毕业设计——黄铜棒多模孔挤压过程模拟(可编辑)

1、毕业设计黄铜棒多模孔挤压过程模拟（可编辑）（文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用 ，可编辑推荐下载）目录摘 要 VABSTRACT VI第一章 概述 11.1 挤压 11.2 DEFORM-3D 11.3 黄铜棒应用及发展 2第二章 挤压工艺参数设计 4.2.1 挤压方案 42.2 挤压参数 4第三章 变形工模具设计 6.3.1 模子的结构及尺寸设计 63.2 挤压垫的设计 73.3 挤压筒的设计 83.4 挤压杆的设计 93.5 模孔分布 9第四章 DEFORM-3D 数值模拟 1.0.4.1 DEFORM 软件操作流程概述 104.2 前处理 104.3 后处理 13第五章 结果分析

2、 1.5.5.1 金属流动的分析 155.2 应力的分析 155.3 应变的分析 165.4 挤压力的分析 175.5 破坏倾向的分析 17第六章 设计小结 1.8.参考文献 1.9.致 谢 2.0.插图清单图 3-1 模子结构尺寸图 6图 3-2 挤压杆尺寸示意图 9图 3-3 模孔分布示意图 9图 4-1 对象关系图 12图 4-2 数据生成图 13图 5-1 应力与挤压速度关系图 15图 5-2 应变与挤压速度关系图 16图 5-3 载荷分布与挤压速度关系图 16图 5-4 破坏倾向与挤压速度关系图 17表格清单表 2-1 挤压方案参数表 5表 3-1 模具参数表表 7表 4-1 挤压参

3、数表 14黄铜棒多模孔挤压过程模拟 - 挤压速度摘要本篇论文主要先从我国目前多孔模挤压的发展状况以及对以后发展的展望入手，随着 我国黄铜棒市场的迅速发展，与之相关的核心生产技术的应用与研发必将成为业内企业关 注的焦点，了解国内外黄铜棒生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于 企业提升产品技术规格，提高市场竞争十分关键；其次，根据目前生产状况及生产经验数 据，结合本次设计的内容及要求，制订了相应的挤压模拟方案；再次，根据挤压模具设计 规律及经验数据，设计了相应的挤压模具，并且利用三维造型软件UGS行造型；最后，利用DEF0RM-3D软件按照挤压方案进行挤压模拟，并作相应的后处理，提取

4、相关数据进行 结果分析。此次设计主要运用DEF0RM-3D模拟黄铜(DIN_CuZn40Pb2)棒多模孔挤压过程，分 析挤压过程中挤压速度对挤压过程中金属流动、应力、应变、挤压力、破坏倾向等方面的 影响及其机理。找出挤压速度对挤压参数、金属组织性能等方面的影响规律。为生产提供 一定的经验参考数据， 并且为企业开发研究更多的多孔模产品开辟新途径， 提高生产效率， 节约研发成本以及降低实际模拟所造成的污染等问题。本次设计中，最核心的是怎样对结果进行分析，如何有效的利用模拟所得的数据进行 纵向和横向间的比较分析，得出对生产实践有较大的指导作用的经验参考数据。挤压速度 对挤压过程中金属流动、应力、应变

5、、挤压力、破坏倾向等方面的影响及其机理。找出挤 压速度对挤压参数、金属组织性能等方面的影响规律。从而得出结论及影响规律。其中， 有较大难度的为挤压模拟过程， 应用 DEF0RM-3D 软件模拟过程中，前处理中相关参数的 设置直接关系到模拟的过程是否顺利，模拟的结果是否理想，模拟的数据是否符合自己所 需要。后处理中，如何处理才可符合结果分析的需要。关键词： 黄铜棒；多模孔挤压； DEF0RM 模拟；挤压速度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 挤压所谓挤压，就是对放在容器（挤压筒）中的锭坯一端施加以压力，强迫其从特定模孔 中流出，使之通过模孔成形的一种压力加工方法。挤压方法有许多，并且可以根据不同的特征进行分类。按制品流出方向分类，挤压可 分为正挤压和反挤压。其

15、中正挤压是金属流动方向与挤压杆的运动方向相同，其主要特征 是锭坯与挤压筒内壁间有相对滑动，即二者之间存在很大外摩擦；反挤压金属流动方向与 挤压杆的运动方向相反，与挤压筒内壁间无相对滑动，即无外摩擦。正挤压与反挤压的不 同特点对挤压过程、产品质量和生产效率等有着极大的影响。按温度分类 , 挤压可分为热 挤压、冷挤压和温挤压。一般认为，热挤压时坯料加热到再结晶温度以上；冷挤压温度在 回复温度以下， 通常在室温下进行； 回复温度以上和再结晶温度以下为温挤压的温度范围。 热挤压和冷挤压是挤压加工的两大分支。温挤压发展比较晚，应用范围也小。挤压作为生产管、棒、型材以及线坯的生产方法，具有比轧制更为强烈的

16、三向压应力 状态图，金属可以发挥其最大的塑性； 挤压法不只是可以在一台设备上生产形状简单的管、 棒和型材， 而且可以生产断面极其复杂的， 以及变断面的管材和型材； 具有极大的灵活性； 产品尺寸精确，表面质量高；实现生产过程自动化和封闭化比较容易。但是，金属的固定 废料损失较大；加工速度低，工具消耗大；沿长度和断面上制品的组织和性能不够均一。 本次设计主要是利用正挤压用来挤压黄铜棒。早在 1797 年就出现了类似于挤压的铅管制造方法的专利。 1894 年德国人迪克 （GADick）首先得到了卧式挤压机的专利，用以挤压黄铜等有色金属。19051915年期间已经出现了 2000 吨级的大型挤压机，同

17、时开始采用耐热钢制作模具。目前，挤压主要用 于加工铝、铜及其合金，在钢及稀有金属加工中也得到了应用。 20世纪 50年代，法国于 日内-塞儒尔内（Ugine Sejournet）将玻璃润滑法用于热挤压的成功和推广，使钢及稀有金 属的挤压得到了迅速发展。 70年代，由于设备及技术的发展和完善，反挤压取得了较大的 发展。通常挤压产品沿长度方向具有相同的形状及截面尺寸，采用更换模子的方法或特殊 模子结构，可以加工沿长度方向形状和截面尺寸不同的阶段, 即可以加工变断面型材和逐渐变断面型材。热挤压主要采用液压机，有立式和卧式两种。大型挤压机大多为卧式。目 前，世界最大的挤压机达 20000吨。 60年代

18、中国已制造了 12500吨大型卧式挤压机。大型 挤压机主要用于加工飞机用的大型铝合金异型材。1.2 DEFORM-3DDEFORM-3D是一套基于工艺模拟系统的有限元系统（FEM）,专门设计用于分析各 种金属成行过程中的三维（3D）流动，提供极有价值的工艺分析数据，及有关成行过程中 的材料和温度流动。典型的 DEFORM-3D 应用包括锻造、挤压、镦头、轧制、自由锻、弯 曲和其它成形加工手段。DEFORM-3D 是模拟 3D 材料流动的理想工具，它不仅鲁棒性好，而且易于使用。 DEFORM-3D 强大的模拟引擎能够分析金属成行过程中多个关联对象耦合作用的大变形和 热特性。系统中集成了在任何必要

19、时能够自行触发自动网格重划分生成器，生成优化的网 格系统。在要求精度较高的区域，可以划分较细密的网格，从而降低运算规模，并显著提高计算效率DEFORM-3D 图形界面既强大又灵活，为用户准备输入数据和观察结果数据提供了有 效工具，还提供了 3D几何操作修正工具，这对于3D过程模拟极为重要。DEF0RM-3D集 成了原材料、成形、热处理和机械加工的软件，是一个集成环境内综合建模、成形、热传 导和成形设备特性进行模拟仿真分析。适用于热、冷、温成形，提供极有价值的工艺分析 数据。如：材料流动、模具填充、锻造负荷、模具应力、晶粒流动、金属结构和缺陷产生 发展情况等。其处理的对象为复杂的三维零件、模具等

20、。不需要人工干预，全自动网格再 划分。前处理自动生成边界条件，确保数据准备快速可靠。单步模具应力分析方便快捷， 适用于多个变形体、组合模具、带有预应力环时的成形过程分析。材料模型有弹性、钢塑 性、热弹塑性、热刚粘塑性、粉末材料、刚性材料及自定义类型。实体之间或实体内部的 热交换分析既可以单独求解，也可以耦合在成形模拟中进行分析。具有 2D 切片功能，可 以显示工件或模具剖面结果。程序具有多联变形体处理能力，能够分析多个塑性工件和组 合应力等。本次设计即利用DEF0RM-3D软件进行挤压模拟，对黄铜(DIN_CuZn40Pb2)棒多模 孔挤压过程模拟， 分析挤压过程中挤压速度对挤压过程中金属流动

21、、 应力、 应变、 挤压力、 破坏倾向等方面的影响及其机理。找出挤压速度对挤压参数、金属组织性能等方面的影响 规律。1.3 黄铜棒应用及发展 用金属塑性成形方法，将铜锭坯加工成板材、带材、箔材、管材、棒材、型材和线材。 最主要的金属塑性加工方法是轧制、挤压和拉伸，也可采用锻造、深冲、旋压及其他加工 工艺。铜和铜合金加工材料的一般规格：板材为(0.425) X (6003000)毫米；带材宽600 1000毫米；箔材厚0.0050.05毫米；管材直径可达360毫米；毛细管直径小到0.5毫米； 棒材直径5160毫米；线材直径小到0.01毫米。产品供应状态可分为软(M )、硬(Y)和 特硬(T)三种

22、。铜加工材料的消费量仅次于钢材和铝材，主要用作导电、导热、耐蚀、耐磨 和高级弹性材料。铜合金品种多，塑性加工性能相差较大。紫铜和大部分黄铜、青铜和白铜均有较好的 热加工性能，变形温度为 5001050C。含铅的a黄铜和含铅的青铜等，由于低熔点的铅 不溶解于固态铜中 , 仅在晶界上分布 , 热加工时易引起热裂，宜于冷加工。除含铍、铬、锆 等青铜合金除外， 变形铜合金均属加工硬化型合金。 塑性最好的紫铜、 低锌黄铜等， 热态、 冷态变形率均可达 90以上。铜和铜合金的塑性加工， 除应保证制品稳定一致的力学性能、 尺寸公差和表面质量外， 对要求具有深冲性能的铜材还要控制晶粒大小，如黄铜晶粒粗大，深冲

23、时就会使产品表面 出现“桔皮”。一般深冲工艺要求薄板晶粒尺寸为 0.030.07毫米。为控制制品的晶粒度， 冷加工时，应控制变形量和中间退火工艺制度；热加工时，要控制加热温度和终轧温度。 终轧温度过高，卷取后晶粒将继续长大。这些质量要求靠工艺及装备来保证。棒材主要采用挤压。难以热变形的铅黄铜、锡磷青铜等合金也能承受热挤压变形。挤 压流出速度:紫铜、黄铜可达 5000毫米/秒，锡磷青铜仅为 30毫米/秒。最大挤压比：紫 铜和黄铜为 500:1，青铜为 40:1, 白铜为 20:1。棒材和型材除采用挤压供坯外，还用孔型轧制开坯，经拉伸出成品。也可采用挤压和轧制直接获得成品。挤压工艺发展长锭大挤压比

24、 水封无氧化挤压。铜和铜合金线材，两次退火间的总变形率在90左右。高铅黄铜、锰黄铜、铝青铜、铍青铜等仅为5070%。紫铜线材主要用作导电材料，一般冷拉后需进行退 火，以改善导电性能。黄铜棒广泛应用于机械、电子、电器、汽车、精密仪表、五金装潢等行业。电力输送 中需要大量消耗高导电性的铜，主要用于动力申、线电缆、汇流排、变压器、开关、接插 元件和联接器等。在电机制造中，广泛使用高导电和高强度的铜合金。主要用铜部位是定 子、转子和轴头等。在大型电机中，绕组要用水或氢气冷却，称为双水内冷或氢气冷却电 机，这就需要大长度的中空导线。例如：金猴牌出口铅黄铜拉制棒执行高于日本 JIS 标准 的 Q/HUAQ

25、7-1997 上海市企业标准。具有化学成分均匀、力学性能稳定、切削性能优异、 表面光泽美观等特点。特别是采用引进的 2800t 反向挤压机开坯和联合拉拨拉伸等先进工 艺，从而使铜棒金相组织致密、晶粒大小均匀、尺寸精度高、质量得到可靠保证。产品在 国内处于先进水平，畅销海内外。技术工艺，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先 于竞争者的重要指标依据。随着我国异型黄铜棒市场的迅速发展，与之相关的核心生产技 术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外异型黄铜棒生产核心技术的研发 动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格， 提高市场竞争力十分关键。 中国

26、多孔模孔挤出模具产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、 产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定 性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企 业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。黄铜棒挤压模拟为企业开发新产 品提供新渠道，降低实验成本，减少产业能源消耗以及环境污染问题，有利于提高技术创 新能力，扩大生产规模。有利于在国内外迅速发展的阶段，树立强有力的市场竞争。模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济中的地位也非常重要。模具 工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点

27、扶持产业。由于新技术、新 材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也 在不断提高。因此对此次设计要综合考虑多方面知识，合理利用三维造型软件以及 DEFORM-3D 软件，认真做好结果分析，为生产实践提供相关的参考数据。中国多模孔挤 出模具产业发展已到了岔口，中国多模孔挤出模具产业生产企业急需选择发展方向。中国 多模孔挤出模具产业发展研究报告阐述了世界多模孔挤出模具产业的发展历程，分析了中 国多模孔挤出模具产业发展现状与差距， 开创性地提出了 “新型多模孔挤出模具产业” 及 替代品产业概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”、“科技创新”、 “环境友好” 和

28、“面向未来”准确地界定了“新型多模孔挤出模具产业” 及替代产品的内涵。根据“新 型多模孔挤出模具产业” 及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国多 模孔挤出模具产业发展进行了推演和精准预测，在此基础上，对中国的行政区划和四大都 市圈的多模孔挤出模具产业发展进行了全面的研究。为此，多孔模挤压技术正在进一步的 发展，日趋完善。第二章 挤压工艺参数设计2.1 挤压方案 本次设计主要考虑对挤压速度这一变量进行不同设置，由于随着挤压条件的改变，最佳模角值将会发生变化。例如：在静液挤压时，模角波动在15° (小挤压比)40°(大挤压比) 之间。这是因为在静液挤压时， 工具接

29、触表面与被挤压金属之间的摩擦应力较小。 显然，为了减少模角对挤压过程中挤压速度对金属流动、应力、应变、挤压力、破坏倾向 等方面的影响，又锥模的最佳模角为 45°60°，在此范围内挤压力最小，因此采用模角分 别为 45°和 60°。有以上数据可以制定挤压方案：( 1)模角为 45°时，对应五个速度分别利用 DEFORM-3D 挤压模拟，并记录相应的 挤压结果数据；( 2)模角为 60°时，同样对应五个速度分别利用 DEFORM-3D 软件进行挤压模拟， 并记录相应的数据。2.2 挤压参数有实验所能提供的实际坯料尺寸为 ？158 x 10

30、0mm,又产品直径？15mm。 挤压筒内径：挤压筒内径是根据挤压合金的强度、挤压比和挤压机能确定的。筒的最 大直径应保证作用在挤压垫上的单位压力不低于金属的变形抗力。显然，筒径越大，作用 在垫上的单位压力越小。由于本次设计对挤压机能以及挤压合金强度不作考虑，只需结合 产品规格、品种确定挤压筒的内径，由经验数据，在此挤压筒内径可取?160mm10。挤压温度：由黄铜挤压温度范围为 650C840C，其塑性变形能力最强，但是，由于 黄铜棒挤压过程中，是高塑性变形，在其变形过程中一定有温度的升高，考虑到其在最佳 的塑性情况下，此时取温度为600E o工模具温度：在此挤压模拟过程中，不考虑工模具温度对挤

31、压黄铜棒的影响，由于挤 压过程中存在热传导，工模具必定具有一定温度，由经验数据,此时可设为 350 E 10。模拟环境： 模拟过程可分为干摩擦情况下和润滑情况下 ，在此考虑在润滑摩擦的条件 下进行挤压模拟。模孔数：本次设计为十字对称的多模孔进行挤压过程模拟，模孔数设为固定不变的因素，在此取模孔数为 4。同心圆直径：由模孔分布规律，可以将模孔分布在同心圆直径上，进行对称分布，由经验数据在此可取同心圆直径为 70mm的同心圆上10。挤压速度：根据生产经验数据，黄铜棒挤压出口速度在0.103.30m/s之间为最佳，在 此不妨取0.50m/s、0.75m/ s、1.00m/ s、1.25m/ s和1.

32、50m/ s10。那么由挤压前后体积不变， 即：V x tx S=V1x tx S1x N其中， V- 挤压速度， t- 挤压时间， S- 坯料横断面积， V1 - 出口速度， S1- 出口横 断面积， N- 模孔数目。由以上公式计算挤压速度，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其余方案挤压速度与此方法计算相同，其结果如表2-1所示表2-1挤压方案参数表万案12345678910模孔锥角/ °4560出口速度/m/s0.50

33、0.751.001.251.500.500.751.001.251.50挤压速度/mm/s18.0327.0436.0545.0754.0818.0327.0436.0545.0754.08第三章变形工模具设计3.1模子的结构及尺寸设计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，以及所用的材料加 工处理，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。模子中使用最基本的和使用最广泛的是平模和锥模。本次设计采用锥模，其结构 尺寸示意图如图3-1所示。daU0J图3-1模子结构尺寸图模角不同时其它尺寸对其影响不大，在此看作模子除模角不同外，其余尺寸确定

34、方法 与模角为45°的确定方法相同，故在此只对模角为45o的模子尺寸进行详细说明。工作带长度hg的确定：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。实践表明，挤压紫铜和黄铜时，工作带直径取812mm,在此取hg=10mm。工作带直径dg的确定：对于棒材，按标准规定只有负偏差。在挤压铜合金一类温度较 高的材料时，因模孔会逐渐变小，所以工作带直径的设计应使开始一批棒材接近其名义尺 寸。随着模孔变小，挤压棒材的实际直径接近最大的负偏差。挤压棒材的模孔直径dg用下式计算：dg=dm+C1dm式中，dm-棒材的名义直径，C1-裕量系数，黄铜棒为0.0140.016，

35、此时取C1=0.015，由成品尺寸dm=15mm得：dg=dm+C1dm=15+0.015X15=15.2mm出口直径dch的确定：模子的出口直径一般应比工作带直径大35mm，因为小会划上制品表面。此时不妨取dch=18mm。出口带长度hch的确定：由经验参数可暂取 hch=30mm。入口圆角半径r的确定：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颓而很快改变模孔尺寸用的。入口圆角半径的选取与金属的强 度、挤压温度和制品尺寸有关：对于紫铜和黄铜来说取25mm,在此考虑到多模孔挤压，圆

36、角半径稍大一些会对模拟过程有较好的影响，一方面可以减少挤压模拟时间，另一方面 可以得到较好的制品。在此取r=6mm。模子的外形尺寸 D x 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。它与所挤压的型材类型、难挤压的程度及合金的性质有关。一般所挤压的型材的外 接圆最大直径Dmax可按下式计算：Dmax= (0.8 0.85 ) Db式中，Do-挤压筒内径，Do=16Omm模子外经D可按下式计算：D=(1.25 1.45)D max可以计算得：D=1.25x 0.8X 160mm=160mm模子的厚度H在近年来趋向于减薄，其强度主要靠模垫和其它支撑环来保证。但是从提高 模子刚度

37、和减轻弹性变形方面考虑。H值又应增大。一般根据挤压能力的大小取 H值分别 为20、25、30、40、50、70和100mm。在此取H值为70mm。利用模角与其几何关系， 可以确定出口带直径。模子结构尺寸基本上确定了，只需要按照多孔模挤压分布特点及规律，为了使每个模 孔的金属流速相等，应将模孔布置在一个同心圆上，同时孔距应相等。尚若各模孔中的供 应体积不相等，则金属供应体积多的模孔挤出地制品就长；反之，金属供应体积少的模孔 挤出地制品就短。可以把四个上述模子结构和尺寸十字对称布置在同心圆直径为70mm的模板上即可。而模板外径应大于160mm,此时并不能确定其外经，需考虑与挤压筒的装配。 模具尺寸

38、详见表3-1。表3-1模具参数表模角/O工作带长度hg/mm工作带直径dg/mm出口直径dch/mm出口长度hch/mm入口圆角r/mm外形尺寸H/mm4510.015.218.027.66.070.06010.015.218.041.36.070.03.2挤压垫的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。其 可以分为棒、型材挤压垫以及管材挤压垫。垫片的外径应比挤压筒内径小D值。 D太大，则可能形成脱皮，从而影响制品的质量特别是在挤压管材时不能有效控制针的位置， 已造成管材偏心。但是 D值也不能太小，以防止与挤压筒内衬套摩擦增大，加速其磨损。 D值与挤压筒内径

39、有关：卧式挤压机取 0.51.5mm，立式挤压机取0.2mm。本次设计采 用卧式挤压机，取 D=1.0mm，那么其外径：D=D0- D=159mm其厚度：S=(0.20.7) X (Do-A D)=0.4 x 159mm=63.6mm即挤压垫的尺寸为厚度为 63.6mm,外径为159mm的圆垫。3.3挤压筒的设计挤压筒是所有挤压工具中最贵重的部分，因此在设计中要特别注意。挤压筒是由二层 或三层以上的衬套以过盈配合组装在一起的。将挤压筒制成多层衬套的原因是：使筒壁中 的应力分布均匀些和降低应力的峰值；同时在磨损后仅更换内衬套而不必换掉整个挤压 筒，从而可节约大量合金钢材。各层衬套可视受应力的具体

40、情况选用不同牌号的钢材，以 节约价格昂贵的材料。挤压筒尺寸的确定包括：筒内径、筒长和各层衬套的厚度。(1) 挤压筒内径Do :由以上内容知Do = 160mm；(2) 挤压筒的长度L:L=(L max+L)+t+S式中Lmax-锭坯的最大长度，对重金属棒、型材为 2.03.5 D0,L-锭坯穿孔时金属增加的长度，此时无穿孔，t-模子进入挤压筒的长度， S-挤压垫的厚度。所以：L=(L max+L)+t+S =(2.0 X60+0) +0+63.6 =383.6mm(3) 挤压筒衬套厚度：挤压筒各层衬套的壁厚尺寸一般靠经验数据，先初步确定，然后再进行强度校核修正 (由于本次设计主要是研究挤压过程

41、中挤压速度对金属的影响，在此有关强度校核的数据 暂不考虑，只需按照经验分配各层衬套的壁厚尺寸，在此取两层衬套)挤压筒的外径应大 致等于其内径的45倍，而每层衬套的壁厚可根据各层外径、内径的比值相等进行分配10 即：D 1D 2D 0D 1由经验可取内衬套最小壁厚为 60m m,所以，D1= D0 +2 X0=280mm由比例关系得：D2=490mm即是挤压筒内衬套外径为 280mm,内径为160mm；挤压筒外衬套内径为 280mm,外 径为490mm。3.4挤压杆的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。如果设计不当，易产 生弯曲变形。此外，挤压杆在工作时还有可能产生端部圧

42、溃、龟裂和斜渣碎裂。挤压杆的 外径取决于挤压筒内径的大小，对卧式挤压机比筒内径小410mm。由经验设计其尺寸如 图3-2所示。图3-2挤压杆尺寸示意3.5模孔分布由挤压筒的外衬套直径为490mm,由于只是模拟而不是实际生产，不用考虑模具成本， 此时为便于三维造型，此时易取挤压模外径为490mm,与挤压筒外径相同。三维造型时直接将模具与挤压筒做成一个整体。 模孔同心圆直径为70mm,其模孔分布示意图如图3-3所 示。图3-3模孔分布示意图第四章 DEFORM-3D 数值模拟4.1 DEFORM 软件操作流程概述（1）定义 几何特征： DEFORM 中对象 的几 何参数有多种格式可供选择，如 st

43、ereo-lithography（.STL）曲面数据格式， DEFORM 专用数据格式（ AMGGEO ） ,IDEAS universal（.UNV）,PATRAN neutral（.PDA）曲面定义格式，其带3D网格剖分数据格式等均可直 接输入 DEFORM 系统中。本次设计所用到的几何特征为 STL 文件格式。（ 2）网格划分： DEFORM 网格划分命令可以生成四面体单元，这种四面体单元适合 于表面成形。（ 3）初始条件：有些加工过程是在变温条件下进行的，比如热轧，在轧制过程中， 工件、模具与周围环境介质之间存在热交换，工件内部因大变形生成的热量及其传导都对 产品的成形质量产生重要影响

44、，对此问题的仿真分析应按瞬态热 -机耦合处理， DEFORM 材料库能够提供各温度下的材料特性。（ 4）材料模型： DEFORM 可选的材料模型为刚塑性。在材料库中对每一种支持的材 料，提供了不同温度和应变率下材料流动应力应变曲线和热膨胀系数、 弹性模量、柏松比、 比热、热导率等随温度变化的曲线。（ 5）接触定义：接触菜单用于定义工件与所用到的模具之间以及模具之间可能产生 的接触关系。本次设计中采用接触处为干摩擦。（ 6）网格自动重新划分：模拟分析过程中，单元附着在材料上，材料在流动过程中 极易使相应的单元形状产生过度变形导致畸形。单元畸变后可能会中断计算过程。因此保 证仿真过程中材料经过较大

45、流动后分析任然可以继续，获得的结果任然具有足够的精度是 非常重要的。（ 7）增加约束： DEFORM 可以在节点上增加各个自由度的约束。（ 8）后处理： DEFORM 的后处理菜单为用户提供了直观方便的评价成形过程、成形 产品质量、工具损伤的必须信息以及以图片、文本和表格形式提取和保存所需结果的各种 工具。DEFORM支持在加工过程中以等值线、分布云图、数值符号、色标、等值面和切平 面矢量等方式显示各种场变量分布。也可按路径显示或历程显示分析结果。显示结果能够 借助于调色、光照和渲染产生出具有逼真效果的图形。也可以利用分析结果制作动画和电 影。用户利用这些提取各种体成形分析结果的工具，足以获得

46、设计产品加工工艺所关注的 全部信息。这对设计人员充分了解设计工艺及其实施的可行性是大有裨益的。一旦模具设 计和始坯料形状尺寸不合理，从分析结果中可显示出材料流动受阻后可能出现的开裂或重 叠。在后处理界面中显示工件流动过程中应力、应变、应变率和温度分布变化，帮助工艺 设计师评定工件加工的质量。其中局部加工硬化、应力集中、高应力梯度、工件模具的接 触压力等结果，可以作为评定成形产品质量的好坏的控制因素。本次设计所研究的问题是 挤压速度对挤压过程中金属流动、 应力、应变、 挤压力、 破坏倾向等方面的影响及其机理， 非常适合本次研究的问题 11。4.2 前处理有以上三维尺寸，利用 UG 三维造型软件进

47、行三维实体造型，为便于在 DEFORM 中 各工件模具相对位置的确定， 在进行造型时预先布置好各工具的位置。 在造好三维实体时，利用文件菜单中导出命令生成 STL文件，并给相应工具命名以便清晰导入DEFORM软件中。由于本次设计的模具尺寸较大，模拟过程需要较大的计算过程，加大了模拟的时间， 不利于模拟的进行，从而影响模拟的效率，为减小模拟运算时间，现利用三维造型软件， 将实体文件包括坯料均切成1/4，将这1/4作为模拟的文件，导出STL文件。打开DEFORM软件，点击file new problem 一直确定就可以新建一个 DEFORM_1 数据文件了，也可以更改其文件名。此时便进入了前处理窗

48、口了。点击0按钮将进入模拟控制窗口，其中有很多变量需要用户设置：Main菜单-Ma in菜单中【Un its】栏中允许用户选择物理单位制，选项【SI】代表国 际单位制度，选项【English】代表英制，允许用户调入模型后，再设置单位制。在此本次 设计选择国际单位制。【Type】选择栏是模拟方式选择栏，由于本次模拟是变形模拟，故 选择【Deformation】，本次设计属于热挤压过程模拟，故勾选【Heat transfer】。可选择国际 单位制（便于前处理过程中相关参数设定），单击【OK】即可。点击【Genera】在Object Name选项中可以更换实体的名字，改动之后，单击【Changd 即

49、可更换实体名字，点击【Assign temperature.按钮可以在弹出的对话框中输入要设定 的温度，在此设定坯料温度为 600C，点击4继续添加对象，按自己所需要修改名字，将 模具温度均设定为350°C。点击【Geometry】进入导入实体文件窗口，点击【Import】在弹 出的窗口中找到对应stl文件，选中打开即导入了对应的实体文件， 依次点击【Check GEO1 和【Check Interception】按钮，并在弹出的窗口中点击【OK】按钮,再分别点击【Reverse GEOI 和【Show/Hide Normal】两次，即成功导入实体了。依次按照同样方法导入相应的实体文

50、 件并检测确认即可。选中坯料文件，点击【Mesh】按钮，对坯料进行网格划分，在此采用 绝对划分，最小单元尺寸设为 4，比例设为1.5，依次点击【Surface Mesh】、【Solid Mesh1 按钮。网格划分即可完成。由于本次模拟采用1/4模拟，故需要对坯料进行设置剖分面，点击B匚匚按钮，再点击：按钮，在弹出的窗口内点击卩"按钮，在皮料剖面上点击，待其变 为红色，点击-按钮即可添加剖分面，与此同法添加另一个剖分面，使其在Symmetry plane 下有（0，0，1 ）和（0， 1，0）。再点击【Heat exchangd，选中要设置的热传递接触面， 单击底即可添加传热面。再点击

51、【Property1按钮，选择Active选项，并点击壬I按钮， 在弹出的窗口，点击默认选项即可。材料的加载：点击按钮，进入材料加载窗口，由于在给定的材料中没有黄铜（DIN_CuZ nPb2 ），需要自己加载，点击打开文件图标，在弹出的窗口中点击【Brown】按钮，从材料库中找到所需的材料，选中后，点击打开后，点击【 Load1加载按钮即可。定位窗口：如果三维造型时没有预先设置各模具的位置，需要结合实际位置，利用定 位窗口进行位置的确定一直满足需要。本次设计中，再进行三维造型时就已经确定其各模 具的相对位置了，故在此不需再进行位置的布置了。但是考虑到本次设计中挤压筒长度要 比挤压坯料长度长的多

52、，也就是在挤压前需要坯料在挤压筒内需要运行一段距离，由于本 次设计变量因素为挤压速度，坯料在挤压筒内运行这一距离，不会对本次研究问题有所影 响，但是，其增加了模拟进行的步数和时间，故在此通过此定位窗口，将挤压模沿X负方向移动156.4m m，点击二按钮，即进入窗口，设定好方向，在选择【offset】按钮选择挤 压模，并在X坐标栏输入-156.4mm，点击Apply后确认即可设定好新的相对位置关系。对象间关系的设定：点击 灯按钮进入对象间关系定义窗口。在这个窗口中，所有物体 的对象间关系被定义。默认状态下，定义变形体与所有缸体之间的关系，其具体步骤如下：（1）点击按钮，增加定义对象间关系对。点击

53、U按钮，减去对象间关系对，在此可以减去挤压杆与坯料之间的关系，它们并不接触。定义主仆关系：鼠标单击刚产生的对象关系对，在【 Master】栏中点开抽屉键，选 择不变形物体作为主件，此处选择挤压模。DEFORM软件的主仆关系是以不变形物体 （刚 体）为主件，以变形物体（塑性体）为仆件的。接着在【Slave栏中点开抽屉键，选择变形体，此处选择工件。（3）对象间关系定义：鼠标单击新定义的对象关系对，接着单击【 Edit.按钮，或是双击对话框中要定义对象间关系对，对像间关系信息设定对话框跳出，如图4-1所示。在摩擦系数【Friction 一栏的类型【Type栏中选择库仑摩擦【Coulomb,在摩擦值【

54、Value 一栏中填入摩擦系数值。摩擦系数值允许用函数曲线形式表达。其余值按系统默认值，点 击【Close按钮完成对像间关系 设置。（4）点击 Gen erate all 按钮， 前处理窗口就会显示模具与工件 的接触点。（5）点击【0K按钮，对象间关系设定成功。允许用户改动对象间关系容差，用户可以在【Toleranee栏中改动系统给定的对象关系容 差。Ma in中其它菜单中的设置：图4-1对象关系图Step菜单-此项为模拟控 制步菜单，用户可以设定模拟起 始步序号、模拟步数、存储数据间隔的间隔步数，同时可设定计算步长。其余两个【Adva门。641和【Advanced2菜单里的内容是系统默认的，

55、对于大多数数值模拟来讲， 这几个参数用户不需要更改。模拟过程中，模拟计算步长的确定是十分重要的，DEFORM软件中规定了两种计算步长的方式，分别由时间或模具行程来确定。对于通常的变形问题， 采用行程决定方式较好。对于几何形状简单，边角无流动或其它局部严重变形的问题，步 长可选模型中较小单元边长的1/31/2为参考标准。在此次设计中，工具模符合此种情况， 其中最小的单元边长尺寸为6mm，故取2mm/s（较大对模拟有利）。在此设定坯料需要运行 的行程为 100mm,因此可取 Number of Simulation Steps 为 50，不妨取 Step In creme nt to Save 为

56、2,表示每模拟2步，会将中间阶段结果写入数据库。Stop菜单-所有停止模拟设定都在停止菜单中，本次设计是由两个模具之间距离作 为停止模拟的标准。点击 Die Distanee,在【Referenee参考一栏中，选择一个工具作为第 一参考物体，本次选择jiyadian，并用鼠标点击窗口中j iyadian的底面一点作为，此点在坐标栏中会出现相应的坐标；再在【Reference2】参考一栏中选择第二参考物体，在此选择 jiyamo，并用鼠标点击其底面；最后，打开测距方式【Method】一栏选择X Distanee,并把测得的数据填入【Distanc】栏中。完成以上步骤后，点击【0K】按钮，设置完成

57、。Remesh Criteria菜单-网格重划分标准菜单。DEFORM-3D软件具有重划分网格的能 力，重新划分网格后，原节点的信息不会丢失。设定变形物体的划分网格标准，有两种选 择，一个是Absolute(绝对值)，另一个是Relative(相对值)，用户一般按相对值来划分。Iteration菜单-求解、迭代方法设定菜单。对于典型的成形模拟，系统默认的求解方 法就能计算很好。故本次设计也不作设置。Irocess Condition菜单-工艺条件设定菜单。此菜单的参数是环境温度和物体与环境 之间热传递系数设定，在此设为工模具的温度350C。图4-2数据生成图Advaneed菜单-高级设 定菜单。在此设计中不作设定。数据库产生窗口：当模拟 信息在前处理中设置完毕后， 点击窃按钮进入数据产生