20mm紫銅棒擠壓成型平流模結(jié)構(gòu)優(yōu)化的虛擬設(shè)計(jì)

1、第1章 概 述 31.1 擠壓 31.2 DEFORM-3D- 3 -1.3 紫銅棒應(yīng)用及發(fā)展 4第 2 章 擠壓工藝參數(shù)設(shè)計(jì) 62.1 擠壓方案 62.2 擠壓工藝參數(shù) 6第 3 章變形工模具設(shè)計(jì) 83.1 擠壓模具的選擇 83.2 擠壓模的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 93.3 擠壓筒的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 10第4章DEFORM-3瞅值模擬 114.1 前處理 114.2 數(shù)據(jù)提取 11第 5 章 結(jié)果分析 145.1 擠壓力的分析145.2 破壞程度的分析155.3 模具磨損程度的分析16總結(jié) 17參考文獻(xiàn) 18致 謝 19插圖清單.7 7圖4-1擠壓墊載荷分布圖 11圖5-1擠壓速度對(duì)平均載荷值的變化 .

2、13圖5-2?？诎霃綄?duì)平均載荷值的變化 13圖5-3擠壓速度對(duì)破壞系數(shù)的變化.14圖5-4?？诎霃綄?duì)破壞系數(shù)的變化.14圖5-5擠壓速度對(duì)磨損深度的變化.15圖5-6擠壓速度對(duì)磨損深度的變化.15表格清單表2-1擠壓方案參數(shù)表 .：6表4-1擠壓墊平均擠壓力 ：-11表4-2坯料最大破壞系數(shù) :：12表4-3擠壓模磨損深度 .：12?20 紫銅棒擠壓成型平流模結(jié)構(gòu)優(yōu)化的虛擬設(shè)計(jì)摘要本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用DEFORM-3D擬紫銅棒擠壓過程，分析擠壓過程中擠壓速度和?？诎霃綄?duì)擠壓過程中擠壓力、破壞傾向、模具磨損等方面的影響及其機(jī)理。通過計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出擠壓速度和?？诎霃降挠绊懸?guī)律，從而得出最佳的擠

3、壓工藝參數(shù)。這一模擬實(shí)驗(yàn)為生產(chǎn)提供一定可行的經(jīng)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約研發(fā)成本以及降低實(shí)際實(shí)驗(yàn)所造成的污染等問題。在此次設(shè)計(jì)中，核心問題是擠壓方案的確定和模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，其中，需要值得注意的是在應(yīng)用 DEFORM-3D件擠壓模擬過程中，前處理中相關(guān)參數(shù)的設(shè)置直接影響到模擬的過程是否順利， 模擬的結(jié)果是否符合實(shí)際， 模擬的數(shù)據(jù)是否正確。在后處理中，提取的數(shù)據(jù)如何處理和分析才能得到最優(yōu)的擠壓工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)參數(shù)。關(guān)鍵詞：紫銅；擠壓速度；DEFORM-3D®模具磨損The virtual design of structure optimization of extrusion

4、 formingadvection mode of ?20 purple copperAbstractThis design mainly uses DEFORM-3D simulation copper bar extrusion process, including the analysis of extrusion process of extrusion speed and die radius of influence of extrusion in the process of extrusion stress and destructive tendencies, tool we

5、ar and its mechanism. The influence of the extrusion speed and the radius of the die is obtained by computer simulation, and the optimum extrusion parameters are obtained. This simulation experiment provides some feasible experience reference data for production, improve production efficiency, save

6、development cost and reduce pollution caused by actual experiment. In this design, the core problem is extruding scheme determination and simulation analysis of the experimental results, the need to pay attention to is the application software of DEFORM-3D extrusion process simulation and relevant p

7、arameters in the pretreatment setting directly affects the simulation process is smooth, simulation results is in accordance with the actual and simulated data is correct. In the post-processing, the extraction of the data and the analysis of how to get the optimal extrusion process parameters and m

8、old structure parameters.Keywords: copper; extrusion speed; DEFORM-3D simulation; tool wear第1章 概 述1.1 擠壓擠壓方法根據(jù)不同的特征可以分為很多種類。首先按制品流出方向分類，擠壓可分為正向擠壓和反向擠壓，正擠壓和反擠壓也是最基本的方法，其中正向擠壓的擠壓桿運(yùn)動(dòng)方向與金屬流動(dòng)的方向相同，其主要特點(diǎn)是坯料與擠壓筒內(nèi)壁間有相對(duì)滑動(dòng)，即兩者之間存在較大的外摩擦；而反向擠壓的擠壓桿的運(yùn)動(dòng)方向與金屬流動(dòng)方向相反，且與擠壓筒內(nèi)壁間無相對(duì)滑動(dòng)，即不存在外摩擦。正擠壓與反擠壓有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)，這就決定了它們的適用范

9、圍，而且對(duì)擠壓過程、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率等有著極大的影響。擠壓又可分為溫?cái)D壓、熱擠壓和冷擠壓，熱擠壓必須要在再結(jié)晶溫度以上才能進(jìn)行；冷擠壓必須要求在回復(fù)溫度以下才能進(jìn)行，最好保持在在室溫左右進(jìn)行；溫?cái)D壓應(yīng)該在回復(fù)溫度以上和再結(jié)晶溫度以下的范圍中進(jìn)行。熱擠壓和冷擠壓是金屬壓力加工的兩大重要部分，而溫?cái)D壓發(fā)展比較晚，應(yīng)用范圍也十分局限。本次設(shè)計(jì)研究的是紫銅棒的正向熱擠壓。1.2 DEFORM-3D1.3 紫銅棒應(yīng)用及發(fā)展銅合金種類很多，但它們的塑性加工性能差異較大。紫銅、黃銅、青銅和白銅均有較好的熱加工性能，變形溫度為。除含鈹、鉻、鋯等青銅合金除外，對(duì)銅合金進(jìn)行變形加工，很容易產(chǎn)生加工硬化。塑性最好

10、的紫銅的熱態(tài)、冷態(tài)壓力加工變形率均可達(dá)到以上。銅和銅合金的塑性變形加工，除應(yīng)保證制品的力學(xué)性能穩(wěn)定一致，尺寸公差在誤差范圍內(nèi)和表面質(zhì)量符合實(shí)際生產(chǎn)需求外，對(duì)要求具有深沖性能的銅材還要控制晶粒大小，為控制制品的晶粒度，在冷加工時(shí)，要注意控制中間退火工藝制度和變形量；在熱加工時(shí)，要注意對(duì)加熱溫度的控制。紫銅棒材的熱塑性極好， 適用于熱擠壓變形。 紫銅棒的擠壓流出速度較其他銅合金高，速度可達(dá)毫米/ 秒，而錫磷青銅僅為毫米/ 秒。紫銅的最大擠壓比要比黃銅大500 倍，而青銅的擠壓比為, 白銅的擠壓比為。由此可以看出紫銅棒的熱塑性非常好，適用于熱擠壓加工。紫銅棒因外觀顏色呈紫紅色而得名，由于紫銅有著優(yōu)良

11、的導(dǎo)電性，其線材主要用作導(dǎo)電材料，因此在電氣方面應(yīng)用非常廣泛，紫銅線材一般通過冷拉得到，然后需進(jìn)行退火處理以改善導(dǎo)電性能。中國紫銅加工材料按成分可分為：普通紫銅、無氧銅、脫氧銅、添加少量合金元素的特種銅四大類。紫銅的熱導(dǎo)率僅次于銀，廣泛用于導(dǎo)熱器材。而且紫銅在大氣、海水和某些非氧化性酸、堿、鹽溶液及多種有機(jī)酸中有良好的耐蝕性，廣泛用于化學(xué)工業(yè)。綜上所述，紫銅具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性和加工性能 , 可以焊接和釬焊。紫銅棒的用途比純鐵廣泛得多，每年有50%的銅被電解提純?yōu)榧冦~，用于電氣工業(yè)，但用于該工業(yè)的銅一般都必須是無氧銅。另外，鉛、銻、鉍等雜質(zhì)會(huì)使銅的結(jié)晶不能結(jié)合在一起，很容易造成熱脆

12、，因此也會(huì)對(duì)純銅的加工有很大影響。這種純度要求很高的銅，一般采用電解法精制得到：在陽極放置粗銅，陰極上放置純銅，以硫酸銅溶液為電解液。當(dāng)電流通過后，陽極上粗銅逐漸熔解于電解質(zhì)溶液中，通過化學(xué)置換反應(yīng)，電解液中銅便逐漸沉淀在陰極上。這樣精制而得的銅 ; 純度可達(dá)99.99%。銅的冶煉行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中基礎(chǔ)性行業(yè)，銅的礦產(chǎn)資源豐富，銅廣泛應(yīng)用于航空航天、電工電氣、交通設(shè)備、工業(yè)設(shè)備、醫(yī) 學(xué)以及人們?nèi)粘Ｉ钣闷?，中國使用銅的歷史悠久，其冶煉技術(shù)也在一直發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn) 代生活對(duì)純銅的需求量更高，在保證純銅的加工要求綠色環(huán)保下，其冶煉和加工技術(shù)必須 進(jìn)一步革新，這樣才能加快社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，滿足人們的需求

13、和提高國家的經(jīng)濟(jì)地位。第2章擠壓工藝參數(shù)設(shè)計(jì)2.1擠壓方案表2-1擠壓方案參數(shù)表2.2擠壓工藝參數(shù)查閱參考文獻(xiàn)得知紫銅的擠壓比范圍為10-400,本實(shí)驗(yàn)在此范圍內(nèi)取擠壓比九二100第3章變形工模具設(shè)計(jì)3.1 擠壓模具的選擇3.2 擠壓模的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)3.3擠壓筒的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)所以：第4章DEFORM-3激值模擬4.1 前處理( 1) 首先新建文件進(jìn)入前處理中進(jìn)行模擬控制的設(shè)置選用 SI 單位制進(jìn)行運(yùn)行， 模擬設(shè)置為30步，每2步保存一次，控制方法定義為步長(zhǎng)增量，設(shè)置為2mm/stepo所用的算法為 Direat iteration 。(2)單擊三次導(dǎo)入圖標(biāo)分別增加擠壓墊、模具以及擠壓筒，選擇w

14、orkpiece,常規(guī)設(shè)置中選擇溫度850C ,材料設(shè)置為CDA11070-1650F(20-900),導(dǎo)入已做好的坯料并檢查。(3)完成檢查后單擊網(wǎng)格劃分，在細(xì)節(jié)設(shè)置，絕對(duì)尺寸設(shè)置中選擇最小尺寸3mm,比例系數(shù)2，分別進(jìn)行表面網(wǎng)格和實(shí)體網(wǎng)格的生成。( 4)因所設(shè)計(jì)的方案為1/4 對(duì)稱模擬，故需要設(shè)置對(duì)稱面以及導(dǎo)熱面，添加坯料的兩個(gè) 1/4 切割面為對(duì)稱面，再設(shè)置除了對(duì)稱面以外的其他面為導(dǎo)熱面。( 5)設(shè)置里再添加體積補(bǔ)償完成坯料的基本設(shè)置。( 6)擠壓墊基本設(shè)置中選擇溫度350，導(dǎo)入已做好的擠壓墊并檢查。(7)選擇移動(dòng)設(shè)置，設(shè)置方向?yàn)樾枰獢D壓的方向，速度設(shè)置為 10mm/s。(8)擠壓?；?/p>

15、設(shè)置中選擇溫度350，導(dǎo)入已做好的擠壓模并檢查。(9)檢查完成后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，材料設(shè)置為 AISI-H-13 (mashining),在細(xì)節(jié)設(shè)置， 絕對(duì)尺寸設(shè)置中選擇最小尺寸3mm,比例系數(shù)2,分別進(jìn)行表面網(wǎng)格和實(shí)體網(wǎng)格的生成。( 10)同樣設(shè)置兩個(gè)1/4 切割面為對(duì)稱面，模具內(nèi)部其余的面設(shè)置為導(dǎo)熱面。(11)選擇高級(jí)設(shè)置并在其硬度設(shè)置中選擇數(shù)值為55。(12)擠壓筒基本設(shè)置中選擇溫度350，導(dǎo)入已做好的擠壓筒并檢查。(13)定義物體間的接觸關(guān)系，摩擦因數(shù)為0.3，取熱傳導(dǎo)系數(shù)為5，之后進(jìn)行工具磨損設(shè)置，輸入a=1,b=1,c=2,k=0.000002全部生成后結(jié)束定義關(guān)系設(shè)置。(14)待前處

16、理設(shè)置完成后，檢查 DB 文件設(shè)置， 確認(rèn)無誤后生成DB 文件。 然后關(guān)閉前處理界面再運(yùn)行所生成的 DB 文件。( 15)用以上方式輸入不同方案所需要分析的變量，并8 逐個(gè)生成所有的 DB 文件。4.2 數(shù)據(jù)提取由于本次設(shè)計(jì)我們主要研究?？诎霃脚c擠壓速度對(duì)擠壓力、破壞系數(shù)和模具磨損的影響規(guī)律，因此我們只要在DEFORM 模擬后處理中觀察載荷分布圖，破壞系數(shù)分布圖和模具磨損深度分布圖并將其數(shù)據(jù)提取出來進(jìn)行處理和分析。(1)擠壓力的數(shù)據(jù)提?。含F(xiàn)對(duì)?？诎霃綖?40mm 的擠壓模，擠壓速度為10mm/s 的第一個(gè)方案進(jìn)行處理分析，其擠壓墊的載荷圖如圖 4-1。Load PredictionY Load

17、 (N)6.28e + 0060.0000,1 790 3590,5380.7180.897Time (sec)圖4-1擠壓墊載荷分布圖觀察擠壓墊載荷分布圖，發(fā)現(xiàn)在0.022s后載荷值處于波動(dòng)起伏狀態(tài)，但波動(dòng)值不大，將該 時(shí)刻后的所有數(shù)據(jù)提取出來，去掉若干較小的和較大載荷值，使用EXCEL表格求得平均載荷值，其他方案也按上述方法進(jìn)行操作，整理后共16組數(shù)據(jù)，將其繪成表格4.2。（2）破壞系數(shù)的數(shù)據(jù)提?。涸谶@里我們研究的是紫銅棒的破壞程度，在后處理中，選 中Damage,通過動(dòng)態(tài)模擬過程，觀察分析圓角半徑處的破壞系數(shù)變化情況，當(dāng)出現(xiàn)明顯 增大時(shí)，既可選擇導(dǎo)出該組數(shù)據(jù)。其余方案與此處理方法相同，其

18、處理數(shù)據(jù)結(jié)果如表4-2表4-2坯料最大破壞系數(shù)、?？诎霃剑╩m）擠壓速度（mm/s：f-（3）模具磨損的數(shù)據(jù)提?。涸谶@里我們研究的是擠壓模的磨損深度，在后處理中， 從模具的磨損深度分布圖中其磨損深度是隨擠壓步數(shù)的增加而增加的，因此我們要從坯料 開始進(jìn)?？姿闫穑涗浵逻M(jìn)?？啄且豢痰臅r(shí)間和磨損深度值，然后在經(jīng)過一定時(shí)間后，我 的時(shí)間間隔是0.05s,記錄0.05s后的那一刻的磨損深度值，再求出兩個(gè)時(shí)刻的磨損差值, 最后將所有方案數(shù)據(jù)整理繪成表格 4-3。表格4-3擠壓模磨損深度（mm）?？诎霃剑╩m）擠壓速度（mm/s）第5章結(jié)果分析5.1 擠壓力的分析圖5-1擠壓速度對(duì)平均載荷值的變化通過表4-

19、1可以繪成曲線趨勢(shì)圖如圖所示。5 5 5 4 5S,4.3.擠壓速度（mm/s）圖5-2?？诎霃綄?duì)平均載荷值的變化由5-1圖可得：隨著擠壓速度的增加，載荷值逐漸增大，即擠壓力增大，達(dá)到一定速度 時(shí)，擠壓力出現(xiàn)了下降趨勢(shì)，是由于擠壓速度增加，溫度升高，有利于回復(fù)與再結(jié)晶的進(jìn) 行，使變形抗力在一定程度上有所下降，故使得擠壓力有下降趨勢(shì)。由 5-2圖可得：隨著 模口半徑的增加，擠壓力逐漸增加，半徑達(dá)到一定大小時(shí)，擠壓力出現(xiàn)了下降趨勢(shì)。5.2 破壞程度的分析通過表4-2可以繪成曲線趨勢(shì)如圖所示5 3 5 2 5 13.2.L102030擠壓速度(ian/s)5-34050_ Av25 3 5 2 -o

20、 1& ZL圖5-4?？诎霃綄?duì)破壞系數(shù)的變化由圖5-3可以看出：當(dāng)?？诎霃綖?0mm時(shí)，隨著擠壓速度的增加，破壞系數(shù)有減小 的趨勢(shì)；當(dāng)?？诎霃綖?0mm時(shí)，隨著擠壓速度的增加，破壞系數(shù)有增大的趨勢(shì)；而?？?半徑為100mm的破壞程度隨擠壓速度變化不明顯，?？诎霃綖?80mm的破壞程度隨擠壓 速度增加反而使破壞傾向減小，擠壓速度繼續(xù)增加，其破壞傾向又出現(xiàn)了波動(dòng)，此曲線不 合實(shí)際情況。由圖5-4可以看出：當(dāng)擠壓速度為20mm/s和30mm/s時(shí)，隨著?？诎霃降脑?加，破壞系數(shù)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)；而擠壓速度為10mm/s和30mm/s時(shí)，破壞系數(shù)波 動(dòng)較大，不合實(shí)際情況。5.3 模具磨損

21、程度的分析通過表4-3可以繪成曲線趨勢(shì)圖如圖所示擠壓速度(mn/s)圖5-5擠壓速度對(duì)磨損深度的變化*10-*20*30一4008jhi 三 O24 2 0 o O6().圖5-6擠壓速度對(duì)磨損深度的變化由圖5-5可以看出：隨著擠壓速度的增加，各個(gè)方案的磨損深度都隨之增大，因此擠壓速度越小對(duì)模子的磨損越小，提高了模子的耐用度。由圖5-6也能看出速度越小越好，磨損越低；從圖中可以觀察到擠壓速度為 10mm/s時(shí)的模具磨損深度最近，因此該速度值 為最佳擠壓速度。而當(dāng)擠壓速度為 30mm/s時(shí)，模子磨損深度隨?？诎霃较葴p小后增大的 趨勢(shì)，因此?？诎霃皆谄錁O小值處取得最優(yōu)值。從圖中可以觀察得到?？诎霃?/p>

22、在40mm60mm區(qū)間內(nèi)所受的磨損程度較低?？偨Y(jié)本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用 DEFORM 模擬紫銅棒擠壓過程，分析實(shí)驗(yàn)參數(shù)即?？诎霃胶蛿D壓速度對(duì)擠壓力、破壞傾向、模具磨損等方面的影響及其機(jī)理。模擬實(shí)驗(yàn)之前先要確定設(shè)計(jì)方案，有了明確的方案之后，再進(jìn)行擠壓參數(shù)的確定，這關(guān)系到模擬實(shí)驗(yàn)前處理中的各項(xiàng)參數(shù)的確定，然后進(jìn)行模具和坯料結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定，這關(guān)系到構(gòu)造三維模型和導(dǎo)入前處理中的使用，三維造型軟件選擇PRO/E,注意繪圖時(shí)各模具的相對(duì)位置，這關(guān)系到前處理中接觸關(guān)系設(shè)置，最后進(jìn)行DEFORM 數(shù)值模擬，前處理一定要注意對(duì)坯料網(wǎng)格的劃分，網(wǎng)格劃分不宜太小或太大，否則會(huì)影響后處理中擠出的制品質(zhì)量。還有前處理中對(duì)模具

23、的磨損設(shè)置一定要注意對(duì)擠壓模的網(wǎng)格劃分，以及對(duì)材料和硬度的設(shè)置，這關(guān)系到后處理中的模具磨損深度變化，這也是模擬過程中經(jīng)常忽視的問題，一定要引起重視。接下來就是觀察后處理各因素變化和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，將各因素指標(biāo)隨擠壓工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)參數(shù)變化繪成圖表，這樣便于觀察和分析曲線趨勢(shì)，分析觀察圖表時(shí)如發(fā)現(xiàn)某些點(diǎn)或曲線趨勢(shì)明顯不符合實(shí)際情況，那么就應(yīng)該去掉這些點(diǎn)或曲線，最終得到最優(yōu)的擠壓工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)參數(shù)。 通過紫銅棒擠壓模擬實(shí)驗(yàn)， 本次設(shè)計(jì)最優(yōu)的擠壓工藝參數(shù)， 即擠壓速度在10mm/s處的所分析的指標(biāo)最為理想，而本人覺得在實(shí)際生產(chǎn)中擠壓速度低于 10mm/s 可能會(huì)增大生產(chǎn)效率，有利于延長(zhǎng)模子的壽

24、命。本次最優(yōu)的模具結(jié)構(gòu)參數(shù)我們只需要研究擠壓模的結(jié)構(gòu)參數(shù)，即?？诎霃皆?060mm區(qū)間內(nèi)所分析的各項(xiàng)指標(biāo)更為理想，尤其對(duì)模具磨損深度影響最小。這樣就完成了對(duì)紫銅棒擠壓成型平流模結(jié)構(gòu)優(yōu)化的虛擬設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1楊守山主編.有色金屬塑性加工學(xué) .北京：冶金工業(yè)出版社， 1983.2 馬懷憲主編.金屬塑性加工學(xué) 擠壓、拉拔與管材冷軋.北京：冶金工業(yè)出版社，1980.3徐振越，孫海洋，梵志新等.銅材連續(xù)擠壓的腔體溫度控制方法J.控制工程，2006,13（5） :51-534陳義武，陳敬超,張昆華.銅的熱擠壓有限元模擬J.現(xiàn)代制造工程，2006, （5） :5-75林高用，周佳，張振峰等.基于DEFORM的金屬壓力加工數(shù)值模擬J.熱加工工藝,200 6,35（17）:51-536薛永棟，韓靜濤.基于DEFORMD的金屬壓力加工數(shù)值模擬J.冶金設(shè)備，2007, （4）: