的确定挤压时，工模具需要进行预热，如果不预热的话，坯料与挤压模具间温差较大，会产 生较大的热转递，从而使坯料的温度分布不均匀，影响成品件的性能。本小组课程设计的 主要任务即是关于工模具预热温度不同对挤压结果的影响，考虑到任务书所给的范围是 0500C，分配任务时，以50C为梯度，各自采用所选择的实验温度进行试验。-

8、5 -第二章模具尺寸的确定2.1挤压工模具示意图h hh AY图2-1挤压工模具示意2.2模具尺寸的确定根据挤压机的结构、用途以及所生产的制品类别的不同，挤压工具的组成和结构形式 也不一样。挤压工具一般包括：模子、穿孔针或芯棒、挤压垫、挤压杆和挤压筒。此外， 还包括其他一些配件如：模垫、支撑环、压力环、冲头、针座和导路等。本设计主要针对 基亚通、挤压模、挤压垫进行结构及尺寸的设计。2.2.1模子的结构及其尺寸的确定模子是挤压生产中最重要的工具。它的结构形式、各部分的尺寸，以及所用的材料和 加工处理方法，对挤压力、金属流动均匀性、制品尺寸的精度、表面质量及其使用寿命都 有极大的影响。模子可以按照

9、不同的特征进行分类，根据模孔的剖面形状可分为平模、流 线模、双锥模、锥模、平锥模、碗形模和平流线模七种。模子的主要参数如下：(1) 模角a模角是模子的最基本的参数之一。它是指模子的轴线与其工作端面间所构成的夹角。 根据已知条件挤压模锥角a=60 (2) 工作带长度hg工作带又称为定径带，是用以稳定制品尺寸和保证制品表面质量的关键部分。倘若定 径带过短，贝U模子易磨损，同时会压伤制品表面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。根据已知条件工作带长度hg =20mm。(3)工作带直径dg模子工作带直径与实际所挤出的制品直径并不相

10、等。设计时通常是用裕量系数Ci来考 虑各种因素对制品尺寸的影响。C1查表2-1可得。表2-1裕量系数C1合金C1值含量不超过65%的黄铜0.0140.016紫铜、青铜及含铜量大于 65%的黄铜0.0170.020纯铝、防锈铝及镁合金0.0150.020硬铝和锻铝0.0070.010查表2-1可知，本设计Ci值在0.0140.016之间，取Ci=0.015。 挤压棒材的工作带直径dg用下式计算：dg = dm+C1dm(2-1)式中，dm 棒材的名义直径(mm)。代入数据，则有dg=dm+Gdm=( 1+CJ dm =(1+0.015) X18mm=18.27mm 取整，则dg =19mm。(4

11、) 出口直径dch模子的出口直径一般应比工作带直径大 35mm，因过小会划伤制品的表面。又因为 dg=19mm，dch的范围是2224mm之间，本设计取dch=23mm。(5) 入口圆角半径r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 颓而很快改变模孔尺寸用的。入口圆角半径r值得选取与金属的强度、挤压温度和制品的尺寸有关：对紫铜和黄铜 取25mm。且根据已知条件，模孔过渡圆角半径为 5mm。(6) 模子的外心尺寸D和H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。它与所挤

12、压的型材 类型、男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， 模子外径可按照式(2-2)进行计算D = ( 1.251.45) D 3(2-2)式中，D 3挤压棒材的外接圆直径(mm)。根据已知条件，D3=140mm，取系数值1.35,则D=1.35X140mm=189mm模子的厚度H值近年来趋向于减薄，其强度主要靠模垫和其他支撑环来保证。但是， 从提高模子刚度和减轻弹性变形方面考虑，H值又应增大。一般根据挤压机能力的大小取H 值分别为 20、25、30、40、50、70 和 100 毫米。2.2.2挤压垫的结构及尺寸确定挤压垫是用来防止高温的锭坯直接与挤压杆接触，

13、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。垫片的外径应比挤压筒内径小 值，/D太大时，可能造成局部脱皮挤压，从而影响 制品质量；心值也不能过小，以防与挤压筒内衬套摩擦加速其磨损。垫片的厚度可等于其直径的0.20.7倍。因为挤压垫的尺寸需利用挤压筒的数据，故稍后进行具体计算。2.2.3挤压筒的结构及尺寸确定挤压筒是所有挤压工具中最贵重的部件，由两层或三层以上的衬套以过盈配合组装在 一起构成的。之所以将挤压筒制成多层，是为了使筒壁中的应力分布均匀些和降低应力的 峰值；同时，在磨损后只需更换内衬套而不必换掉整个挤压筒，从而可节约大量的合金钢 材。挤压筒尺

14、寸的确定包括：筒内径、筒长和各层衬套的厚度。（1）挤压筒内径D 0计算锭坯直径时，可按公式（2-3）计算Dp=D /D（2-3）式中，Dp锭坯外径（mm）；D0挤压筒内径（mm）；b 使锭坯顺利送入又不产生纵向裂纹的间隙值，如表2-2所列因此，挤压筒内径可按式（2-4）计算D = Dp+（2-4）表2-2筒、锭间隙选择金属材料挤压机挤压筒直径（mm）间隙值（mm）备注类型吨位（MN ）bd铝卧式31048立式1.5334冷挤0.20.30.10.8铜卧式一 10013151003005立式 30010稀有金属卧式466.721211.5包套挤压15851.531.5231.5220260455

15、包套挤压31.522026056光坯挤压立式6651201.5211.5包套挤压1.51光坯挤压已求得Dp =140mm,查表2-2可知，=5mm,代入式（2-4）,有D0 = Dp+ ZD =（140+5） mm=145mm（2）挤压筒长度Lt挤压筒长度通常可用两种方法来求得。一是按照式（2-5）计算Lt=（Lma+L）+t + S+h（ 2-5）式中，Lmax 锭坯最大长度（mm）,对重金属棒型材为23.5Do，对重金属管材1.52.5D。， 对铝合金可取46Do，其中对管材不大于4.5D。，对扁挤压筒锭坯则最大长 度 Lmax =35H ；L 锭坯穿孔时金属增加的长度（mm）;t 模子进

16、入挤压筒的深度（mm）；S挤压垫厚度（mm）。二是通过选择挤压机型号，从而确定挤压筒长度。本设计采取方法二，经计算最终确 定选择倒三角内置卧式挤压机。从而知道挤压筒长度为Lt =560mm。因为采用的是卧式挤压机，所以 /在0.51.5mm,本设计取AD=1mm。因此，挤压 垫的外径为144mm。挤压垫的厚度为其直径的0.20.7倍，取系数为0.5,贝U有挤压垫厚度 为 72mm。2.3挤压工模具尺寸图图2-2挤压工模具尺寸图-6 -第三章挤压模拟试验根据给定的几何尺寸，运用 CAD或Pro/E分别绘制挤压垫、挤压模/挤压筒和坯料的 几何实体，文件名称分别为“ jiyadian”、“jiyam

17、o”、“jiyatong”、“piliao”，输出STL格式。 程序DEFORM6.1 New Problem Next 填入名称Fi nish 进入前处理界面。3.1前处理3.1.1添加对象连续3次点击Insert Object按钮，添加4个对象。3.1.2单位制度选择点击 Simulation Con trolMai nUn its SI Mode选 Deformatio n 及 Heat Tran sfer 。3.1.3导入和定义材料并设置对称面在对象树上选择 Work piece点击General按钮Assign Temperature填入温度为550 按钮，选择材料库中的D N Cu

18、Zn40Pb2单击Load,完成材料基本点击OK 单击属性界面。单击 Geometry CAD或CAE造型文件。导入后单击单击OK键。其他同上，但是不需要定义材料种类，且在定义温度时，要根据各自工模具 预热温度分别定意挤压垫/挤压模及挤压筒的温度。点击.，点击添加坯料的两直角面；挤压垫、挤压模、挤压筒的直角面，点击Symmetric Surface添加对称面。3.1.4网格划分及工件体积补偿选择 Work piece,单击 Mesh Detailed Sett in gs Absolute 绝对划分网格在 Size Ratio栏中，设置尺寸比率为1.5，Min Element Size中，设置

19、最小单元尺寸为 2。单击SurfaceCheck CEO按钮，在弹出的对话框中选择事先画好的，对几何体进行几何检查，结果质量合格,Mesh按钮，进行对象表面网格划分，再单击 Sold Mesh按钮，生成体网格。单击Property 在Target Volume卡上选中Active选项点击. 按钮点击Yes按 钮勾选 Compensate during remeshing3.1.5设置运动参数选择Top Die，单击Movement Speec在Direction选中主动工具运行方向+X Define 选项，其性质选为Constant设置速度值20。3.1.6模拟控制设置点击 Simulatio

20、n ControlStepNumberof Simulation Steps 中填入模拟步数，如 150 Step In creme nt to Save 中填入每隔 5 步保存信息Solution Steps Defi ni tion With Constant Die Displacement 填入距离步长1点击OK完成设置。3.1.7定义接触关系单击-出现对话框，单击Deformation 选项种 Constant选项填入 0.1。点击Thermal 选中Co nsta nt选项，选择传热类型Form in g。另外两个接触关系，设置方法同上，但在Constant中均填入0.5。3.1.

21、8生成库文件在工具栏上点击心I 完成模拟数据-15 -库的生成。3.1.9退出前处理在工具栏上点击 1，退出前处理程序界面。3.2运行退出前处理后，在 DEF0RM-3D的主窗口中，选择 Simulator中的Run选项，试验就 开始运行了。在运行过程中，可点击 Process Mo nitor查看模拟进程，某一数据规律呈现平 稳状态时即可停止运行，点击 Sop。3.3后处理在DEFORM-3D的主窗口中选择 DEFORM-3D Post选项，进入后处理窗口。点击Graph 选择挤压垫，勾选所需输出的数据如 Damage Strain、Stress Temperature出现数据曲线 图后，右

22、击鼠标，点击Export graph data,保存1.041.09之间的数据。将记事本中的数据 复制到Excel表中，求其平均值。将各组数据组合在一起，制成表格如下：表3-1各温度下的数据记录表温度(C)载荷(N)最大应力(MPa)最大应变(mm/mm)最小温度(C)最大温度(C)破坏系数02320909.00217.412.37333.44618.183.06502325481.00214.802.25381.41619.432.091002121319.00182.891.95403.16600.492.652002347824.01192.372.40421.23629.743.022

23、502279551.00203.802.40446.50633.002.033502268528.72177.382.45478.31633.081.874502270356.00220.231.74528.06634.532.995002088464.00153.112.54537.38640.352.14第四章实验结果数据分析根据表3-1的数据利用Excel画出载荷一温度回归曲线图如下图4.1挤压工模具预热温度对载荷的影响*23500002300000N 2250000荷载 22000002150000210000020500000100200300400500600图4-1工模具预热温度

24、一载荷图温度图4-1载荷一温度回归曲线图4-1所示。分析：从上图4-1可以看出，由于受到个别点的影响，载荷的变化曲线略有波动。这 种波动可能是模拟的过程中参数设置不准确或操作错误导致的。除去这样的个别点不看， 在整个温度变化范围内，载荷呈下降趋势。这说明随着挤压工模具预热温度的升高，载荷 减小。4.2挤压工模具预热温度对最大应力的影响250200150100500100200300温度/ c400500600根据表3-1的数据利用Excel画出应力一温度回归曲线图如下图 4-2所示。0图4-2应力一温度回归曲线分析：从上图4-2可以看出，在0C100C范围内，最大应力呈下降趋势；在100C35

25、0C范围内，最大应力有略微上升；在 350C500C范围内，最大应力再次呈下降趋势。 最大应力在局部温度范围内的变化趋势虽有不同，但从0C500E整个温度范围上看，其最大应力仍然呈下降趋势。所以忽略个别偏差较大的点，随着工模具预热温度的升高，最 大应力下降。4.3挤压工模具预热温度对最大应变的影响根据表3-1的数据利用Excel画出应变一温度回归曲线图如下图 4-3所示。变 应 大 最图4-3应变一温度回归曲线图分析：从上图4-3可以看出，在0C500r的变化范围内，除去450C时最大应变较 小以外，总体上最大应变没有变化。说明挤压工模具预热温度对最大应变的影响不大。4.4挤压工模具预热温度对

26、最小温度的影响根据表3-1的数据利用Excel画出最小温度一温度回归曲线图如下图4-4所示。温度/ r图4-4最小温度一温度回归曲线图分析：从上图4-4可以看出，点的分布具有较为严格的线性关系。随着挤压工模具预 热温度的升高，制品的最小温度呈线性增加。4.5挤压工模具预热温度对最大温度的影响根据表3-1的数据利用Excel画出最大温度一温度回归曲线图如下图4-5所示图4-5最大温度一温度回归曲线图分析：从上图4-5可以看出，回归曲线总体呈上升趋势，在100C时产生较大偏差,如果除去这100C不看，制品的最大温度是随着挤压模预热温度的升高而升高的。4.6挤压工模具预热温度对破坏系数的影响根据表3

27、-1的数据利用Excel画出破坏系数一温度回归曲线图如下图4-6所示。0100200300400温度/ c500600O1数系坏破图4-6破坏系数一温度回归曲线图分析：从上图4-6可以看出，破坏系数在0C100C范围上略有下降，在100C500C 范围上基本保持不变。说明挤压模具预热温度对破坏系数没有太大影响。材料成型计算机模拟课程设计是我们材控专业的学生在学习过程中一个很重要的专 业实训环节，是对我们DEF0RM-3D塑性成形CAE应用教程及挤压与拉拔课程所学知识的 一次综合运用。在同组各位同学的共同努力下，我们完成了本次课程设计。本次课程设计 主要是模拟挤压过程，从导出的数据证明课堂上所学的理论知识。我们组主要的目标是探 讨在其他条件均一致的情况下，挤压工模具预热温度的不同，对载荷、应力及破坏系数的 影响。通过本次设计，我重新熟悉了如何在文档中插入公式、制作表格