导向筒工艺deform验证模拟实验

紫铜导向筒热挤压成形工艺模拟

[摘要]针对导向筒和材料自身的特点，本次采用正挤压成形工艺进行热成形，借助DEFORM-3D有限元软件对成形过程进行了模拟、分析。模拟挤压成形工序，分析了成形过程中金属的流动规律及应力，应变的分布情况，得到载荷-行程曲线，零件表面的光滑状况，毛刺生长状况等，对工艺参数进行了验证，来验证模具设计的合理性和工艺方案的可行性。

[关键词]紫铜；热挤压；导向筒；有限元

导向筒作为高压开关中不可缺少的零件之一，需求量相当大。国内该零件原采用金属切削加工方法，将法兰部和筒壁部分开进行加工，然后用螺纹将两部分连接。这种方法耗材多，生产效率低，还影响了导向筒的强度和韧性。因此，必须采用其他的方法来尽量避免这种缺陷，因此采用挤压工艺进行生产，有利于提高工件的机械性能，将有利于简化加工过程，提高生产效率，提高材料利用率，降低生产成本，因此有利于帮助企业获得更好的竞争力。本次将通过Deform-3D V6.1版本有限元分析软件进行工件成型的仿真和分析，以检验模具设计的合理性及工艺的可靠性。

1.工艺分析及工艺设计

拿到图纸之后必须进行必要的分析，工件图如图1所示，我们可以发现该工件有几个特点：

筒壁较薄，而且筒壁长度较长；

工件法兰处直角过渡，不能用挤压的方法来做；

筒内孔直径不是定值，有一定的外形；

法兰盘上通孔，不能用挤压来完成。

综上所述，再考虑变形工艺和参数时，我们要全面考虑上述问题，保证工艺的合理性。

根据计算若我们采用环形毛坯正挤压，则变形量高达89.5%，根据图算法可

得变形抗力高达1500Mpa，这对模具设计和要求都提出了很高的要求，因此我们必须考虑其他方法，若采用反挤压成形的方法，制坯时，镦挤压力较大，模具受力环境差，寿命低，而成形时候，导向筒内壁成形困难，后续加工时候难度较大。综上所述，我们仍将采用正挤压成形的方式，但在降低成形力，改善模具受力状况我们将减少变形量，将毛坯的外径增加到φ100mm，根据相关的图算法，其变形力将降低一半，只有750Mpa，同时我们提高工件的成形温度，暂定出炉温度为850℃。

图1导向筒零件图

根据综合考虑，我们工艺方法及毛坯制定结果如下图所示：

1

2

3

4

图2.正挤压工艺图

10.5

R2

R5

113±0.

5Φ132+0.20

Φ84

Φ100

图3.挤压成形的毛坯图

2.几何实体的建立

因为deform 软件的几何构造功能不能满足我们需求，因此我们可以在专用

的三维制图软件中绘制实体，装配完成后保存为可以被deform 识别的STL 格式文件，作为有限元分析与模拟过程中调用的模型。值得注意的是，因为采用实体全部模拟，不仅时间较长，内部细节也无法分辨清楚，因此我们采用整体实体的1/18进行模拟，在保存为STL 格式文件时候要选好文件的精度，即保证实体与我们原图的失真保证在一定的范围内，又要求文件大小合乎要求，保证模拟的精度。

图4.三维实体造型结果

图6.STL文件精度调整

3.deform模拟过程

3.1 deform6.1的多核运算设置及汉化

相对于其他版本，deform6.1破解较为彻底，可以实现多核计算，同时也能够实现汉化，下来我们将演示其多核运算设置及汉化方法。

3.1.1deform汉化处理

首先我们必须找到汉化包，找到其中的两个，然后将他们复制并替换掉我们安装程序文件夹（本次将以安装在C盘为例C：DEFORM3D/V6_1/LANGUAGE）下的两个相同文件，然后打开deform主程序，找到，点开并选择environment，选择第一项，备选框中的

，然后点击，然后重启程序，汉化完成。

3.1.2deform多核运算设计

打开deform主程序，找到，点开并选择environment，选择菜单栏第六项，点选Use multiple processor前点选框，第一框内第一个单元内填上自己电脑的计算机名，第二个单元内写上自己

计算机的核心数，填写结果如，然后点击即可。

3.2从坯料出炉到放入模具之间分析

3.2.1建立新的模拟工程

打开DEFORM3D主程序，选择菜单栏中的，选择【开启新专案】，

在弹出的问题选择对话框内选择默认的，单击【next】按钮，

进入下一菜单，在【问题位置】下面选择【其他位置】，点击，在弹出的对话框内将位置设置在硬盘剩余空间较多的磁盘内，本次模拟路径为：D：thework，接着单击【next】按钮，设置【问题名称】的名称为forming，接着单击【finish】，进入DEFORM3D前处理。

3.2.2 空气中热传导模拟前处理

单击模拟控制按钮，打开【模拟控制】窗口。在文本框【模拟标题】中命名The Forming，在【操作名称】中命名为Translation，下面的【操作名称】设置为1，设定单位为SI公制，选中热传导【热传】选项，关闭变形【变形】选项,设置结果如下：

图7.基本设计结果示意图

单击【步数设定】，设定总模拟步数为15步，每隔1步存储模拟信息[6]。单击【结果步数定义】，选择【跟随时间增量】，然后选择【OK】，退出模拟控制菜单。

图8模拟步数控制设置

导入坯料并设置边界条件：单击，选择，在弹出对话框内找到我们之前保存为STL格式的工件毛坯。在物体树内激活对象[workpiece]，点击进入对象概要设置对话框，改变对象的类型为。第一模拟工程，工件从加热炉中取出的温度大约为850C︒，因此在temperature

栏中输入850C︒。下来我们将添加工件材料，单击在弹出的材料库中选取CAD_110，即我们常说的紫铜，选取结果如下：

图9.材料库选取结果