课程设计 陆文杰 挤压模具尺寸及工艺参数的制定

1、目录第一章挤出模具尺寸和工艺参数的制定21.1实验任务21.2挤压温度的选择3挤压速度的选择31.4摩擦系数的选择31.5毛坯直径的测定41.6空白长度的确定4第二章工具和模具尺寸42.1挤压缸4的尺寸模具尺寸设计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第四章设计过程和步骤制定84.1几何实体图84.2开发DEFORM模拟流程8第五章挤压过程的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变形过程中锥角对温度的影响175.5锥角对失效系数的影响195.6分析总结21第六章总结22第七章参考文献23第一章是挤

2、压模具尺寸和工艺参数的制定1.1实验任务已知毛坯为140300毫米，材料为黄铜(DIN-CuZn40Pb2)。待加工的挤压产品为18毫米，挤压模具工作带长度为40毫米，挤压杆速度为30毫米/秒，挤压垫摩擦系数为0.2，挤压筒与挤压模具摩擦系数为0.4，挤压温度为590，模具预热温度为300。挤压示意图如图1-1所示挤压模空白的容器挤压垫图1-1挤出示意图1.2挤压温度的选择挤压温度对热加工产品的组织和性能有很大影响。挤压温度越高，产品的粒度越粗，挤压产品的抗拉强度、屈服强度和硬度越低，延伸率越高。由于黄铜在730时具有最高的塑性，并且由于挤压过程中产生的变形和摩擦热，配料的温度升高，如果将黄铜

3、预热到730，坯料可能会超过最佳塑性成形温度。挤压筒和模具也应预热，以防止过度传热造成金属温度分布不均匀，从而影响产品质量。预热温度不应与钢坯温度相差太大。本次设计挤压温度为590，模具预热温度为300，满足要求。挤压速度的选择挤压速度对产品组织和性能的影响是通过改变金属的热平衡来实现的。挤压速度低，金属散热多，导致挤压产品尾部加工结构；挤压速度快，锭坯与工具内壁接触时间短，能量传递过晚，会导致变形区的绝热挤压过程，导致金属速度越来越高，导致产品表面裂纹。而且在保证产品质量和设备能量的前提下尽可能提高挤出速度。根据表2-312，发现黄铜的允许挤压速度为25 51毫米/秒，设计挤压速度为30毫米

4、/秒，满足要求。1.4摩擦系数的选择根据设计要求、选择的模具和坯料材料以及挤压温度，挤压垫和坯料之间的摩擦系数设定为0.2，挤压筒和坯料之间、挤压模具和坯料之间的摩擦系数均设定为0.41.5毛坯直径的测定挤压产品被称为黄铜棒，其规格为。根据表7-1，找到了黄铜的挤压比，如果你拿它，你可以得到它；其中，为挤压筒的横截面积；产品的横截面积；挤压筒内径；产品直径。为了将热锭顺利送入挤压筒，直径差必须控制在一定范围内。从表7-121中，选择卧式挤压机，然后取直径差。所以空白的直径是1.6空白长度的确定对于重金属棒锭的最大长度1，有；取空白的长度。第二章工具和模具的尺寸本章主要设计挤压模具，各部分尺寸如

5、图1-1所示。2.1挤压筒尺寸的确定2.1.1挤压筒内径由于挤压坯料的外径为140毫米，考虑到坯料在挤压过程中的热膨胀，间隙值 d挤压垫的外径应小于挤压筒的内径。过大，可能形成局部脱皮和挤压，从而影响产品质量；然而，该值不应太小，以防止与挤压筒的摩擦加速其磨损。它与挤压筒的内径有关，其中1用于卧式挤压机，它用于本设计。挤压垫的直径为；挤压垫的厚度可以等于其直径的0.20.7倍，即嗯。Take=50毫米。2.1.4挤压筒长度l1；其中：-空白的最大长度；-当铸锭穿孔时，金属长度增加；模具进入挤压筒的深度；挤压垫的厚度。取300mm，=0，t=0，s=50mm，so=350mm。考虑到从挤压杆到挤

6、压筒的距离，该设计需要=30毫米，并且挤压筒的实际长度L=350 30=380mm毫米。模具尺寸设计2.2.1工作区长度工作带，又称定尺带，是稳定产品尺寸和表面质量的关键部件。如果上浆带的长度太短，模具容易磨损，产品表面会被压碎，导致压痕和椭圆等缺陷。但是，如果工作带太长，很容易粘上金属，导致产品表面出现划痕、毛刺、凹坑和其他缺陷。在本设计中，工作带长度取=40毫米。2.2.2工作区直径根据尺寸偏差、冷却收缩和模孔尺寸的变化，工作带直径为1；其中：-挤出产品的直径；公差系数，一般黄铜为0.014 0.016，本设计为0.015。2.2.3出口直径一般情况下，模具的出口直径应比工作带的直径大mm

7、1，如果过小，产品表面会被划伤，所以取4mm。因此，出口直径=18.274=22.27毫米2.2.3出口带长度出口带的长度可以立即设置，这里我们设置出口带的长度=30毫米。入口圆角半径r入口圆角半径r的作用是防止低塑性合金在挤压过程中产生表面裂纹，减少金属在进入工作区时的非接触变形，同时减少模具在高温挤压过程中入口棱角的塌陷，并快速改变模孔尺寸。为了保证产品的表面质量，模具入口处应采用圆弧过渡，入口圆角半径R的选择与产品尺寸、挤压温度和金属强度有关。对于黄铜，R值为2 5毫米1。在本设计中，入口圆角的半径为r=5毫米。2.2.4挤压模外径模具外圆的直径和厚度主要根据其强度和标准系列来考虑。它与

8、挤压型材的类型、挤压的难度和合金的性能有关。根据经验，对于棒材、管材、带材和简单型材，模具的外径等于最大外接圆直径1的倍数，最大外接圆直径等于毛坯直径，即=140毫米，那么=(1.25 1.45)=(1.25 1.45)140=175 203毫米，取=200毫米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具的锥角，锥角的选择范围为。选择八个有代表性的锥角值，每个团队成员完成其中一个对应的设计方案。3.2制定设计方案该组设计方案分布见表3-1。表3-1设计方案分布设计方案12345678尖角2030405060708090注：参照金属塑性加工学，当时挤压力最小，最小挤压力的最佳模

9、具角度范围为。因此，在此区域进行选择；然后，在该区域的前后范围内，取三个特征值完成设计方案的设计。结合毛坯、挤压工艺参数和模具结构参数的设计，利用AUTO CAD绘制了毛坯、挤压模具、挤压垫和挤压筒的几何实体。然后使用DEFORM软件模拟选定的设计方案。最后，该小组分享了彼此的设计数据，并在一起讨论和分析了设计结果后，得出了设计结论。具体设计过程和数据分析见以下章节。第四章设计过程和步骤制定4.1几何实体的绘制根据票据的结构参数设计创建新问题并进入预处理界面。4.2.1机组系统的选择单击模拟控制按钮主按钮，在单位列中选择国际标准单位制。4.2.2定义对象的材料模型添加一个对象并将其重命名为挤压

10、工件、挤压模具、挤压虚拟块和挤压腔，在对象树中选择挤压工件，然后单击“常规”按钮对其进行造型。选择“塑料”选项，单击“指定温度”按钮，填入温度590，单击“确定”按钮，在对象树中选择“挤压虚拟块”材质为“刚性”，单击“常规”按钮，选取“刚性”选项，单击“指定温度”按钮，填入温度300，单击“确定”按钮，按下垫作为活动零件，选中“主模具”选项(不勾选其他选项)并重复，定义其他工具和模具的材料模型。4.2.3模拟控制设置点击模拟控制按钮主按钮，在模拟标题栏中填写“棒形挤压”，在操作标题栏中填写“变形传热”，勾选“传热”和“变形”选项，点击步骤并按按钮，在模拟步骤数栏中填写模拟步骤数为100，在10

11、0步骤增量保存栏中填写5，在主模栏中选择挤压模拟块。 在“模具位移”列中填入距离步长为1，单击停止选项，并在“主模具位移”列的x方向填入50，然后单击“确定”按钮完成模拟设置。4.2.4实体网格划分在对象树上选择挤压工件，单击“网格”，选择“详细设置”的“常规”选项卡，单击“绝对”，将“尺寸比”更改为1.5，选择“最小元素尺寸”作为元素尺寸，最小单元长度应为接触零件的最小尺寸。此设计的最小尺寸是入口圆角半径，为5毫米，因此最小单元长度设置为2毫米。单击“曲面网格”生成曲面网格，然后单击“实体网格”生成物理网络。4.2.5设置对象材质属性在对象树中，选择挤压工件，单击材料选项，单击其他，单击DI

12、N-CuZn40Pb21020-1740F选项，然后单击加载以完成添加材料属性。4.2.6设置活动工具的运行速度在对象树上选择拉伸虚拟块，单击移动，在类型列上单击速度选项，然后选择要在方向上运行的活动工具。例如，-X选择速度卡上的定义选项，其属性选择为常数，并填写几个值，如30毫米/秒.4.2.6设置空白边界条件实验中使用了四分之一模式，因此应该设置对称平面。毛坯对称面的设置：选择对象挤压工件，点击【旋转】。Cnd按钮，选择对称平面图标，选择空白的对称平面，点击添加按钮；模具对称面的设置：选择挤压虚拟块，点击几何按钮，选择对称面，选择模具对称面，点击添加按钮(其他设置相同)。4.2.8工件体积

13、补偿为了考虑网格的目标体积，自动补偿计算和网格细分过程中的体积损失，需要设置体积补偿参数。在对象树上选择挤压工件，单击“属性”，在“目标体积”卡上选择“在有限元网格中激活”选项，在“蠕变计算”卡上选择“激活”选项，然后单击“计算体积”按钮。4.2.9边界条件的定义单击工具栏上的“对象间”按钮，在对话框中选择挤压工件-挤压虚拟块，单击“编辑”按钮，单击“变形”卡的“摩擦”栏，选择“剪切”和“常数”选项，从先前工艺参数的设计中填入0.3的摩擦系数，单击“热”，选择“常数”选项，然后选择传热类型作为“成形”。重复，并依次设置其他联系关系。单击“全部生成”按钮生成所有联系人关系。然后单击“公差”按钮，定义毛坯与刀具和模具之间的相互嵌入深度，进入接触状态，然后单击“确定”按钮，完成边界条件设置。4.2.10生成库文件单击工具栏上的数据库生成按钮，单击检查按钮，如果没有错误消息，单击生成按钮完成模拟数据库的生成。4.2.11过程模拟和后处理退出预处理操作，点击模拟器卡中的运行选项，模拟相应的过程，直到达到相应的终止条件，自动停止进入Deform后处理界面，完成相应的后处理操作。注：由于本设计只考虑了挤压模内各种参数的变化，没有考虑挤压毛坯与空气之间的热交换，因此不需要设置热传导的边界条件。第五章挤压过程的CAE分析5.1锥角对挤压力的影响5.1.