DEFORM课程设计docWord文档下载推荐.docx
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1F——制品横断面积（mm²
0D——挤压筒内径（mm;
1D——制品直径（mm
。
已知1D=18mm,从而有
186510⨯=
DDλmm=145mm
为了便于操作/监测和维修,本设计卧式挤压机,则坯料直径可根据挤压筒直径计算,取直径差DΔ=5mm,则有
pD=0D-DΔ=（145-5mm=140mm
1.1.2坯料长度设计
在进行工艺计算时,不同产品可选取不同坯料长度,以提高成品率。
对重金属棒型材坯料最大长度为2~3.50D,因此,坯料长度在290~507.5mm范围内,本设计取坯料长度为300mm。
1.2工艺参数的设计
确定挤压工艺参数时,可以综合考察金属与合金加工时的可挤压性和对制品质量的要求（尺寸与形状的允许偏差,表面质量,组织和性能等,以满足提高成品率与生产率的需要。
热挤压过程的基本参数是挤压温度和挤压速度（或金属出口速度,两者构成了对挤压过程控制十分重要的温度-速度条件。
在选择挤压工艺参数时,一般是在理论分析的基础上进行各种工艺试验,考察产品质量,并参考实际生产的经验值。
1.2.1摩擦系数的确定
在横断面上,由于外层金属在挤压筒内受摩擦阻力作用而产生剪变形,使外层金属的
晶粒遭到较大破碎,且在挤压制品断面会出现组织的不均匀性。
在制品的长度上,也是由于外摩擦的作用,出现组织的不均匀性。
因此,设计合理的摩擦系数,对于成功实现挤压模拟十分重要。
在满足一定条件下,本设计取挤压垫摩擦系数为0.1,挤压筒与挤压模摩擦系数均取0.5。
1.2.2挤压速度的确定
挤压时的速度一般可分为三种:
挤压速度——挤压机主柱塞、挤压杆与挤压垫的移动速度;
金属流出速度——金属流出模孔时的速度;
金属变形速度（也称变形速率——单位时间内变形量变化的大小。
通常挤压速度越大,不均匀性流动加剧,副应力增大,在挤压制品上会引起周期性周向裂纹或破裂。
挤压速度的影响通过以下三个方面起作用:
第一,挤压速度高,流动更不均匀,副应力增大;
第二,挤压速度提高来不及软化,加快了加工硬化,使金属塑性降低;
第三,挤压速度的提高,增加了变形热效应,是铸锭温度上升,可能进入高温脆性区,降低金属加工塑性。
综上,挤压速度的确定需在一个允许的范围内,因此在黄铜的允许挤压速度范围内去挤压速度值为201
mm-
⋅。
s
1.2.3工模具预热温度的确定
挤压时,工模具需要进行预热,如果不预热的话,坯料与挤压模具间温差较大,会产生较大的热转递,从而使坯料的温度分布不均匀,影响成品件的性能。
本小组课程设计的主要任务即是关于工模具预热温度不同对挤压结果的影响,考虑到任务书所给的范围是0~500℃,分配任务时,以50℃为梯度,各自采用所选择的实验温度进行试验。
第二章模具尺寸的确定
2.1挤压工模具示意图
2.2模具尺寸的确定
根据挤压机的结构、用途以及所生产的制品类别的不同,挤压工具的组成和结构形式也不一样。
挤压工具一般包括:
模子、穿孔针或芯棒、挤压垫、挤压杆和挤压筒。
此外,还包括其他一些配件如:
模垫、支撑环、压力环、冲头、针座和导路等。
本设计主要针对基亚通、挤压模、挤压垫进行结构及尺寸的设计。
2.2.1模子的结构及其尺寸的确定
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,以及所用的材料和加工处理方法,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。
模子可以按照不同的特征进行分类,根据模孔的剖面形状可分为平模、流线模、双锥模、锥模、平锥模、碗形模和平流线模七种。
模子的主要参数如下:
（1模角α
模角是模子的最基本的参数之一。
它是指模子的轴线与其工作端面间所构成的夹角。
根据已知条件挤压模锥角α=60°
（2工作带长度gh
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。
倘若定径带过短,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
图2-1
挤压工模具示意
工作带过长,又极易在其上粘结金属,使制品表面上产生划伤、毛刺、麻面等缺陷。
根据已知条件工作带长度gh=20mm。
（3工作带直径gd
模子工作带直径与实际所挤出的制品直径并不相等。
设计时通常是用裕量系数C1来考虑各种因素对制品尺寸的影响。
C1查表2-1可得。
表2-1裕量系数C1
合金C1值含量不超过65%的黄铜
0.014~0.016紫铜、青铜及含铜量大于65%的黄铜
0.017~0.020纯铝、防锈铝及镁合金
0.015~0.020硬铝和锻铝
0.007~0.010
查表2-1可知,本设计C1值在0.014~0.016之间,取C1=0.015。
挤压棒材的工作带直径gd用下式计算:
gd=mmdCd1+（2-1式中,md—棒材的名义直径（mm。
代入数据,则有
gd=mmdCd1+=（1+C1md
=（1+0.015×
18mm=18.27mm
取整,则gd=19mm。
（4出口直径chd
模子的出口直径一般应比工作带直径大3~5mm,因过小会划伤制品的表面。
又因为
gd=19mm,chd的范围是22~24mm之间,本设计取chd=23mm。
（5入口圆角半径r
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压颓而很快改变模孔尺寸用的。
入口圆角半径r值得选取与金属的强度、挤压温度和制品的尺寸有关:
对紫铜和黄铜取2~5mm。
且根据已知条件,模孔过渡圆角半径为5mm。
（6模子的外心尺寸D和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、男挤压的程度及合金的性质有关。
根据经验,对棒材、管材、带材和简单的型材,模子外径可按照式（2-2进行计算
D=（1.25~1.45ωD（2-2式中,ωD—挤压棒材的外接圆直径（mm。
根据已知条件,ωD=140mm,取系数值1.35,则
D=1.35×
140mm=189mm
模子的厚度H值近年来趋向于减薄,其强度主要靠模垫和其他支撑环来保证。
但是,从提高模子刚度和减轻弹性变形方面考虑,H值又应增大。
一般根据挤压机能力的大小取
H值分别为20、25、30、40、50、70和100毫米。
2.2.2挤压垫的结构及尺寸确定
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。
挤压时,一般用规格相同的一组挤压垫轮流使用,以防止其过热。
垫片的外径应比挤压筒内径小DΔ值,DΔ太大时,可能造成局部脱皮挤压,从而影响制品质量;
DΔ值也不能过小,以防与挤压筒内衬套摩擦加速其磨损。
垫片的厚度可等于其直径的0.2~0.7倍。
因为挤压垫的尺寸需利用挤压筒的数据,故稍后进行具体计算。
2.2.3挤压筒的结构及尺寸确定
挤压筒是所有挤压工具中最贵重的部件,由两层或三层以上的衬套以过盈配合组装在一起构成的。
之所以将挤压筒制成多层,是为了使筒壁中的应力分布均匀些和降低应力的峰值;
同时,在磨损后只需更换内衬套而不必换掉整个挤压筒,从而可节约大量的合金钢材。
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D0
计算锭坯直径时,可按公式（2-3计算
pD=0D-DΔ（2-3式中,pD——锭坯外径（mm;
0D——挤压筒内径（mm;
DΔ——使锭坯顺利送入又不产生纵向裂纹的间隙值,如表2-2所列。
因此,挤压筒内径可按式（2-4计算
0D=pD+DΔ（2-4
表2-2筒、锭间隙选择
金属材料
挤压机挤压筒直径
（mm
间隙值（mm备注
类型
吨位（MN
DΔ
d
Δ
铝卧式——
3~104~8
立式
1.5~3
3~4冷挤0.2~0.30.1~0.8
铜
卧式
—
≤1001~31~5
100~3005立式
≤30010稀有金属
466.721~21~1.
5包套挤压
15851.5~31.5~2—
31.5220~2604~55包套挤压
31.5
220~26056光坯挤压
6
65~1201.5~2
1~1.5
包套挤压
1.51光坯挤压
已求得pD=140mm,查表2-2可知,DΔ=5mm,代入式（2-4,有
0D=pD+DΔ=（140+5mm=145mm
（2挤压筒长度tL
挤压筒长度通常可用两种方法来求得。
一是按照式（2-5计算
1max（lStLLLt++++=（2-5
式中,maxL——锭坯最大长度（mm,对重金属棒型材为2~3.50D,对重金属管材1.5~2.50D,
对铝合金可取4~60D,其中对管材不大于4.50D,对扁挤压筒锭坯则最大长
度maxL=3~5H;
L——锭坯穿孔时金属增加的长度（mm;
t——模子进入挤压筒的深度（mm;
S——挤压垫厚度（mm。
二是通过选择挤压机型号,从而确定挤压筒长度。
本设计采取方法二,经计算最终确定选择倒三角内置卧式挤压机。
从而知道挤压筒长度为tL=560mm。
因为采用的是卧式挤压机,所以DΔ在0.5~1.5mm,本设计取DΔ=1mm。
因此,挤压垫的外径为144mm。
挤压垫的厚度为其直径的0.2~0.7倍,取系数为0.5,则有挤压垫厚度为72mm。
2.3挤压工模具尺寸图
图2-2挤压工模具尺寸图
第三章挤压模拟试验
根据给定的几何尺寸,运用CAD或Pro/E分别绘制挤压垫、挤压模/挤压筒和坯料的几何实体,文件名称分别为“jiyadian”、“jiyamo”、“jiyatong”、“piliao”,输出STL格式。
程序→DEFORM6.1→NewProblem→Next→填入名称→Finish→进入前处理界面。
3.1前处理
3.1.1添加对象
连续3次点击InsertObject按钮,添加4个对象。
3.1.2单位制度选择
点击SimulationControl→Main→Units→SI→Mode选Deformation及HeatTransfer。
3.1.3导入和定义材料并设置对称面
在对象树上选择Workpiece→点击General按钮→AssignTemperature填入温度为550→点击OK→单击按钮,选择材料库中的DIN-CuZn40Pb2,单击Load,完成材料基本属性界面。
单击Geometry→按钮,在弹出的对话框中选择事先画好的CAD或CAE造型文件。
导入后单击,对几何体进行几何检查,结果质量合格,单击OK键。
其他同上,但是不需要定义材料种类,且在定义温度时,要根据各自工模具预热温度分别定意挤压垫/挤压模及挤压筒的温度。
点击,点击添加坯料的两直角面;
挤压垫、挤压模、挤压筒的直角面,点击SymmetricSurface添加对称面。
3.1.4网格划分及工件体积补偿
选择Workpiece,单击Mesh→DetailedSettings→Absolute绝对划分网格→在SizeRatio栏中,设置尺寸比率为1.5,MinElementSize中,设置最小单元尺寸为2。
→单击SurfaceMesh按钮,进行对象表面网格划分,再单击SoldMesh按钮,生成体网格。
单击Property→在TargetVolume卡上选中Active选项→点击按钮→点击Yes按钮→勾选Compensateduringremeshing。
3.1.5设置运动参数
选择TopDie,单击Movement→Speed→在Direction选中主动工具运行方向+X→Define选项,其性质选为Constant,设置速度值20。
3.1.6模拟控制设置
点击SimulationControl→Step→NumberofSimulationSteps中填入模拟步数,如150→Step
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