材料成型计算机模拟

《材料成型计算机模拟》课程设计任务书

一、课题名称

本设计课题为计算机辅助棒材挤压模设计。

二、设计目的

掌握挤压变形工具设计方法，巩固挤压变形理论与知识，进一步熟悉数值模

拟软件的使用方法，培养CAE在金属塑性成形中的应用技能。

设计棒材挤压工艺参数和模具结构参数，运用DEFORM软件模拟分析设计

参数的合理性。

三、概述

挤压是对放在容器（挤压筒）内的金属坯料施加外力，使之从特定的模孔中

流出，获得所需要断面形状和尺寸的一种塑性加工方法，有正挤压、反挤压、组

合挤压、连续挤压、静液挤压等多种形式。挤压成形能充分发挥金属塑性，获得

大变形量，实现由坯料到成品的一次成型。挤压变形能显著改善金属材料的组织，

提高制品的力学性能、尺寸精度和表面质量。因此，挤压是金属材料加工的一种

应用广泛的成形方法，适用于薄壁、细长的管、线、型材的生产，特别是断面复

杂的异型材的加工生产。

但是，挤压变形也存在制品组织与性能不均、工模具磨损快和设备负荷高等

缺点。挤压制品的组织性能、表面质量、尺寸及形状精度、工模具损耗以及能量

消耗都与坯料、挤压工艺、工模具结构尺寸和形状等因素相关。因此，挤压工艺

与工模具的设计合理与否是挤压成形的关键。

本设计以轻0mm棒材（黄铜DIN_CuZn40Pb2）挤压成形为例（图1所示），

研究挤压变形工艺参数、模具结构形次与尺寸对金属流动、变形力等参数的影响，

通过DEFORM软件模拟分析参数的合理性。

四、设计内容与要求

1、设计内容

（1）运用金属塑性变形理论、金属挤压成形理论与工艺的知识，选择坯料，

设计挤压工艺参数。

（2）根据挤压变形工具设计理论与方法设计主要工具，包括挤压模、挤压

筒和挤压垫。

（3）选择设计参数，制定设计方案。

（4）制定设计过程与步骤。

（2）挤压成形的CAE分析。

2、设计要求

（1）以挤压工艺参数如挤压初始温度、挤压速度和摩擦系数等，变形工具

结构参数如模具锥角、定径带长度待等为设计参数。

（2）本设计分组进行，10名左右学生为1组，分组方案见表1。每组学生

选择1至2个设计参数，共同设计方案，设计方案870个。每名学生独立完成

本组内的1个设计方案的设计过程。

（3）组内学生共享本组的设计数据，共同讨论、分析设计结果，得出设计

结论，共同撰写1份设计报告正文。

（4）每位学生独立撰写设计小结，组长着重阐述本组设计工作简况，小组

6

'挤压垫、挤压筒、挤压模

图1挤压示意图

成员着重简述自己工作简况，与报告正文一起装订、提交。

表1分组方案表

挤压筒

挤压垫挤压杆挤压模定径带工模具

序挤压模挤压温度

学生学号摩擦系速度锥角3长度预热温

号摩擦系/℃

数/mm.s-1/°/mm度/℃

数

124,1-100-0.60.61030530100

211-2100-0.6204555020100

322-330.10.510-606057030200

434-440.20.43020-9059040300

545-560.30.34045530-65050400

657-670.50.2506061010-60200

768-790.60.16030630600-500

880-890-0.60-0.66030630600

990-1000.60.110-604561050400

10101-1120.50.25020-9059040300

11114-1230.40.34030530~65030200

12124-1330.30.4304557010-60100

13134-1440.10.52060550200-500

14145-1580-0.60.61030530100

说明：1.1-7组挤压制品为」KM（1）140X300mm；8T4组挤玉制品为（|）12mm,

坯料。100X300mm；

2.四分之一对称模拟，单元格最小边长2mm（模孔过渡圆角半径5mm）,比

例1.5,距离步长1mm,步数100左右。

五、设计时间

设计时间是2013.06.10-21日，为期两周。

六、指导老师

指导老师张金标。

七、考核

以提交的设计和设计阶段综合表现为依据进行考核。提交材料包括设计说明

书，挤压装配图，模拟DB文件等。

材控室

2013.06.06

目录

第一章挤压工艺参数的确定........................................-1-

1.1挤压工艺参数的确定...........................................-1-

1.1.1摩擦系数的确定..............................................-1-

1.1.2挤压杆速度的确定............................................-1-

1.1.3挤压温度的确定..............................................-1-

1.1.4挤压模锥角的确定............................................-1-

1.1.5工模具预热温度..............................................-1-

1.2坯料的选择...................................................-2-

第二章挤压工具参数的确定........................................-3-

2.1模具型的确定...............................................-3-

2.1.1挤压示意图................................................-3-

2.1.2挤压筒尺寸的确定............................................-3-

2.1.3挤压模尺寸确定..............................................-5-

第三章挤压方案的分配与模拟过程..................................-7-

3.1挤压方案的分配................................................-7-

第四章模拟挤压及提取数据........................................-8-

4.1模拟挤压的过程...............................................-8-

4.1.1挤压工模具及工件的三维造型..................................-8-

4.1.2挤压模拟...................................................-8-

4.2后处理.......................................................-9-

4.2.1挤压杆挤压速度对挤压力的影响................................-9-

4.2.2挤压杆挤压速度对破坏系数的影响............................-10-

第五章实验数据分析.............................................-11-

5.1挤压杆挤压速度对挤压力的影响................................-11-

5.2挤压杆挤压速度对破坏系数的影响..............................-11-

总结........................................................-13-

参考文献........................................................-14-

第一章挤压工艺参数的确定

1.1挤压工艺参数的确定

1.1.1摩擦系数的确定

摩擦系数对挤压有着重要的影响，对挤压力的影响最为显著。根据设计要求,

故挤压垫与坯料之间的摩擦系数可取0.1,由于本次设计研究的是挤压筒与坯料

之间的摩擦系数对挤压过程中各参数的影响，月以挤压筒与坯料之间的摩擦系数

在0~0.6之间取，根据设计要求取0.5。

1.1.2挤压杆速度的确定

允许的挤压速度与金属再结晶和塑性区的温度范围有关，当变形和再结晶速

度不协调或金属与模壁有较大摩擦时，挤压件将出现横向裂纹。通常有色金属允

许的挤压速度见表1-1。

表1-1有色金属材料允许的挤压速度

材料挤压速度/(mm・s")

铜51-76

钥12.7-25.4

黄铜25〜51

根据设计要求以及结合表1-1,可取挤压速度为10~60mms-1。

1.1.3挤压温度的确定

确定挤压温度的原则与确定热轧温度的原则相同，也就是说，在所选择的温

度范围内，保证金属具有良好的塑性及较低的变形抗力，同时要保证制品的获得

均匀良好的组织性能等。根据设计要求及“三图”(合金的状态图、金属与合金的

塑性图、第二类再结晶图)原则，可取挤压温度为570℃。

1.1.4挤压模锥角的确定

模角是模子的最基本的参数之一。它是指母子的轴线与其工作端面间构成的

夹角。分为平模和椎模，平模(a=90°)其特点是在挤压时形成较大的死区，从

而能获得优良的制品表面。椎模所产生的死区很小，甚至消失，因而无法阻碍锭

坯表面的缺陷和偏析物流出模孔。根据设计要求本设计采用a=60°o

1.1.5工模具预热温度

工模具预热的目的：使挤压坯料放入模具时温降不致过大，以免使塑性降低,

变形抗力增加；同时避免坯料中心的温差过大，增加变形的不均匀性；减小模具

与坯料的接触温差。

除了坯料在挤压前加热以外，挤压模，挤压垫及挤压筒在挤压前均要进行预

热。预热温度一般在150~300℃,应按挤压坯料的温度作调整。根据设计要求工

具模预热温度取200°C。

-1-

1.2坯料的选择

(1)坯料直径的确定

查表7-1口】可知挤压制品黄铜棒(黄铜DIN_CuZn40Pb2)的挤压比

4=10~(300~400)，故可取挤压比九=76。因为

已知制品

直径矶6mm,故有

Dm==A/76x16=139.48mm

取整得Dm=140mm。

(2)坯料长度的确定

在实际生产中，坯料一般是圆柱形的，在挤压有色金属时，坯料长度凡,对

于重金属棒材为其直径的2.0~3.5倍。故

Hm=(2.0~3.5)0“=(2.0-3.5)x140=280~490mm

故坯料长度Hm可取300mmo

-2-

第二章挤压工具参数的确定

2.1模具尺寸的确定

选择模具与坯料部分尺寸，并根据给定的主要尺寸，运用AutoCAD绘出挤

压过程平面图形；并设计挤压工艺参数。

2.1.1挤压示意图

1\1】h143

挤压垫挤压筒\坯料\挤压模

图2-1挤压示意图

2.1.2挤压筒尺寸的确定

根据设计任务书及计算结果可知，挤压制品的直径方为016mm,坯料的规

格为0140x300mm,坯料直径Dm=140mmHm-300mm。

(1)挤压筒内径4的确定

挤压筒内径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

应能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就越小。再根据产品品种、规格确定筒的内径尺寸。

挤压筒内径&可按间隙值计算

4=，“+△£>(2-1)

式中，0.一坯料的外径，mm；

-3-

△。一是坯料顺利进入又不产生纵向裂纹的间隙值，mm,如表2-1所示

表2-1筒、锭间隙选择

金属材料挤压机挤压筒直径间隙值备注

(mm)(mm)(mm)

类型吨位，(KN)ADAd

铝卧式——3〜104~8

立式1.5-33〜4

冷挤0.2~0.30.1〜0.8

铜卧式—<1001~31~5

100-3005

>30010

立式675-1201~2

稀有金属卧式466.721~21-1.5包套挤压

15851.5-31.5-2

31.5220〜2604〜55包套挤压

31.5220-26056光坯挤压

立式665-1201.5-21-1.5包套挤压

1.51光坯挤压

因卧式挤压机的优越性较多在生产中广泛应用，故选取卧式挤压机作为挤压

机又坯料直径为。140mm近似等于挤压筒内经故可知挤压筒直径在100~300mm

范围内，即可知间隙值△D=5mm。根据(2-1)挤压筒内径《为

4=Dm+△£>=140+5=145mm

(2)挤压筒外径2的确定

根据经验，一般挤压筒外径。是挤压筒内径4的4~5倍，故

3=(4~5)4=(4~5)X145=580~725mm

为保证挤压筒衬套的尺寸及挤压筒强度要求可取D,=600mmo

(3)挤压垫尺寸的确定

挤压垫：挤压垫是用来防止高温的锭坯直接与季亚杆接触，消除其端面磨损

和变形的工具。垫片的外径应比挤压筒内径小AD。太大，可能形成局部脱皮挤

压，从而影响制品质量，特别是在挤压管材时不能有效的控制针的位置，以致造

成管子偏心。但是AD也不能太小，以防与挤压筒内衬套摩擦加速其磨损。△。值

与挤压筒内径有关：卧式挤压机取0.5~1.5mm；立式挤压机取0.2mm,脱皮挤压

取2.0~3.0mm,铸锭表面质量不佳的可选更大一些。由表1-1本次设计采用卧式

挤压机，坯料的直径为140mm,所以挤压筒的内径应40mm,AD取5mm。

所以挤压垫的直径为

d=4-AD=145-(0.5~1.5)=143.5~144.5mm

故可以取挤压垫的直径d=144mm。

-4-

又挤压垫的厚度4可等于其直径的0.2~0.7倍，

所以

12=(0.2~0.7)J=(0.2~0.7)x144=28.8~100.8mm

考虑到在挤压过程中的变形可在范围内取挤压垫的厚度。=39mm。

(4)挤压筒长度L,确定

挤压筒长度可按如下公式进行计算

L=I1+4+，3

式中，4一挤压杆进入挤压筒的深度，mm；

/2—挤压垫的厚度，mm；

13—坯料的长度，mm；

因为，3=","=300mm,乙=39mm,为保证开始挤压时准确定位和挤压杆在挤压

过程中保持稳定,4可取20mm,故挤压筒长度

L,=/,+/,+/3=20+300+39=359mm

2.1.3挤压模尺寸确定

(1)模角的确定

模角是指模子的轴线与其工作断面间所构成的夹角，根据设计要求取模角a

为60。。

(2)定径带长度的确定

工作带又称定径带，是稳定制品尺寸和保证制品表面质量的关键部分。倘

若工作带过短，则模子易磨损，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，则制品表面上产生划伤、毛刺、

麻面等缺陷，而且挤压力将升高。根据设计要求取定径带长度乙=30mm。

(3)定径带直径的确定

模子工作带直径与实际所挤压的制品直径并不相等。在设计时应保证制品在

冷状态下不超过所规定的偏差范围，同时又能最大限度地延长模子的使用期限。

通常是用一裕量系数G来考虑各种因数对制品尺寸的影响。表1-2为挤压不同金

属与合金时的模孔裕量系数G值。

表2-2裕量系数Ci

合金G值

含铜量不超过65%的

0.014-0.016

黄铜

紫铜、青铜及含铜量

0.017-0.020

大于65%的黄铜

纯铝、防锈铝及镁合

0.015〜0.020

金

硬铝和锻铝0.007〜0.010

-5-

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的直径接近其名义

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。对于轻合金，因

挤压温度低，没有模孔的问题。挤压棒材的模孔直径&用下式计算：

d2=d,„+C,dm(2-2)

式中，4“一制品棒材的名义直径，mm。

由于所给挤压坯料为黄铜DIN_CuZn40Pb2,含铜量为58%,所以G值可取

0.015。故有(2-2)得

d2=dm+G4”=16+16x0.015=16.24mm

(4)出口直径4的确定

模子的出口直径一般比工作带直径4大3~5mm,如果尺寸过小会划伤制品

的表面。

d3=d2+(3~5)mm

由式得d3=16.24+(3~5)=19.24~21.24mm,故可取名=21mm。

(5)入口圆角半径(过渡圆角)r的确定

入口圆角半径(过渡圆角)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(定径带)时所产生的非接粗变形，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的选取与金属强度、挤压温度和制品的尺寸有关，对于紫铜和黄铜应取

2~5mm,根据设计要求取定过渡圆角的半径为4mm。

(6)挤压模的外形尺寸2和4确定

挤压模的外圆直径与厚度主要是根据其强度和标准系列化来考虑。它与挤压

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。冲x等于挤压筒内径4的。8~0.85倍。根据经验，对棒材、管材、带板和

简单的型材，模子的外径(1.25~1.45)外。故挤压模外径

£>,,,=4(0.8~0.85)=145x(0.8~0.85)=116~123.25

£)2=(1.25~1.45)2=(1.25~1.45)x120=150~174,故&可取值

为£>2=170mm。

因为本设计中挤压模的定径带长度是固定的的，为乙=30所，挤压模的长

度”由定径带长度乙、出口带长度4和模角处水平长度共同确定，因为模角处水

平长度为

d-d1145-16.241„

-i---2-x-------=---------x-------=37.17mm

2tan『60°2tan/60°

出口带长度4可取30mm,则挤压模长度H=30+37.17+30=97.17mm。

-6-

第三章挤压方案的分配与模拟过程

3.1挤压方案的分配

由于本设计以挤压杆挤压速度为变化量来探究挤压过程中对各个参数的影

响，即挤压杆挤压速度取10~60加”.尸，分成九组进行实验模拟。具体方案见表

3-1所示。

表3-1挤压分配方案

挤压垫挤压筒挤压杆挤压模挤压温定径带工模具

组号学生号摩擦系挤压模速度锥角。度长度,预热温

数摩擦系//0/0c,4度”C

数

02210

02416

02546

30270.10.5536057030200

02828

02960

03034

03240

03322

各组员按分配数据进行模拟运算。

-7-

第四章模拟挤压及提取数据

4.1模拟挤压的过程

4.1.1挤压工模具及工件的三维造型

根据设计的的几何尺寸，运用PRO/E分别绘制坯料、挤压模、挤压垫、挤压筒

的几何实体，输出STL格式。

4.1.2挤压模拟

1）前处理

建立新问题：程序7DEF0RM6.1—＞FilefNewProblem—＞Next-＞在Problem

Name栏中填写“stickextrusion"fFinish7•进入前前处理界面；

单位制度选择：点击SimulationControl按钮—Main按钮T■在Units栏中选

中SI（国际标准单位制度）-＞勾选wHeattransfero

添加对象：点击+按钮添加对象，依次为"workpiece"、"topdie"、"bottom

die”和uobject4",在ObjectName栏中填入extrusionworkpiecef点击Change

按钮-＞点击geometryf点击import—•选择extrusionworkpiece.stl实体文件T•打

开；重复操作，依次添力口extrusiondie,extrusionmandrel,extrusiondummyblock,

extrusionchamber。

对称面的设定：在对象树上选择extrusionworkpiece-＞点击“Geometry”f

点击SymmetricSurfacef选中一个对称面f点击“+Add”.再选中另一个对称

面一点击“+Add”。同样对“topdie"、“bottomdie”和“object"进行对称面

设定。

热交换面设定：在对象树上选择extrusionworkpiece—•点击“Boundary

Conditions"一选择3个热交换面-点击“+Add”。

定义对象的材料模型：在对象树上选择各工件及坯料设置模拟温度，其中

坯料570,其他工具200,将坯料和挤压垫设置为主模具。

模拟控制设置：在模拟控制中设置模拟步数100,每隔5步就保存模拟信息，

以挤压垫为主动工具步长设置为1完成模拟设置；

实体网格化：在对象树上选择坯料，在网格划分详细设置中选择绝对值下比

例1.5,最小网格边长2生成工件网格；

设置对象材料属性：在对象树上选择各工件并选择相应的材料完成材料属性

的添加；

设置主动工具运行速度：在对象树上选择挤压垫填入分配所属的速度值；

工件体积补偿：在对象树上选择extrusionworkpiece—•点击Property-＞在

TargetVolume卡上选中ActiveF+m选项—＞点击CalculateVolume按钮f点击Yes

按钮。

边界条件定义:在工具栏上点击Inter-Object按钮T■在对话框上选择extrusion

workpiece-extrusiondummyblock7•点击Edit按钮点击Deformation卡

-8-

Friction栏上选中Shear和Constant选项，填入摩擦系数0.1（0.5）7点击

Thermal7■选中Constant选项，填入传热系数或选择传热类型Forming-＞点击

Close按钮-＞依次对其他两项设置T•点击ApplytootherRelations,点击Generate

all按钮f点击OK按钮完成边界条件设置；

2）生成库文件

在工具栏上点击Databasegeneration按钮-在Type栏选中New选项f选择

路径（英文）-＞■填入数据库文件名（英文），如stickextrusion-＞点击Check按

钮-没有错误信息则点击Generate按钮f完成模拟数据库的生成。

3）退出前处理程序

在工具栏上点击Quit按钮，退出前处理程序界面。

4）模拟运算

在主控程序界面上，单击项目栏中的stickextrusion.DB文件一单击Run按

钮，进入运算对话框r单击Start按钮开始运算7单击Stop按钮停止运算f单击

Summary,Preview,Message,Log按钮可以观察模拟运算情况。

4.2后处理

模拟运算结束后，在主控界面上单击stickextrusion.DB文件T•在Post

Processor栏中单击DEFORM-3DPost按钮，进入后处理界面。观察模拟的结果，

提取必要的数据及相关云图、曲线图等。

4.2.1挤压杆挤压速度对挤压力的影响

下面是九组是不同挤压杆挤压速度时挤压力随步数变化情况，由图可以看出

其大致走向趋势，开始时坯料在挤压垫的作用下挤进模具的锥形区域，此时挤压

力随着挤进的程度而增大，当进行到35~42步时坯料完全进入锥形区，挤压力开

始下降；大约从45步开始坯料进入定径带，由于挤压比很大，使的变形区内摩

擦力增大，挤压力快速升高，当坯料完全填充模具后，挤压力开始下降，在50

步后进入了平稳挤压阶段，挤压力变化波动不大。

速度34

—速度40

—速度22

--速度60

--速度53

速度28

速度46

--速度16

—速度10

图4-1挤压力变化曲线

-9-

4.2.2挤压杆挤压速度对破坏系数的影响

挤压过程中，挤压速度以IOmm/s的为例，如下图4-2所示

Damage

1T4

10.7

8.02

5.35

2.67

0d....i....i.(2.63①.

0.0000.5561.111.672.222.78

Time(sec)

图4-2挤压速度对破损系数的影响

可以看出，在出定径带处破坏系数最大，这是因为在出定径带处有较大的拉

应力，有可能产生毛刺、裂纹等，制品的损伤主要在其表面处。

-IO-

第五章实验数据分析

5.1挤压杆挤压速度对挤压力的影响

由4.2.1知，取动态平衡阶段的数据，利用Excel表格求出不同挤压筒挤压

模摩擦系数下的平均值，以此作为平衡挤压力。

表5-1不同挤压速度下的平衡时挤压力

速度101622283440465360

/mm

挤压平

衡时挤205195189227439110816172501710232548412225194041236432

压力19488174

/N

根据表5-1做出曲线图并分析线性回归，如图5-1。

图5-1不同挤压速度下的平均挤压力

从曲线中可以看出，方案四的平均挤压力最小，方案五的平均挤压力最大，

开始挤压坯料的温度不能及时散去，所以一段时间内，坯料与挤压模具发生粘合,

所以挤压力会稍大；随着挤压的继续进行，温度散失较慢，变形区温度可能提高,

挤压力逐渐降低，然后桶内金属冷却，变形抗力增加，挤压力稳步上升，甚至可

能大到超过突破压力，达到峰值，然后金属温度趋于平稳，挤压力再次回到几近

平稳的状态，稍有波动。

5.2挤压杆挤压速度对破坏系数的影响

由4.2.2知，将模拟的不同挤压速度下最大破损系数的数据制成如表格5-2。

表5-2不同速度下最大破损系数

速度101622283440465360

/mm

破损12.79.6387.14810.123.1515.7493.05511.62810.03

-11-

将表5-2制成曲线图如图5-2。

图5-2不同挤压速度下最大破损系数

由图在排除坏的数据点的情况下可以看出随着挤压的进行，-开始挤压速度

较小的时候，坯料的温度较高（挤压速度越慢，温度越高），此时坯料与挤压模

具有轻微粘合，所以此时破坏系数较大，且随速度增加呈逐渐下降趋势，而后，

温度基本呈不变趋势，所以此时挤压力对破坏系数的影响逐渐明显，因为挤压速

度越大，工件变形量就越快，所以破坏系数呈上升状态，但速度不能过大，否则

无法正常运行，故到一定速度破损系数趋于平缓。

-12-

总结

本设计是通过改变挤压杆速度探究对棒材挤压的影响，例如挤压力、挤压温

度、最大应变、损伤和等效应变。本设计通过DEFORM进行四分之一棒材的挤压

模拟，我们更加熟悉了挤压设计的过程；首先，挤压工艺参数与挤压方案的分配

的确定；其次，挤压工具参数确定；再次，模拟挤压的过程；最后，挤压结果分

析。

•对于本次DEFORM数值模拟，总结如下几点：

（1）挤压杆速度越大，所需的挤压力越大；

（2）挤压杆速度越大，挤压制品的温度越高；

（3）挤压杆速度越大对制品表面质量的影响越大，破坏越严重，表面质量越差。

二对本小组成员数据结果评价

由于挤压模拟存在的诸多不确定因素，所以即使是控制变量也会存在差异较大

的数据，其存在是合理性的，对此类数据我们采取参考舍去的处理方式。

三挤压速度越大，对挤压制品的质量影响越大，故挤压速度应取值合理，不能

过大也不能过小。通过本设计来探究挤压杆速度对挤压数值模拟出的而结果可能

与理论有点出入，因为对挤压实验的影响因素很多，坯料的材质、摩擦力等诸多

因素，再者由于不同组挤压模拟本身存在着差异以及动态载荷没有出现平衡点也

影响本次设计的结果。通过这次模拟训练，我们学会了许多知识。熟悉PRO\E

三维绘图软件的使用，学会了DEFORM-3D的基本操作以及相关参数的合理设置。

在这次设计过程中，我们熟悉了以前学的一些专业基础知识，设计的过程让我们

将所学知识融会贯通，也为我们以后做产品设计提供的宝贵的经验。在整个设计

完成后，我才感觉到做课程设计需要很多团队合作，分工的明确，持之以恒的态

度。我要将这些经验深入到以后的工作中，这样才能在以后的工作中完成每项任

务。

-13-

参考文献

[1]马怀宪.金属塑性加工学：挤压、拉拔与管材冷轧[M].北京：冶金工业出版社,

1991.5

⑵胡建军，李小平.DEF0RM-3D塑性成形CAE应用教程[M].北京大学出版社，

2011.1

-14-

设计小结

姓名：葛超锋学号：1010121022

1设计内容

本设计为计算机辅助棒材挤压模设计，主要研究挤压速度对挤压力及破损系

数的影响。通过组内任务分配，当计算机模拟速度为lOmm/s时，获得相应的挤

压力及破损系数的数据。根据设计要求最终确定坯料“140x300mm,成品

016mm。主要的挤压工具，包括挤压模、挤压筒和挤压垫并用PROXE绘制三维

图，最后进行计算机DEFORM模拟及后处理。本课程设计以棒材(黄铜

DIN_CuZn40Pb2)挤压成型为例，运用Deform-3D模拟软件设置各项数据进行

前处理生成数据库，之后进行后处理模拟出黄铜棒材挤压过程，将其产生的各项

数据进行分析。

2个人工模具计算参数

/,=25mm,l2=30mm,/3=300mm,/4=30mm,l5=30mm,=145mm,

J2=16.24mm,d3=21mm,D,=600mm,£)2=170mm；d=144mm工艺参数为挤

压垫摩擦系数0.1,挤压筒挤压模摩擦系数0.5,挤压温度570C,工具模预热温

度200℃。

3模拟运算及数据处理

运用DEFORM软件并把集合体坯料.、挤压垫、挤压模和挤压筒逐个导入。在模

拟的过程中要对每个集合体进行材料和相关参数的设定，主要有国际单位选择

SI,模拟步数为100,每2步进行一次保存，每步压下1mm,整个过程有热传

递过程。挤压坯料材料为DINCuZn40Pb2,设置挤压温度为570℃,然后对挤压

坯料进行网格划分和体积补偿，之后设置对称面和热交换面并保存。然后对挤压

垫、挤压模和挤压筒材料选择均为DIN-D5TUCOLD,预热温度为200C,挤压

垫的压下速度为10皿机/s,方向+z轴，并保存。最后进行摩擦系数和热传递系数

的设定，挤压垫与坯料之间的摩擦系数为0.1,坯料与挤压筒和挤压模之间均为

0.5,热传递系数5o最后进入调试阶段，调试完成后，退出后运行。经过过一

段时间运行和后处理调出了挤压垫压力变化曲线和坯料破坏系数曲线，进行数据

整合、分析。最终得出在温度在速度为10〃加/s时-，在稳定流出时最大平均挤

压力为2051951.152N,最大破坏系数为127,即得到(10,2051951.152),(10,

12.7)两组数据。

本次设计担任小组组长并负责排版，数据分析，通过参与计算数据整理了解

到各组员在计算模拟和数值参数的选取都存在差异，以至于处理数据时出现个

别据与整体出入较大。通过这次计算机辅助棒材挤压模设计的学习，让我对

DEFORM软件有了一个更深刻的了解和更熟练的操作。同时认识到对专业知识

理解不透彻，软件利用不熟练等不足。

-I5-

设计小结

姓名：宫道强学号：1010121024

1设计思路

本设计为计算机辅助棒材挤压模设计。本组为第三小组，主要研究挤压速度

对最大应力及破坏系数的影响。通过组内任务分配，我将要用计算机模拟速度为

16mm/s时，应力及破坏系数的情况。首选进行坯料的选择及挤压工艺参数的设

定，然后设计主要的挤压工具，包括挤压模、挤压筒和挤压垫并用CAD绘制三

维图，最后进行计算机DEFORM模拟及后处理。

2方案简介

本组设计最终确定坯料。140x300mm,成品。16mm；挤压模、挤压垫及挤

压筒参数为4=30,4=38，4=300，/430,/5=32.8,4=145,J2=16.24,J3=21,

Dx=600,D2=17O；

工艺参数为球压垫摩擦系数0.1，挤压筒挤压模摩擦系数0.5,挤压温度570℃,

工具模预热温度200℃。

运用DEFORM软件并把集合体坯料、挤压垫、挤压模和挤压筒逐个导入。

在模拟的过程中要对每个集合体进行材料和相关参数的设定，主要有国际单位选

择SI,模拟步数为100,每2步进行一次保存，每步压下1mm,整个过程有热

传递过程。挤压坯料材料为DINCuZn40Pb2,设置挤压温度为570C,然后对

挤压坯料进行网格划分和体积补偿，之后设置对称面和热交换面并保存。然后对

挤压垫、挤压模和挤压筒材料选择均为DIN-D5-1UCOLD,预热温度为200C,

挤压垫的压下速度为16mm/s,方向为-z轴，并保存。最后进行摩擦系数和热传

递系数的设定，挤压垫与坯料之间的摩擦系数为0.1,坯料与挤压筒和挤压模之

间均为0.5,热传递系数5。最后进入调试阶段，调试完成后，退出后运行。经

过过一段时间运行和计算得出了挤压垫压力变化曲线和坯料破坏系数曲线，从

DEFORM导出后交予我们组组成进行数据整合、分析。最终得出在温度为速度

为16mm/sH寸，最大挤压力为1892279N,最大破坏系数为9.638,即得到(16,

1892279),(16,9.638)两组数据。

3设计过程遇到的问题

在模拟过程中我遇到了一些问题，如开始模拟挤压结束后发现挤压温度偏

高，之后组内讨论可能是没有设置热交换面而导致的，之后设置了热交换面重新

模拟，温度偏高的问题就解决了。在进行网格划分的时候，开始时没有仔细阅读

设计说明书，网格划分为默认值，之后发现模拟速度偏快，询问组长得知网格是

按照单元格最小长度2mm，比例1.5划分的，之后问题就迎刃而解了。

4设计感受

通过这次计算机辅助棒材挤压模设计的学习，让我对DEFORM软件有了一

个更深刻的了解和更熟练的操作。此外，在这两周的课程设计过程中，让我对挤

压与拉拔这门课也有了一个大致的认识，熟练的掌握了对挤压工具的设计。本次

课程设计实验是组员合作完成的，明确分工，每个人都贡献出了一份力量，让我

领悟到了团队合作的重要性。此次设计让我受益匪浅。

-I6-

设计小结

姓名：胡伟钟学号：1010121029

在本次的课程设计中我们所选择的坯料为（|）140mmX300mm的黄铜（DIN

CuZn40Pb2即HPb59-l）棒材，为了确保挤压过程有一定的挤压比及确定坯料断

面圆直径为6140mm,T怎300mm的黄铜圆棒。此外方案中挤压垫摩擦系数为0.1；

坯料与挤压筒和挤压模的摩擦系数都为0.5；挤压模锥角为60℃；挤压温度为

570℃；定径带长度为30mm；工模具预热温度为200℃；根据小组的任务分配，

我的挤压杆的速度为60mm/s。

基本参数确定后，先将三维实体图画出，再进行DEFORM进行材料成型模

拟，基本前处理步骤如下：1）设置模拟控制条件；2）创建对象；3）划分网格;

4）定义材料；5）定义驱动条件；6）设置模拟控制信息；7）设置对象间关系；

8）生成数据库；9）分析模拟。然后，进行后处理。在后处理中分别导出破坏系

数曲线和载荷曲线，然后导出两图中趋于稳定时的数据进行相关分析，最终综合

分析得：最大破坏系数为10.03；稳定时的平均载荷为2364324.4N。

在后处理中可以对所需要的部位进行充分的分析，可主动生成破坏系数、应

力、应变等曲线，为我们研究材料成型过程中的金属的性能的变化提供重要的参

考数据，让我们对于材料成型过程中有了更加的深刻的了解。当然，在挤压模拟

过程中也遇到了很多问题，由于是四分之一模拟，挤压过程中必须要设对称面，如

果忘记设置会造成挤压出来的棒材弯曲。进而影响实验结果。

通过本次的课程设计我更加体会了团队合作的重要性，由于工作量比较大，我们

就必须有很好的合作意识，这样才能保证高效和正确率。这次课程设计也让我对

DEFORM软件的操作有了更深的了解。为我今后的毕业设计积累了更多的经验。

可谓收获颇丰。

-17-

个人小结

姓名：霍中旺学号：1010121031

本次计算机辅助棒材挤压课程设计已经结束，我在此次模拟中担任数据分析

的任务，我们组模拟的是挤压速度对整个过程中各变量因素(挤压力，破坏系数

等)的影响，设计中每个组员均进行了一个以挤压速度(10~60mm/s)为变量的

Deform模拟，通过各成员的共同努力，提取数据。然后整理分析得出一组比较

合适的数据，之后，我通过Excel对这些数据进行整合分析，做出分布曲线，然

后根据曲线走势做出回归曲线，再根据曲线走势分析挤压速度对平均挤压力和最

大破坏系数的影响。

通过这次数据分析任务使我清楚的认识到自己还有许多不懂的地方，在别人

看来很简单的任务，我还要上网查资料，把课本看了一遍又一遍，通过组内成员

的帮忙，终于勉强的完成了任务。

这次课程设计让我学到很多以前不会的知识及技能，尤其是在对Excel的操

作中受益匪浅，另一方面，团结合作也是极其重要的。所以说这次课程设计可以

说是对我们每个人的一个全面的检测。

-18-

设计小结

姓名：胡松学号：1010121028

本设计为计算机辅助棒材挤压模设计，主要研究挤压速度对最大应力及破坏

系数的影响。通过组内任务分配，当计算机模拟速度为28mm/s时，获得应力及

破坏系数的情况。首选进行坯料的选择及挤压工艺参数的设定，本组设计最终确

定坯料。140x300mm,成品。16mm.然后设计主要的挤压工具，包括挤压模、挤

压筒和挤压垫并用CAD绘制三维图，最后进行计算机DEFORM模拟及后处理。

本课程设计以棒材(黄铜DIN_CuZn40Pb2)挤压成型为例，研究挤压预热温度

对挤压变形参数、模具结构形状与尺寸对金属流动、变形力等参数的影响。用

CAD制图方便简洁,易修改，速度快,实验图使用CAD画出来，然后导入Deform,

运用Deform-3D模拟软件设置各项数据进行前处理生成数据库，之后进行后处

理模拟出黄铜棒材挤压过程，将其产生的各项数据进行分析，编辑Word文档。

其中挤压模、挤压垫及挤压筒参数为/尸30,乙=35，4=300，4=30，4=32，

4=145,=16.24,4=21，2=600,£>2=170；工艺参数为挤压垫摩擦系数0.1,

挤压筒挤压模摩擦系数0.5,挤压温度570C,工具模预热温度200℃。

运用DEFORM软件并把集合体坯料、挤压垫、挤压模和挤压筒逐个导入。

在模拟的过程中要对每个集合体进行材料和相关参数的设定，主要有国际单位选

择SI,模拟步数为100,每2步进行一次保存，每步压下1mm,整个过程有热

传递过程。挤压坯料材料为DINCuZn40Pb