DEFORM課程設(shè)計資料

1、第一章 坯料及工藝參數(shù)的設(shè)計 -1 -1.1坯料尺寸的確定-1 -1.1.1坯料直徑設(shè)計-1 -1.1.2坯料長度設(shè)計 -1 -1.2工藝參數(shù)的設(shè)計-1 -1.2.1摩擦系數(shù)的確定 -1 -1.2.2擠壓速度的確定 -2 -1.2.3工模具預(yù)熱溫度的確定 -2 -第二章 模具尺寸的確定 -3 -2.1擠壓工模具示意圖 -3 -2.2.1模子的結(jié)構(gòu)及其尺寸的確定 -3 -2.2.2擠壓墊的結(jié)構(gòu)及尺寸確定 -5 -2.2.3 擠壓筒的結(jié)構(gòu)及尺寸確定 -5 -2.3擠壓工模具尺寸圖 -6 -第三章 擠壓模擬試驗 -7 -3.1前處理-7 -3.1.1添加對象-7 -3.1.2單位制度選擇-7 -3.

2、1.3導(dǎo)入和定義材料并設(shè)置對稱面 -7 -3.1.4網(wǎng)格劃分及工件體積補償 -7 -3.1.5設(shè)置運動參數(shù) -7 -3.1.6模擬控制設(shè)置-7 -3.1.7定義接觸關(guān)系-7 -3.1.8生成庫文件 -7 -3.1.9退出前處理-8 -3.2 運行- 8 -3.3后處理-8 -第四章 實驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析 -9 -4.1擠壓工模具預(yù)熱溫度對載荷的影響 -9 -4.2擠壓工模具預(yù)熱溫度對最大應(yīng)力的影響 -9 -4.3擠壓工模具預(yù)熱溫度對最大應(yīng)變的影響 -10 -4.4擠壓工模具預(yù)熱溫度對最小溫度的影響 -10 -4.5擠壓工模具預(yù)熱溫度對最大溫度的影響 -11 -總 結(jié)-12 -參考文獻-13 -第一

3、章坯料及工藝參數(shù)的設(shè)計1.1坯料尺寸的確定坯料尺寸的確定十分重要。坯料尺寸選擇的是否合理，直接影響到擠壓制品的質(zhì)量、 成品率、生產(chǎn)率等技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。坯料尺寸（直徑和長度）越大，制品越長，從而使切頭 尾、切壓余的幾何損失和擠壓周期內(nèi)的輔助時間所占的比例降低。對壓余所導(dǎo)致的金屬幾 何損失，增大直徑或者增加長度對成品率的影響不同。坯料體積一定時，增大直徑和減短 長度使幾何損失增加，減小直徑增加長度，幾何損失減小。1.1.1坯料直徑設(shè)計選擇坯料直徑時，一定要在滿足制品斷面機械性能要求和均勻性要求的前提下，盡可 能采用較小的擠壓比。查熱擠壓各種金屬材料時的工藝參數(shù)值表可知，黃銅DIN-CuZn40Pb2

4、擠壓比 =10（300400）之間，取 =65，則根據(jù)式2 2i F 0 竈 R0D。-2兀（1-1）Fi二 RD1式中，F(xiàn)。擠壓筒橫斷面積（mm2）;F1制品橫斷面積（mm2）;D。擠壓筒內(nèi)徑（mm）;D1制品直徑（mm）。已知D1=18mm，從而有D0 -，Dj = . 65 18 mm=145mm為了便于操作/監(jiān)測和維修，本設(shè)計臥式擠壓機，則坯料直徑可根據(jù)擠壓筒直徑計算, 取直徑差ZD =5mm，則有Dp=D0 ZD = （145 5） mm=140mm1.1.2坯料長度設(shè)計在進行工藝計算時，不同產(chǎn)品可選取不同坯料長度，以提高成品率。對重金屬棒型材坯料最大長度為 23.5D。，因此，坯料

5、長度在290507.5mm范圍內(nèi), 本設(shè)計取坯料長度為300mm。1.2工藝參數(shù)的設(shè)計確定擠壓工藝參數(shù)時，可以綜合考察金屬與合金加工時的可擠壓性和對制品質(zhì)量的要 求（尺寸與形狀的允許偏差，表面質(zhì)量，組織和性能等），以滿足提高成品率與生產(chǎn)率的需要。熱擠壓過程的基本參數(shù)是擠壓溫度和擠壓速度（或金屬出口速度），兩者構(gòu)成了對擠壓過程控制十分重要的溫度-速度條件。在選擇擠壓工藝參數(shù)時，一般是在理論分析的 基礎(chǔ)上進行各種工藝試驗，考察產(chǎn)品質(zhì)量，并參考實際生產(chǎn)的經(jīng)驗值。1.2.1摩擦系數(shù)的確定在橫斷面上，由于外層金屬在擠壓筒內(nèi)受摩擦阻力作用而產(chǎn)生剪變形，使外層金屬的晶粒遭到較大破碎，且在擠壓制品斷面會出現(xiàn)組

6、織的不均勻性。在制品的長度上，也是由 于外摩擦的作用，出現(xiàn)組織的不均勻性。因此，設(shè)計合理的摩擦系數(shù)，對于成功實現(xiàn)擠壓 模擬十分重要。在滿足一定條件下，本設(shè)計取擠壓墊摩擦系數(shù)為0.1，擠壓筒與擠壓模摩擦系數(shù)均取0.5。1.2.2擠壓速度的確定擠壓時的速度一般可分為三種：擠壓速度一一擠壓機主柱塞、擠壓桿與擠壓墊的移動 速度；金屬流出速度 金屬流出模孔時的速度；金屬變形速度（也稱變形速率） 單 位時間內(nèi)變形量變化的大小。通常擠壓速度越大，不均勻性流動加劇，副應(yīng)力增大，在擠壓制品上會引起周期性周 向裂紋或破裂。擠壓速度的影響通過以下三個方面起作用：第一，擠壓速度高，流動更不 均勻，畐I應(yīng)力增大；第二，

7、擠壓速度提高來不及軟化，加快了加工硬化，使金屬塑性降低； 第三，擠壓速度的提高，增加了變形熱效應(yīng)，是鑄錠溫度上升，可能進入高溫脆性區(qū)，降 低金屬加工塑性。綜上，擠壓速度的確定需在一個允許的范圍內(nèi)，因此在黃銅的允許擠壓速度范圍內(nèi)去 擠壓速度值為20 mm s 。1.2.3工模具預(yù)熱溫度的確定擠壓時，工模具需要進行預(yù)熱，如果不預(yù)熱的話，坯料與擠壓模具間溫差較大，會產(chǎn) 生較大的熱轉(zhuǎn)遞，從而使坯料的溫度分布不均勻，影響成品件的性能。本小組課程設(shè)計的 主要任務(wù)即是關(guān)于工模具預(yù)熱溫度不同對擠壓結(jié)果的影響，考慮到任務(wù)書所給的范圍是 0500C，分配任務(wù)時，以50C為梯度，各自采用所選擇的實驗溫度進行試驗。-

8、5 -第二章模具尺寸的確定2.1擠壓工模具示意圖h hh AY圖2-1擠壓工模具示意2.2模具尺寸的確定根據(jù)擠壓機的結(jié)構(gòu)、用途以及所生產(chǎn)的制品類別的不同，擠壓工具的組成和結(jié)構(gòu)形式 也不一樣。擠壓工具一般包括：模子、穿孔針或芯棒、擠壓墊、擠壓桿和擠壓筒。此外， 還包括其他一些配件如：模墊、支撐環(huán)、壓力環(huán)、沖頭、針座和導(dǎo)路等。本設(shè)計主要針對 基亞通、擠壓模、擠壓墊進行結(jié)構(gòu)及尺寸的設(shè)計。2.2.1模子的結(jié)構(gòu)及其尺寸的確定模子是擠壓生產(chǎn)中最重要的工具。它的結(jié)構(gòu)形式、各部分的尺寸，以及所用的材料和 加工處理方法，對擠壓力、金屬流動均勻性、制品尺寸的精度、表面質(zhì)量及其使用壽命都 有極大的影響。模子可以按照

9、不同的特征進行分類，根據(jù)?？椎钠拭嫘螤羁煞譃槠侥?、流 線模、雙錐模、錐模、平錐模、碗形模和平流線模七種。模子的主要參數(shù)如下：(1) 模角a模角是模子的最基本的參數(shù)之一。它是指模子的軸線與其工作端面間所構(gòu)成的夾角。 根據(jù)已知條件擠壓模錐角a=60 (2) 工作帶長度hg工作帶又稱為定徑帶，是用以穩(wěn)定制品尺寸和保證制品表面質(zhì)量的關(guān)鍵部分。倘若定 徑帶過短，貝U模子易磨損，同時會壓傷制品表面導(dǎo)致出現(xiàn)壓痕和橢圓等缺陷。但是，如果工作帶過長，又極易在其上粘結(jié)金屬，使制品表面上產(chǎn)生劃傷、毛刺、麻面等缺陷。根據(jù)已知條件工作帶長度hg =20mm。(3)工作帶直徑dg模子工作帶直徑與實際所擠出的制品直徑并不相

10、等。設(shè)計時通常是用裕量系數(shù)Ci來考 慮各種因素對制品尺寸的影響。C1查表2-1可得。表2-1裕量系數(shù)C1合金C1值含量不超過65%的黃銅0.0140.016紫銅、青銅及含銅量大于 65%的黃銅0.0170.020純鋁、防銹鋁及鎂合金0.0150.020硬鋁和鍛鋁0.0070.010查表2-1可知，本設(shè)計Ci值在0.0140.016之間，取Ci=0.015。 擠壓棒材的工作帶直徑dg用下式計算：dg = dm+C1dm(2-1)式中，dm 棒材的名義直徑(mm)。代入數(shù)據(jù)，則有dg=dm+Gdm=( 1+CJ dm =(1+0.015) X18mm=18.27mm 取整，則dg =19mm。(4

11、) 出口直徑dch模子的出口直徑一般應(yīng)比工作帶直徑大 35mm，因過小會劃傷制品的表面。又因為 dg=19mm，dch的范圍是2224mm之間，本設(shè)計取dch=23mm。(5) 入口圓角半徑r入口圓角半徑r的作用是為了防止低塑性合金在擠壓時產(chǎn)生表面裂紋和減輕金屬在進 入工作帶時所產(chǎn)生的非接觸變形，同時也是為了減輕在高溫下擠壓時模子的入口棱角被壓 頹而很快改變?？壮叽缬玫?。入口圓角半徑r值得選取與金屬的強度、擠壓溫度和制品的尺寸有關(guān)：對紫銅和黃銅 取25mm。且根據(jù)已知條件，?？走^渡圓角半徑為 5mm。(6) 模子的外心尺寸D和H模子的外圓直徑和厚度主要是根據(jù)其強度和標(biāo)準(zhǔn)系列化來考慮的。它與所擠

12、壓的型材 類型、男擠壓的程度及合金的性質(zhì)有關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗，對棒材、管材、帶材和簡單的型材， 模子外徑可按照式(2-2)進行計算D = ( 1.251.45) D 3(2-2)式中，D 3擠壓棒材的外接圓直徑(mm)。根據(jù)已知條件，D3=140mm，取系數(shù)值1.35,則D=1.35X140mm=189mm模子的厚度H值近年來趨向于減薄，其強度主要靠模墊和其他支撐環(huán)來保證。但是， 從提高模子剛度和減輕彈性變形方面考慮，H值又應(yīng)增大。一般根據(jù)擠壓機能力的大小取H 值分別為 20、25、30、40、50、70 和 100 毫米。2.2.2擠壓墊的結(jié)構(gòu)及尺寸確定擠壓墊是用來防止高溫的錠坯直接與擠壓桿接觸，

13、消除其端面磨損和變形的工具。擠 壓時，一般用規(guī)格相同的一組擠壓墊輪流使用，以防止其過熱。墊片的外徑應(yīng)比擠壓筒內(nèi)徑小 值，/D太大時，可能造成局部脫皮擠壓，從而影響 制品質(zhì)量；心值也不能過小，以防與擠壓筒內(nèi)襯套摩擦加速其磨損。墊片的厚度可等于其直徑的0.20.7倍。因為擠壓墊的尺寸需利用擠壓筒的數(shù)據(jù)，故稍后進行具體計算。2.2.3擠壓筒的結(jié)構(gòu)及尺寸確定擠壓筒是所有擠壓工具中最貴重的部件，由兩層或三層以上的襯套以過盈配合組裝在 一起構(gòu)成的。之所以將擠壓筒制成多層，是為了使筒壁中的應(yīng)力分布均勻些和降低應(yīng)力的 峰值；同時，在磨損后只需更換內(nèi)襯套而不必換掉整個擠壓筒，從而可節(jié)約大量的合金鋼 材。擠壓筒尺

14、寸的確定包括：筒內(nèi)徑、筒長和各層襯套的厚度。（1）擠壓筒內(nèi)徑D 0計算錠坯直徑時，可按公式（2-3）計算Dp=D /D（2-3）式中，Dp錠坯外徑（mm）；D0擠壓筒內(nèi)徑（mm）；b 使錠坯順利送入又不產(chǎn)生縱向裂紋的間隙值，如表2-2所列因此，擠壓筒內(nèi)徑可按式（2-4）計算D = Dp+（2-4）表2-2筒、錠間隙選擇金屬材料擠壓機擠壓筒直徑（mm）間隙值（mm）備注類型噸位（MN ）bd鋁臥式31048立式1.5334冷擠0.20.30.10.8銅臥式一 10013151003005立式 30010稀有金屬臥式466.721211.5包套擠壓15851.531.5231.5220260455

15、包套擠壓31.522026056光坯擠壓立式6651201.5211.5包套擠壓1.51光坯擠壓已求得Dp =140mm,查表2-2可知，=5mm,代入式（2-4）,有D0 = Dp+ ZD =（140+5） mm=145mm（2）擠壓筒長度Lt擠壓筒長度通?？捎脙煞N方法來求得。一是按照式（2-5）計算Lt=（Lma+L）+t + S+h（ 2-5）式中，Lmax 錠坯最大長度（mm）,對重金屬棒型材為23.5Do，對重金屬管材1.52.5D。， 對鋁合金可取46Do，其中對管材不大于4.5D。，對扁擠壓筒錠坯則最大長 度 Lmax =35H ；L 錠坯穿孔時金屬增加的長度（mm）;t 模子進

16、入擠壓筒的深度（mm）；S擠壓墊厚度（mm）。二是通過選擇擠壓機型號，從而確定擠壓筒長度。本設(shè)計采取方法二，經(jīng)計算最終確 定選擇倒三角內(nèi)置臥式擠壓機。從而知道擠壓筒長度為Lt =560mm。因為采用的是臥式擠壓機，所以 /在0.51.5mm,本設(shè)計取AD=1mm。因此，擠壓 墊的外徑為144mm。擠壓墊的厚度為其直徑的0.20.7倍，取系數(shù)為0.5,貝U有擠壓墊厚度 為 72mm。2.3擠壓工模具尺寸圖圖2-2擠壓工模具尺寸圖-6 -第三章擠壓模擬試驗根據(jù)給定的幾何尺寸，運用 CAD或Pro/E分別繪制擠壓墊、擠壓模/擠壓筒和坯料的 幾何實體，文件名稱分別為“ jiyadian”、“jiyam

17、o”、“jiyatong”、“piliao”，輸出STL格式。 程序DEFORM6.1 New Problem Next 填入名稱Fi nish 進入前處理界面。3.1前處理3.1.1添加對象連續(xù)3次點擊Insert Object按鈕，添加4個對象。3.1.2單位制度選擇點擊 Simulation Con trolMai nUn its SI Mode選 Deformatio n 及 Heat Tran sfer 。3.1.3導(dǎo)入和定義材料并設(shè)置對稱面在對象樹上選擇 Work piece點擊General按鈕Assign Temperature填入溫度為550 按鈕，選擇材料庫中的D N Cu

18、Zn40Pb2單擊Load,完成材料基本點擊OK 單擊屬性界面。單擊 Geometry CAD或CAE造型文件。導(dǎo)入后單擊單擊OK鍵。其他同上，但是不需要定義材料種類，且在定義溫度時，要根據(jù)各自工模具 預(yù)熱溫度分別定意擠壓墊/擠壓模及擠壓筒的溫度。點擊.，點擊添加坯料的兩直角面；擠壓墊、擠壓模、擠壓筒的直角面，點擊Symmetric Surface添加對稱面。3.1.4網(wǎng)格劃分及工件體積補償選擇 Work piece,單擊 Mesh Detailed Sett in gs Absolute 絕對劃分網(wǎng)格在 Size Ratio欄中，設(shè)置尺寸比率為1.5，Min Element Size中，設(shè)置

19、最小單元尺寸為 2。單擊SurfaceCheck CEO按鈕，在彈出的對話框中選擇事先畫好的，對幾何體進行幾何檢查，結(jié)果質(zhì)量合格,Mesh按鈕，進行對象表面網(wǎng)格劃分，再單擊 Sold Mesh按鈕，生成體網(wǎng)格。單擊Property 在Target Volume卡上選中Active選項點擊. 按鈕點擊Yes按 鈕勾選 Compensate during remeshing3.1.5設(shè)置運動參數(shù)選擇Top Die，單擊Movement Speec在Direction選中主動工具運行方向+X Define 選項，其性質(zhì)選為Constant設(shè)置速度值20。3.1.6模擬控制設(shè)置點擊 Simulatio

20、n ControlStepNumberof Simulation Steps 中填入模擬步數(shù)，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 填入距離步長1點擊OK完成設(shè)置。3.1.7定義接觸關(guān)系單擊-出現(xiàn)對話框，單擊Deformation 選項種 Constant選項填入 0.1。點擊Thermal 選中Co nsta nt選項，選擇傳熱類型Form in g。另外兩個接觸關(guān)系，設(shè)置方法同上，但在Constant中均填入0.5。3.1.

21、8生成庫文件在工具欄上點擊心I 完成模擬數(shù)據(jù)-15 -庫的生成。3.1.9退出前處理在工具欄上點擊 1，退出前處理程序界面。3.2運行退出前處理后，在 DEF0RM-3D的主窗口中，選擇 Simulator中的Run選項，試驗就 開始運行了。在運行過程中，可點擊 Process Mo nitor查看模擬進程，某一數(shù)據(jù)規(guī)律呈現(xiàn)平 穩(wěn)狀態(tài)時即可停止運行，點擊 Sop。3.3后處理在DEFORM-3D的主窗口中選擇 DEFORM-3D Post選項，進入后處理窗口。點擊Graph 選擇擠壓墊，勾選所需輸出的數(shù)據(jù)如 Damage Strain、Stress Temperature出現(xiàn)數(shù)據(jù)曲線 圖后，右

22、擊鼠標(biāo)，點擊Export graph data,保存1.041.09之間的數(shù)據(jù)。將記事本中的數(shù)據(jù) 復(fù)制到Excel表中，求其平均值。將各組數(shù)據(jù)組合在一起，制成表格如下：表3-1各溫度下的數(shù)據(jù)記錄表溫度(C)載荷(N)最大應(yīng)力(MPa)最大應(yīng)變(mm/mm)最小溫度(C)最大溫度(C)破壞系數(shù)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第四章實驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析根據(jù)表3-1的數(shù)據(jù)利用Excel畫出載荷一溫度回歸曲線圖如下圖4.1擠壓工模具預(yù)熱溫度對載荷的影響*23500002300000N 2250000荷載 22000002150000210000020500000100200300400500600圖4-1工模具預(yù)熱溫度

24、一載荷圖溫度圖4-1載荷一溫度回歸曲線圖4-1所示。分析：從上圖4-1可以看出，由于受到個別點的影響，載荷的變化曲線略有波動。這 種波動可能是模擬的過程中參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確或操作錯誤導(dǎo)致的。除去這樣的個別點不看， 在整個溫度變化范圍內(nèi)，載荷呈下降趨勢。這說明隨著擠壓工模具預(yù)熱溫度的升高，載荷 減小。4.2擠壓工模具預(yù)熱溫度對最大應(yīng)力的影響250200150100500100200300溫度/ c400500600根據(jù)表3-1的數(shù)據(jù)利用Excel畫出應(yīng)力一溫度回歸曲線圖如下圖 4-2所示。0圖4-2應(yīng)力一溫度回歸曲線分析：從上圖4-2可以看出，在0C100C范圍內(nèi)，最大應(yīng)力呈下降趨勢；在100C35

25、0C范圍內(nèi)，最大應(yīng)力有略微上升；在 350C500C范圍內(nèi)，最大應(yīng)力再次呈下降趨勢。 最大應(yīng)力在局部溫度范圍內(nèi)的變化趨勢雖有不同，但從0C500E整個溫度范圍上看，其最大應(yīng)力仍然呈下降趨勢。所以忽略個別偏差較大的點，隨著工模具預(yù)熱溫度的升高，最 大應(yīng)力下降。4.3擠壓工模具預(yù)熱溫度對最大應(yīng)變的影響根據(jù)表3-1的數(shù)據(jù)利用Excel畫出應(yīng)變一溫度回歸曲線圖如下圖 4-3所示。變 應(yīng) 大 最圖4-3應(yīng)變一溫度回歸曲線圖分析：從上圖4-3可以看出，在0C500r的變化范圍內(nèi)，除去450C時最大應(yīng)變較 小以外，總體上最大應(yīng)變沒有變化。說明擠壓工模具預(yù)熱溫度對最大應(yīng)變的影響不大。4.4擠壓工模具預(yù)熱溫度對

26、最小溫度的影響根據(jù)表3-1的數(shù)據(jù)利用Excel畫出最小溫度一溫度回歸曲線圖如下圖4-4所示。溫度/ r圖4-4最小溫度一溫度回歸曲線圖分析：從上圖4-4可以看出，點的分布具有較為嚴格的線性關(guān)系。隨著擠壓工模具預(yù) 熱溫度的升高，制品的最小溫度呈線性增加。4.5擠壓工模具預(yù)熱溫度對最大溫度的影響根據(jù)表3-1的數(shù)據(jù)利用Excel畫出最大溫度一溫度回歸曲線圖如下圖4-5所示圖4-5最大溫度一溫度回歸曲線圖分析：從上圖4-5可以看出，回歸曲線總體呈上升趨勢，在100C時產(chǎn)生較大偏差,如果除去這100C不看，制品的最大溫度是隨著擠壓模預(yù)熱溫度的升高而升高的。4.6擠壓工模具預(yù)熱溫度對破壞系數(shù)的影響根據(jù)表3

27、-1的數(shù)據(jù)利用Excel畫出破壞系數(shù)一溫度回歸曲線圖如下圖4-6所示。0100200300400溫度/ c500600O1數(shù)系壞破圖4-6破壞系數(shù)一溫度回歸曲線圖分析：從上圖4-6可以看出，破壞系數(shù)在0C100C范圍上略有下降，在100C500C 范圍上基本保持不變。說明擠壓模具預(yù)熱溫度對破壞系數(shù)沒有太大影響。材料成型計算機模擬課程設(shè)計是我們材控專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中一個很重要的專 業(yè)實訓(xùn)環(huán)節(jié)，是對我們DEF0RM-3D塑性成形CAE應(yīng)用教程及擠壓與拉拔課程所學(xué)知識的 一次綜合運用。在同組各位同學(xué)的共同努力下，我們完成了本次課程設(shè)計。本次課程設(shè)計 主要是模擬擠壓過程，從導(dǎo)出的數(shù)據(jù)證明課堂上所學(xué)的理論知識。我們組主要的目標(biāo)是探 討在其他條件均一致的情況下，擠壓工模具預(yù)熱溫度的不同，對載荷、應(yīng)力及破壞系數(shù)的 影響。通過本次設(shè)計，我重新熟悉了如何在文檔中插入公式、制作表格