黄铜挤压模拟实验报告

第一章 设计工模具尺寸及确定工艺参数

1.1 材料及坯料尺寸

材料为DIN_CuZn40Pb2，尺寸为直径90mm ×长25mm 。

1.2 坯料温度的选择

挤压温度对加工状态的组织、性能的影响极大。当所取的挤压温度值越高，挤压制品 的抗拉强度、屈服强度和硬度的值下降，延伸率增大。由于黄铜管在680℃-720℃时塑性最高，而在挤压过程中由于变形、擦擦产热使坯料温度升高，为避免在挤压过程中坯料温度可能超过最佳塑性温度，所以坯料初始温度选取500℃。而挤压筒、挤压垫、挤压模也要预热，以防过大的热传递导致金属温度分布不均，影响制品质量，预热温度与坯料温度不能相差太大，故取300℃。 1.3 挤压速度的选取

挤压速度对制品组织与性能的影响，主要通过金属热平衡来实现的。挤压速度低，金属热量逸散较多，致使挤压制品尾部出现加工组织；挤压温度高，锭坯与工具内壁接触时间短，热量传递来不及进行，有能形成变形区内的绝热挤压过程，使金属的出口温度越来越高，导致制品表面裂纹。故选挤压垫的速度为1.5mm.s -1。 1.4 挤压参数的计算

1.4.1 挤压模的结构尺寸设计

模子选用锥模，模角 45=α，工作带长度8=g h ~12 mm ，取10=g h mm ，工作带直径m m g d C d d 1+=,90=m d mm ，裕量系数016.0014.01-=C ，015.01=C ，

35

.9135.19090015.090=+=⨯+=g d mm ，出口直径一般比工作带直径大3-5 mm ，取出

口直径为96=ch d ,入口圆角半径γ=3mm ，模子的外形尺寸

(25.1=D ~)45.1(25.1=w D ~)45.15.11290=⨯~5.130 mm ，所以D 取120 mm ，H 取70 mm 。 1.4.2 挤压筒的结构尺寸设计

（1）挤压筒内径0D

由于挤压过程为热挤压，考虑到热膨胀，故取挤压筒内径950=D mm

（2）挤压筒长度t L

()L L L t +=max S t ++ （1-1） 式中：max L —锭坯最大长度，对重金属为（1.5-2.5）0D ，mm ；

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 。

()L L L t +=max S t ++

()5192952+++⨯=

288

=mm

1.4.3 挤压机的选择

因挤压小规格尺寸的坯料，可选用立式挤压机。

1.4.4 挤压棒的结构尺寸设计

挤压棒为空心挤压棒。由于选用立式挤压机，故挤压棒外径比挤压筒内径小2-3 mm ，则挤压棒外径为93 mm 。 1.4.5 挤压垫的结构尺寸设计

采用固定式挤压垫。挤压垫的外径比挤压筒内径小D ∆值，对于立式挤压机，D ∆值取0.2 mm ，则挤压垫的外径为94.8 mm 。 1.5 挤压比λ的计算

（1-2）

式中：0F —坯料面积，mm 2；

1F —挤压后的管材面积，mm 2

。

则挤压比λ为3.68。

1

0F F =

λ()

(

)

()()

(

)

2

2

2

2

2/402/582/4045--=

πππ

π4411065=

68

.3=1

0F F =

λ()

(

)

()()

(

)2

12

22

12

2/2/2/D D D R --=

ππ

第二章 数据分析及数值模拟

2.1 绘出挤压过程平面图

根据以上数据，在PRO\E 、UG 环境下绘出平面，填充各个剖切面，如图2-1所示：

2.2 挤压工具三维实体图

根据平面图利用UG （PRO\E ）进行三维造型。DEFORM-3D 默认每点坐标为正值，

故在三维造型时应保证在各坐标轴的正方上，且保证各零件准确对位，造型使用坐标定位，为使DEFORM-3D 模拟时减少单元格的个数及运行速度，可将工件剖分（下图所示），挤压模中各倒角分别设置为半径为2mm 和半径3mm ，本步主要运用了实体圆柱，圆锥造型，各个实体图如下所示：

图2-2 挤压棒 图2-3 挤压垫 图2-4 坯料

将三维图中的各个零件分开保存，并将每个零件以STL 格式输出，并分别命名为wick ， top die ，

workpice ，middle die ，bottom die 。

图2-5 挤压筒 图2-6 挤压模

图2-1 平面图

2.3 数值模拟

运用DEFORM-3D进行成型模拟，主要分为三步，即前处理，模拟运算，后处理。2.3.1前处理

2.3.1.1建立新问题

程序→DEFORM5.03→File→New Problem→Next→在Problem Name栏中填写“jyl”→Finish→进入前处理界面。

2.3.1.2 添加对象

点击按钮添加对象，依次为“workpiece”,“top die”,“bottom die”,“object 4” “object 5”,，在Object Name栏中填入middle die→点击Change按钮→点击geometry→点击import →选择middle die实体文件→打开；在Object Name栏中填入wick→点击Change按钮→点击geometry→点击import→选择wick实体文件→打开；重复操作，依次添加workpice,top die,bottom die,middle die,wick。

2.3.1.3 定义对象的材料模型

在对象树上选择workpiece→点击General按钮→选中Plastic选项（塑型）→点击Assign Temperature按钮→填入温度，如500（本组温度500）→点击OK按钮→在对象树上选择top die→点击General按钮→选中Rigid选项（刚性）→点击Assign Temperature按钮→填入温度，如300（本组温度300）→点击OK按钮→勾选Primary Die选项（定义为top die主动工具）→如此重复，定义其它工模具的材料模型（不勾选Primary Die选项）。

2.3.1.4 高速对象位置关系

在工具栏点击Object Positioning按钮进入对象位置关系调整对话框→根据挤压要求及实体造型调整相互位置关系→点击OK按钮完成。

2.3.1.5 模拟控制设置

点击Simulation Control按钮→Main按钮→在Simulation Title栏中填入“wick”→在Operation Title栏中填入”deform heat transfer”→选中SI选项，勾选“Heat transfer”和“Defromation”选项→点击Step按钮→在Number of Simulation Steps栏中填入模拟步数→Stemp Increment to Save栏中填入每隔几步就保存模拟信息→在Primary Die栏中选择top die (以挤压垫为主动工具) →在With Constant Time Increment栏中填入时间步长→点击OK按钮完成模拟设置；如图2-7所示：

图2-7 模拟初始条件设置图2-8 坯料网格划分