畢業(yè)設(shè)計(jì)——黃銅棒多?？讛D壓過程模擬

1、目錄目錄摘摘 要要.IVABSTRACT.V第一章第一章 概述概述.11.1 擠壓.11.2 DEFORM-3D .11.3 黃銅棒應(yīng)用及發(fā)展.2第二章第二章 擠壓工藝參數(shù)設(shè)計(jì)擠壓工藝參數(shù)設(shè)計(jì).42.1 擠壓方案.42.2 擠壓參數(shù).4第三章第三章 變形工模具設(shè)計(jì)變形工模具設(shè)計(jì).63.1 模子的結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì).63.2 擠壓墊的設(shè)計(jì).73.3 擠壓筒的設(shè)計(jì).83.4 擠壓桿的設(shè)計(jì).93.5 ?？追植?9第四章第四章 DEFORM-3D 數(shù)值模擬數(shù)值模擬.104.1 DEFORM 軟件操作流程概述.104.2 前處理.104.3 后處理.13第五章第五章 結(jié)果分析結(jié)果分析.155.1 金屬流動(dòng)的

2、分析.155.2 應(yīng)力的分析.155.3 應(yīng)變的分析.165.4 擠壓力的分析.175.5 破壞傾向的分析.17第六章第六章 設(shè)計(jì)小結(jié)設(shè)計(jì)小結(jié).18參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).19致致 謝謝.20插圖清單插圖清單圖 3-1 模子結(jié)構(gòu)尺寸圖 .6圖 3-2 擠壓桿尺寸示意圖 .9圖 3-3 模孔分布示意圖 .9圖 4-1 對(duì)象關(guān)系圖.12圖 4-2 數(shù)據(jù)生成圖.13圖 5-1 應(yīng)力與擠壓速度關(guān)系圖 .15圖 5-2 應(yīng)變與擠壓速度關(guān)系圖 .16圖 5-3 載荷分布與擠壓速度關(guān)系圖 .16圖 5-4 破壞傾向與擠壓速度關(guān)系圖 .17表格清單表格清單表 2-1 擠壓方案參數(shù)表 .5表 3-1 模具參數(shù)表表 .

3、7表 4-1 擠壓參數(shù)表 .14黃銅棒多模孔擠壓過程模擬黃銅棒多?？讛D壓過程模擬-擠壓速度擠壓速度摘摘 要要本篇論文主要先從我國(guó)目前多孔模擠壓的發(fā)展?fàn)顩r以及對(duì)以后發(fā)展的展望入手，隨著我國(guó)黃銅棒市場(chǎng)的迅速發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，了解國(guó)內(nèi)外黃銅棒生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)對(duì)于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分關(guān)鍵；其次，根據(jù)目前生產(chǎn)狀況及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求，制訂了相應(yīng)的擠壓模擬方案；再次，根據(jù)擠壓模具設(shè)計(jì)規(guī)律及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的擠壓模具，并且利用三維造型軟件UG進(jìn)行造型；最后，利用DEFORM-3D軟件按

4、照擠壓方案進(jìn)行擠壓模擬，并作相應(yīng)的后處理，提取相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果分析。 此次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用DEFORM-3D模擬黃銅（DIN_CuZn40Pb2）棒多?？讛D壓過程，分析擠壓過程中擠壓速度對(duì)擠壓過程中金屬流動(dòng)、應(yīng)力、應(yīng)變、擠壓力、破壞傾向等方面的影響及其機(jī)理。找出擠壓速度對(duì)擠壓參數(shù)、金屬組織性能等方面的影響規(guī)律。為生產(chǎn)提供一定的經(jīng)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)，并且為企業(yè)開發(fā)研究更多的多孔模產(chǎn)品開辟新途徑，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約研發(fā)成本以及降低實(shí)際模擬所造成的污染等問題。本次設(shè)計(jì)中，最核心的是怎樣對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，如何有效的利用模擬所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向和橫向間的比較分析，得出對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐有較大的指導(dǎo)作用的經(jīng)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)。擠壓速度對(duì)

5、擠壓過程中金屬流動(dòng)、應(yīng)力、應(yīng)變、擠壓力、破壞傾向等方面的影響及其機(jī)理。找出擠壓速度對(duì)擠壓參數(shù)、金屬組織性能等方面的影響規(guī)律。從而得出結(jié)論及影響規(guī)律。其中，有較大難度的為擠壓模擬過程，應(yīng)用 DEFORM-3D 軟件模擬過程中，前處理中相關(guān)參數(shù)的設(shè)置直接關(guān)系到模擬的過程是否順利，模擬的結(jié)果是否理想，模擬的數(shù)據(jù)是否符合自己所需要。后處理中，如何處理才可符合結(jié)果分析的需要。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：黃銅棒；多?？讛D壓；DEFORM 模擬；擠壓速度BrassBrass rodrod multimodemultimode extrusionextrusion processprocess simulation-ext

6、rusionsimulation-extrusion speedspeedAbstractThis thesis are mainly from the countrys porous die extrusion of development status, as well as on the prospects for future development, along with the brass rod market of rapid development, and related application core production technology will become a

7、 focus of concern for enterprises, learn about domestic and international brass rod production core technology development trends, technological equipment, technology and trends for enterprises to upgrade the product specification, increase market competition is key; Secondly, according to the curre

8、nt production and production experience data, combined with the design of the content and requirements, formulate the appropriate extrusion simulation programe; again, according to the law and extrusion die design experience data, design the appropriate Extrusion die, and the use of three-dimensiona

9、l modeling software UG modeling; Finally, the use of DEFORM-3D software follow the squeeze scenario extrusion simulation, and accordingly post-processing, extract the relevant data for analysis. This design used primarily (DIN_CuZn40Pb2) DEFORM-3D simulation brass rod multimode extrusion process, an

10、alysis of extrusion speed on extrusion metal flow, stress, strain, extrusion, undermining the tendency in the areas of influence. Find out the extrusion speed on extrusion parameter, metal aspects such as organizational performance impact. Providing some experience reference data, and research and d

11、evelopment for the enterprise more porous foam products provide new ways to improve productivity, savings and development costs, and reduced physical simulation results, and so on.This design, the core is how to analyze the results, and how to effectively use simulation to data obtained from the ver

12、tical and horizontal comparative analysis , on the production of larger guidance experience reference data. Extrusion speed on extrusion metal flow stress, strain, extrusion, undermining the tendency in the areas of influence. Find out the extrusion speed on extrusion parameter, metal aspects such a

13、s organizational performance impact. Conclusion and influence. Where there are large difficult to squeeze the simulation process, the application of the DEFORM-3D software simulation process, pretreatment of the correlated parameters of the direct relationship between the set, the process is simulat

14、ed, simulation results are satisfactory, simulation data meets their needs. Post-processing, how to deal with in order to be consistent with the results of the analysis.Key words: Brass rods; many die extrusion; DEFORM simulation; extrusion speed第一章第一章 概述概述1.11.1 擠壓擠壓所謂擠壓，就是對(duì)放在容器（擠壓筒）中的錠坯一端施加以壓力，強(qiáng)迫其

15、從特定?？字辛鞒?，使之通過?？壮尚蔚囊环N壓力加工方法。擠壓方法有許多，并且可以根據(jù)不同的特征進(jìn)行分類。按制品流出方向分類，擠壓可分為正擠壓和反擠壓。其中正擠壓是金屬流動(dòng)方向與擠壓桿的運(yùn)動(dòng)方向相同，其主要特征是錠坯與擠壓筒內(nèi)壁間有相對(duì)滑動(dòng)，即二者之間存在很大外摩擦；反擠壓金屬流動(dòng)方向與擠壓桿的運(yùn)動(dòng)方向相反，與擠壓筒內(nèi)壁間無相對(duì)滑動(dòng)，即無外摩擦。正擠壓與反擠壓的不同特點(diǎn)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。按溫度分類,擠壓可分為熱擠壓、冷擠壓和溫?cái)D壓。一般認(rèn)為，熱擠壓時(shí)坯料加熱到再結(jié)晶溫度以上；冷擠壓溫度在回復(fù)溫度以下，通常在室溫下進(jìn)行；回復(fù)溫度以上和再結(jié)晶溫度以下為溫?cái)D壓的溫度范圍。熱

16、擠壓和冷擠壓是擠壓加工的兩大分支。溫?cái)D壓發(fā)展比較晚，應(yīng)用范圍也小。 擠壓作為生產(chǎn)管、棒、型材以及線坯的生產(chǎn)方法，具有比軋制更為強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)圖，金屬可以發(fā)揮其最大的塑性；擠壓法不只是可以在一臺(tái)設(shè)備上生產(chǎn)形狀簡(jiǎn)單的管、棒和型材，而且可以生產(chǎn)斷面極其復(fù)雜的，以及變斷面的管材和型材；具有極大的靈活性；產(chǎn)品尺寸精確，表面質(zhì)量高；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化和封閉化比較容易。但是，金屬的固定廢料損失較大；加工速度低，工具消耗大；沿長(zhǎng)度和斷面上制品的組織和性能不夠均一。本次設(shè)計(jì)主要是利用正擠壓用來擠壓黃銅棒。早在 1797 年就出現(xiàn)了類似于擠壓的鉛管制造方法的專利。1894 年德國(guó)人迪克首先得到了臥式擠壓機(jī)的

17、專利，用以擠壓黃銅等有色金屬。19051915 年期間已經(jīng)出現(xiàn)了 2000噸級(jí)的大型擠壓機(jī)，同時(shí)開始采用耐熱鋼制作模具。目前，擠壓主要用于加工鋁、銅及其合金，在鋼及稀有金屬加工中也得到了應(yīng)用。20 世紀(jì) 50 年代，法國(guó)于日內(nèi)-塞儒爾內(nèi)(UgineSejournet)將玻璃潤(rùn)滑法用于熱擠壓的成功和推廣，使鋼及稀有金屬的擠壓得到了迅速發(fā)展。70 年代，由于設(shè)備及技術(shù)的發(fā)展和完善，反擠壓取得了較大的發(fā)展。通常擠壓產(chǎn)品沿長(zhǎng)度方向具有相同的形狀及截面尺寸，采用更換模子的方法或特殊模子結(jié)構(gòu)，可以加工沿長(zhǎng)度方向形狀和截面尺寸不同的階段,即可以加工變斷面型材和逐漸變斷面型材。熱擠壓主要采用液壓機(jī)，有立式和臥

18、式兩種。大型擠壓機(jī)大多為臥式。目前，世界最大的擠壓機(jī)達(dá) 20000 噸。60 年代中國(guó)已制造了 12500 噸大型臥式擠壓機(jī)。大型擠壓機(jī)主要用于加工飛機(jī)用的大型鋁合金異型材。1.21.2 DEFORM-3DDEFORM-3DDEFORM-3D 是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)（FEM） ，專門設(shè)計(jì)用于分析各種金屬成行過程中的三維（3D）流動(dòng)，提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)，及有關(guān)成行過程中的材料和溫度流動(dòng)。典型的 DEFORM-3D 應(yīng)用包括鍛造、擠壓、鐓頭、軋制、自由鍛、彎曲和其它成形加工手段。DEFORM-3D 是模擬 3D 材料流動(dòng)的理想工具，它不僅魯棒性好，而且易于使用。DEFORM-3

19、D 強(qiáng)大的模擬引擎能夠分析金屬成行過程中多個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象耦合作用的大變形和熱特性。系統(tǒng)中集成了在任何必要時(shí)能夠自行觸發(fā)自動(dòng)網(wǎng)格重劃分生成器，生成優(yōu)化的網(wǎng)格系統(tǒng)。在要求精度較高的區(qū)域，可以劃分較細(xì)密的網(wǎng)格，從而降低運(yùn)算規(guī)模，并顯著提高計(jì)算效率。DEFORM-3D 圖形界面既強(qiáng)大又靈活，為用戶準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果數(shù)據(jù)提供了有效工具，還提供了 3D 幾何操作修正工具，這對(duì)于 3D 過程模擬極為重要。DEFORM-3D集成了原材料、成形、熱處理和機(jī)械加工的軟件，是一個(gè)集成環(huán)境內(nèi)綜合建模、成形、熱傳導(dǎo)和成形設(shè)備特性進(jìn)行模擬仿真分析。適用于熱、冷、溫成形，提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)。如：材料流動(dòng)、模具填充、

20、鍛造負(fù)荷、模具應(yīng)力、晶粒流動(dòng)、金屬結(jié)構(gòu)和缺陷產(chǎn)生發(fā)展情況等。其處理的對(duì)象為復(fù)雜的三維零件、模具等。不需要人工干預(yù)，全自動(dòng)網(wǎng)格再劃分。前處理自動(dòng)生成邊界條件，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)備快速可靠。單步模具應(yīng)力分析方便快捷，適用于多個(gè)變形體、組合模具、帶有預(yù)應(yīng)力環(huán)時(shí)的成形過程分析。材料模型有彈性、鋼塑性、熱彈塑性、熱剛粘塑性、粉末材料、剛性材料及自定義類型。實(shí)體之間或?qū)嶓w內(nèi)部的熱交換分析既可以單獨(dú)求解，也可以耦合在成形模擬中進(jìn)行分析。具有 2D 切片功能，可以顯示工件或模具剖面結(jié)果。程序具有多聯(lián)變形體處理能力，能夠分析多個(gè)塑性工件和組合應(yīng)力等。本次設(shè)計(jì)即利用 DEFORM-3D 軟件進(jìn)行擠壓模擬，對(duì)黃銅（DIN_

21、CuZn40Pb2）棒多?？讛D壓過程模擬，分析擠壓過程中擠壓速度對(duì)擠壓過程中金屬流動(dòng)、應(yīng)力、應(yīng)變、擠壓力、破壞傾向等方面的影響及其機(jī)理。找出擠壓速度對(duì)擠壓參數(shù)、金屬組織性能等方面的影響規(guī)律。1.31.3 黃銅棒應(yīng)用及發(fā)展黃銅棒應(yīng)用及發(fā)展用金屬塑性成形方法，將銅錠坯加工成板材、帶材、箔材、管材、棒材、型材和線材。最主要的金屬塑性加工方法是軋制、擠壓和拉伸，也可采用鍛造、深沖、旋壓及其他加工工藝。銅和銅合金加工材料的一般規(guī)格：板材為(0.425)(6003000)毫米；帶材寬 6001000 毫米；箔材厚 0.0050.05 毫米；管材直徑可達(dá) 360 毫米；毛細(xì)管直徑小到 0.5 毫米；棒材直徑

22、 5160 毫米；線材直徑小到 0.01 毫米。產(chǎn)品供應(yīng)狀態(tài)可分為軟（M） 、硬(Y)和特硬(T)三種。銅加工材料的消費(fèi)量?jī)H次于鋼材和鋁材，主要用作導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕、耐磨和高級(jí)彈性材料。銅合金品種多，塑性加工性能相差較大。紫銅和大部分黃銅、青銅和白銅均有較好的熱加工性能，變形溫度為 5001050。含鉛的 黃銅和含鉛的青銅等，由于低熔點(diǎn)的鉛不溶解于固態(tài)銅中,僅在晶界上分布,熱加工時(shí)易引起熱裂，宜于冷加工。除含鈹、鉻、鋯等青銅合金除外，變形銅合金均屬加工硬化型合金。塑性最好的紫銅、低鋅黃銅等，熱態(tài)、冷態(tài)變形率均可達(dá) 90以上。 銅和銅合金的塑性加工，除應(yīng)保證制品穩(wěn)定一致的力學(xué)性能、尺寸公差和表面

23、質(zhì)量外，對(duì)要求具有深沖性能的銅材還要控制晶粒大小，如黃銅晶粒粗大，深沖時(shí)就會(huì)使產(chǎn)品表面出現(xiàn)“桔皮” 。一般深沖工藝要求薄板晶粒尺寸為 0.030.07 毫米。為控制制品的晶粒度，冷加工時(shí)，應(yīng)控制變形量和中間退火工藝制度；熱加工時(shí)，要控制加熱溫度和終軋溫度。終軋溫度過高，卷取后晶粒將繼續(xù)長(zhǎng)大。這些質(zhì)量要求靠工藝及裝備來保證。 棒材主要采用擠壓。難以熱變形的鉛黃銅、錫磷青銅等合金也能承受熱擠壓變形。擠壓流出速度:紫銅、黃銅可達(dá) 5000 毫米/秒，錫磷青銅僅為 30 毫米/秒。最大擠壓比：紫銅和黃銅為 500:1，青銅為 40:1,白銅為 20:1。棒材和型材除采用擠壓供坯外，還用孔型軋制開坯，經(jīng)

24、拉伸出成品。也可采用擠壓和軋制直接獲得成品。擠壓工藝發(fā)展長(zhǎng)錠大擠壓比水封無氧化擠壓。銅和銅合金線材，兩次退火間的總變形率在 90左右。高鉛黃銅、錳黃銅、鋁青銅、鈹青銅等僅為 5070。紫銅線材主要用作導(dǎo)電材料，一般冷拉后需進(jìn)行退火，以改善導(dǎo)電性能。 黃銅棒廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、電器、汽車、精密儀表、五金裝潢等行業(yè)。電力輸送中需要大量消耗高導(dǎo)電性的銅，主要用于動(dòng)力申、線電纜、匯流排、變壓器、開關(guān)、接插元件和聯(lián)接器等。在電機(jī)制造中，廣泛使用高導(dǎo)電和高強(qiáng)度的銅合金。主要用銅部位是定子、轉(zhuǎn)子和軸頭等。在大型電機(jī)中，繞組要用水或氫氣冷卻，稱為雙水內(nèi)冷或氫氣冷卻電機(jī)，這就需要大長(zhǎng)度的中空導(dǎo)線。例如：金猴牌

25、出口鉛黃銅拉制棒執(zhí)行高于日本 JIS 標(biāo)準(zhǔn)的 Q/HUAQ7-1997 上海市企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。具有化學(xué)成分均勻、力學(xué)性能穩(wěn)定、切削性能優(yōu)異、表面光澤美觀等特點(diǎn)。特別是采用引進(jìn)的 2800t 反向擠壓機(jī)開坯和聯(lián)合拉撥拉伸等先進(jìn)工藝，從而使銅棒金相組織致密、晶粒大小均勻、尺寸精度高、質(zhì)量得到可靠保證。產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)處于先進(jìn)水平，暢銷海內(nèi)外。 技術(shù)工藝，是衡量一個(gè)企業(yè)是否具有先進(jìn)性，是否具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是否能不斷領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)者的重要指標(biāo)依據(jù)。隨著我國(guó)異型黃銅棒市場(chǎng)的迅速發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。了解國(guó)內(nèi)外異型黃銅棒生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)對(duì)于企業(yè)提

26、升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力十分關(guān)鍵。中國(guó)多孔?？讛D出模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問題中，許多情況不容樂觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動(dòng)力密集型產(chǎn)品；技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家；生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱；產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴(yán)重、對(duì)自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。黃銅棒擠壓模擬為企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品提供新渠道，降低實(shí)驗(yàn)成本，減少產(chǎn)業(yè)能源消耗以及環(huán)境污染問題，有利于提高技術(shù)創(chuàng)新能力，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。有利于在國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展的階段，樹立強(qiáng)有力的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。 模具是一種技術(shù)密集、資金密集型產(chǎn)品，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位也非常重要。模具工業(yè)已被我國(guó)正式確定

27、為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，并在“十五”中列為重點(diǎn)扶持產(chǎn)業(yè)。由于新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷發(fā)展，促使模具技術(shù)不斷進(jìn)步，對(duì)人才的知識(shí)、能力、素質(zhì)的要求也在不斷提高。因此對(duì)此次設(shè)計(jì)要綜合考慮多方面知識(shí)，合理利用三維造型軟件以及DEFORM-3D 軟件，認(rèn)真做好結(jié)果分析，為生產(chǎn)實(shí)踐提供相關(guān)的參考數(shù)據(jù)。中國(guó)多模孔擠出模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展已到了岔口，中國(guó)多?？讛D出模具產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)急需選擇發(fā)展方向。中國(guó)多模孔擠出模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告闡述了世界多?？讛D出模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，分析了中國(guó)多?？讛D出模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與差距，開創(chuàng)性地提出了“新型多?？讛D出模具產(chǎn)業(yè)” 及替代品產(chǎn)業(yè)概念，在此基礎(chǔ)上，從四個(gè)維度即“以人為本”、“科技創(chuàng)新”、“

28、環(huán)境友好”和“面向未來”準(zhǔn)確地界定了“新型多?？讛D出模具產(chǎn)業(yè)” 及替代產(chǎn)品的內(nèi)涵。根據(jù)“新型多?？讛D出模具產(chǎn)業(yè)” 及替代品的評(píng)價(jià)體系和量化指標(biāo)體系，從全新的角度對(duì)中國(guó)多?？讛D出模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了推演和精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)中國(guó)的行政區(qū)劃和四大都市圈的多模孔擠出模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了全面的研究。為此，多孔模擠壓技術(shù)正在進(jìn)一步的發(fā)展，日趨完善。第二章第二章 擠壓工藝參數(shù)設(shè)計(jì)擠壓工藝參數(shù)設(shè)計(jì)2.12.1 擠壓方案擠壓方案 本次設(shè)計(jì)主要考慮對(duì)擠壓速度這一變量進(jìn)行不同設(shè)置，由于隨著擠壓條件的改變，最佳模角值將會(huì)發(fā)生變化。例如：在靜液擠壓時(shí)，模角波動(dòng)在 15（小擠壓比）40（大擠壓比）之間。這是因?yàn)樵陟o液擠

29、壓時(shí)，工具接觸表面與被擠壓金屬之間的摩擦應(yīng)力較小。顯然，為了減少模角對(duì)擠壓過程中擠壓速度對(duì)金屬流動(dòng)、應(yīng)力、應(yīng)變、擠壓力、破壞傾向等方面的影響，又錐模的最佳模角為 4560，在此范圍內(nèi)擠壓力最小，因此采用模角分別為 45和 60。有以上數(shù)據(jù)可以制定擠壓方案：（1）模角為 45時(shí)，對(duì)應(yīng)五個(gè)速度分別利用 DEFORM-3D 擠壓模擬，并記錄相應(yīng)的擠壓結(jié)果數(shù)據(jù)；（2）模角為 60時(shí)，同樣對(duì)應(yīng)五個(gè)速度分別利用 DEFORM-3D 軟件進(jìn)行擠壓模擬，并記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)。2.22.2 擠壓參數(shù)擠壓參數(shù)有實(shí)驗(yàn)所能提供的實(shí)際坯料尺寸為 158100mm，又產(chǎn)品直徑 15mm。擠壓筒內(nèi)徑：擠壓筒內(nèi)徑是根據(jù)擠壓合金的

30、強(qiáng)度、擠壓比和擠壓機(jī)能確定的。筒的最大直徑應(yīng)保證作用在擠壓墊上的單位壓力不低于金屬的變形抗力。顯然，筒徑越大，作用在墊上的單位壓力越小。由于本次設(shè)計(jì)對(duì)擠壓機(jī)能以及擠壓合金強(qiáng)度不作考慮，只需結(jié)合產(chǎn)品規(guī)格、品種確定擠壓筒的內(nèi)徑，由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在此擠壓筒內(nèi)徑可取 160mm10。擠壓溫度：由黃銅擠壓溫度范圍為 650840，其塑性變形能力最強(qiáng)，但是，由于黃銅棒擠壓過程中，是高塑性變形，在其變形過程中一定有溫度的升高，考慮到其在最佳的塑性情況下，此時(shí)取溫度為 600。工模具溫度：在此擠壓模擬過程中，不考慮工模具溫度對(duì)擠壓黃銅棒的影響，由于擠壓過程中存在熱傳導(dǎo)，工模具必定具有一定溫度，由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),此時(shí)可設(shè)

31、為 35010。模擬環(huán)境：模擬過程可分為干摩擦情況下和潤(rùn)滑情況下，在此考慮在潤(rùn)滑摩擦的條件下進(jìn)行擠壓模擬。?？讛?shù)：本次設(shè)計(jì)為十字對(duì)稱的多?？走M(jìn)行擠壓過程模擬，?？讛?shù)設(shè)為固定不變的因素，在此取?？讛?shù)為 4。同心圓直徑：由?？追植家?guī)律，可以將?？追植荚谕膱A直徑上，進(jìn)行對(duì)稱分布，由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)在此可取同心圓直徑為 70mm 的同心圓上10。擠壓速度：根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，黃銅棒擠壓出口速度在 0.103.30m/s 之間為最佳，在此不妨取 0.50m/s、0.75m/ s、1.00m/ s、1.25m/ s 和 1.50m/ s10。那么由擠壓前后體積不變，即：VtS=V1tS1N其中，V-擠壓速度，t-

32、擠壓時(shí)間，S-坯料橫斷面積，V1 -出口速度，S1-出口橫斷面積，N-模孔數(shù)目。由以上公式計(jì)算擠壓速度，例如：VtS=V1tS1NVtR2=V1tr2NV =V1r2N/ R2 V =0.507.524/792 =18.03mm/s其余方案擠壓速度與此方法計(jì)算相同，其結(jié)果如表 2-1 所示。表2-1 擠壓方案參數(shù)表方案12345678910?？族F角/4560出口速度/m/s0.500.751.001.251.500.500.751.001.251.50擠壓速度/mm/s18.0327.0436.0545.0754.0818.0327.0436.0545.0754.08第三章第三章 變形工模具設(shè)

33、計(jì)變形工模具設(shè)計(jì)3.13.1 模子的結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)模子的結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)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，以及所用的材料加工處理，對(duì)擠壓力、金屬流動(dòng)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。模子中使用最基本的和使用最廣泛的是平模和錐模。本次設(shè)計(jì)采用錐模，其結(jié)構(gòu)尺寸示意圖如圖 3-1 所示。圖 3-1 模子結(jié)構(gòu)尺寸圖模角不同時(shí)其它尺寸對(duì)其影響不大，在此看作模子除模角不同外，其余尺寸確定方法與模角為 45的確定方法相同，故在此只對(duì)模角為 45 的模子尺寸進(jìn)行詳細(xì)說明。工作帶長(zhǎng)度 hg的確定：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。

34、實(shí)踐表明，擠壓紫銅和黃銅時(shí)，工作帶直徑取 812mm，在此取hg=10mm。工作帶直徑 dg的確定：對(duì)于棒材，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只有負(fù)偏差。在擠壓銅合金一類溫度較高的材料時(shí)，因?？讜?huì)逐漸變小，所以工作帶直徑的設(shè)計(jì)應(yīng)使開始一批棒材接近其名義尺寸。隨著?？鬃冃?，擠壓棒材的實(shí)際直徑接近最大的負(fù)偏差。擠壓棒材的?？字睆絛g用下式計(jì)算： dg=dm+C1dm式中，dm-棒材的名義直徑，C1-裕量系數(shù)，黃銅棒為 0.0140.016，此時(shí)取 C1=0.015，由成品尺寸 dm=15mm 得：dg=dm+C1dm =15+0.01515 =15.2mm出口直徑 dch的確定：模子的出口直徑一般應(yīng)比工作帶直徑大 35

35、mm，因?yàn)樾?huì)劃上制品表面。此時(shí)不妨取 dch=18mm。出口帶長(zhǎng)度 hch的確定：由經(jīng)驗(yàn)參數(shù)可暫取 hch=30mm。入口圓角半徑 r 的確定：入口圓角半徑 r 的作用是為了防止低塑性合金在擠壓時(shí)產(chǎn)生表面裂紋和減輕輕金屬在進(jìn)入工作帶時(shí)所產(chǎn)生的非接觸變形，同時(shí)也是為了減輕在高溫下擠壓時(shí)模子的入口棱角被頹而很快改變?？壮叽缬玫?。入口圓角半徑的選取與金屬的強(qiáng)度、擠壓溫度和制品尺寸有關(guān)：對(duì)于紫銅和黃銅來說取 25mm,在此考慮到多?？讛D壓，圓角半徑稍大一些會(huì)對(duì)模擬過程有較好的影響，一方面可以減少擠壓模擬時(shí)間，另一方面可以得到較好的制品。在此取 r=6mm。模子的外形尺寸 DH:模子的外圓直徑和厚度主

36、要是根據(jù)其強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)系列化來考慮的。它與所擠壓的型材類型、難擠壓的程度及合金的性質(zhì)有關(guān)。一般所擠壓的型材的外接圓最大直徑 Dmax可按下式計(jì)算： Dmax=(0.80.85）D0式中，D0-擠壓筒內(nèi)徑，D0=160mm模子外經(jīng) D 可按下式計(jì)算：D=(1.251.45)Dmax可以計(jì)算得：D=1.250.8160mm=160mm模子的厚度 H 在近年來趨向于減薄，其強(qiáng)度主要靠模墊和其它支撐環(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)擠壓能力的大小取 H 值分別為 20、25、30、40、50、70 和 100mm。在此取 H 值為 70mm。利用模角與其幾何關(guān)系

37、，可以確定出口帶直徑。模子結(jié)構(gòu)尺寸基本上確定了，只需要按照多孔模擠壓分布特點(diǎn)及規(guī)律，為了使每個(gè)?？椎慕饘倭魉傧嗟?，應(yīng)將?？撞贾迷谝粋€(gè)同心圓上，同時(shí)孔距應(yīng)相等。尚若各?？字械墓?yīng)體積不相等，則金屬供應(yīng)體積多的模孔擠出地制品就長(zhǎng)；反之，金屬供應(yīng)體積少的模孔擠出地制品就短。可以把四個(gè)上述模子結(jié)構(gòu)和尺寸十字對(duì)稱布置在同心圓直徑為70mm 的模板上即可。而模板外徑應(yīng)大于 160mm，此時(shí)并不能確定其外經(jīng)，需考慮與擠壓筒的裝配。模具尺寸詳見表 3-1。表3-1 模具參數(shù)表模角/工作帶長(zhǎng)度hg/mm工作帶直徑dg/mm出口直徑dch/mm出口長(zhǎng)度hch/mm入口圓角r/mm外形尺寸H/mm4510.015.

38、218.027.66.070.06010.015.218.041.36.070.03.23.2 擠壓墊的設(shè)計(jì)擠壓墊的設(shè)計(jì)擠壓墊是用來防止高溫的錠坯直接與擠壓桿接觸，消除其端面磨損和變形的工具。其可以分為棒、型材擠壓墊以及管材擠壓墊。墊片的外徑應(yīng)比擠壓筒內(nèi)徑小D 值。D太大，則可能形成脫皮，從而影響制品的質(zhì)量特別是在擠壓管材時(shí)不能有效控制針的位置，已造成管材偏心。但是D 值也不能太小，以防止與擠壓筒內(nèi)襯套摩擦增大，加速其磨損。D 值與擠壓筒內(nèi)徑有關(guān)：臥式擠壓機(jī)取 0.51.5mm，立式擠壓機(jī)取 0.2mm。本次設(shè)計(jì)采用臥式擠壓機(jī)，取D=1.0mm，那么其外徑： D=D0-D=159mm其厚度：

39、S=(0.20.7)(D0-D)=0.4159mm=63.6mm即擠壓墊的尺寸為厚度為 63.6mm，外徑為 159mm 的圓墊。3.33.3 擠壓筒的設(shè)計(jì)擠壓筒的設(shè)計(jì)擠壓筒是所有擠壓工具中最貴重的部分，因此在設(shè)計(jì)中要特別注意。擠壓筒是由二層或三層以上的襯套以過盈配合組裝在一起的。將擠壓筒制成多層襯套的原因是：使筒壁中的應(yīng)力分布均勻些和降低應(yīng)力的峰值；同時(shí)在磨損后僅更換內(nèi)襯套而不必?fù)Q掉整個(gè)擠壓筒，從而可節(jié)約大量合金鋼材。各層襯套可視受應(yīng)力的具體情況選用不同牌號(hào)的鋼材，以節(jié)約價(jià)格昂貴的材料。擠壓筒尺寸的確定包括：筒內(nèi)徑、筒長(zhǎng)和各層襯套的厚度。（1） 擠壓筒內(nèi)徑 D0 ：由以上內(nèi)容知 D0 =16

40、0mm；（2） 擠壓筒的長(zhǎng)度 L： L=(Lmax+L)+t+S式中 Lmax-錠坯的最大長(zhǎng)度，對(duì)重金屬棒、型材為 2.03.5 D0,L-錠坯穿孔時(shí)金屬增加的長(zhǎng)度，此時(shí)無穿孔，t-模子進(jìn)入擠壓筒的長(zhǎng)度，S-擠壓墊的厚度。所以： L=(Lmax+L)+t+S =（2.0160+0）+0+63.6=383.6mm(3)擠壓筒襯套厚度:擠壓筒各層襯套的壁厚尺寸一般靠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，先初步確定，然后再進(jìn)行強(qiáng)度校核修正（由于本次設(shè)計(jì)主要是研究擠壓過程中擠壓速度對(duì)金屬的影響，在此有關(guān)強(qiáng)度校核的數(shù)據(jù)暫不考慮，只需按照經(jīng)驗(yàn)分配各層襯套的壁厚尺寸，在此取兩層襯套）擠壓筒的外徑應(yīng)大致等于其內(nèi)徑的 45 倍，而每層襯套

41、的壁厚可根據(jù)各層外徑、內(nèi)徑的比值相等進(jìn)行分配10。即：由經(jīng)驗(yàn)可取內(nèi)襯套最小壁厚為 60mm，所以,D1= D0 +260=280mm1201DDDD由比例關(guān)系得: D2=490mm即是擠壓筒內(nèi)襯套外徑為 280mm，內(nèi)徑為 160mm；擠壓筒外襯套內(nèi)徑為 280mm，外徑為 490mm。3.43.4 擠壓桿的設(shè)計(jì)擠壓桿的設(shè)計(jì)擠壓桿是用于傳遞主柱塞壓力的，它在擠壓時(shí)承受很大的壓力。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，易產(chǎn)生彎曲變形。此外，擠壓桿在工作時(shí)還有可能產(chǎn)生端部圧潰、龜裂和斜渣碎裂。擠壓桿的外徑取決于擠壓筒內(nèi)徑的大小，對(duì)臥式擠壓機(jī)比筒內(nèi)徑小 410mm。由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)其尺寸如圖 3-2 所示。 圖 3-2 擠壓桿尺

42、寸示意3.53.5 模孔分布?？追植加蓴D壓筒的外襯套直徑為 490mm，由于只是模擬而不是實(shí)際生產(chǎn)，不用考慮模具成本，此時(shí)為便于三維造型，此時(shí)易取擠壓模外徑為 490mm，與擠壓筒外徑相同。三維造型時(shí)直接將模具與擠壓筒做成一個(gè)整體。?？淄膱A直徑為 70mm,其?？追植际疽鈭D如圖 3-3 所示。 圖 3-3 ?？追植际疽鈭D第四章第四章 DEFORM-3D 數(shù)值模擬數(shù)值模擬4.14.1 DEFORM 軟件操作流程概述軟件操作流程概述（1）定義幾何特征：DEFORM 中對(duì)象的幾何參數(shù)有多種格式可供選擇，如 stereo-lithography(.STL)曲面數(shù)據(jù)格式，DEFORM 專用數(shù)據(jù)格式（A

43、MGGEO）,IDEAS universal(.UNV),PATRAN neutral(.PDA)曲面定義格式，其帶 3D 網(wǎng)格剖分?jǐn)?shù)據(jù)格式等均可直接輸入 DEFORM 系統(tǒng)中。本次設(shè)計(jì)所用到的幾何特征為 STL 文件格式。（2）網(wǎng)格劃分：DEFORM 網(wǎng)格劃分命令可以生成四面體單元，這種四面體單元適合于表面成形。（3）初始條件：有些加工過程是在變溫條件下進(jìn)行的，比如熱軋，在軋制過程中，工件、模具與周圍環(huán)境介質(zhì)之間存在熱交換，工件內(nèi)部因大變形生成的熱量及其傳導(dǎo)都對(duì)產(chǎn)品的成形質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，對(duì)此問題的仿真分析應(yīng)按瞬態(tài)熱-機(jī)耦合處理，DEFORM 材料庫能夠提供各溫度下的材料特性。（4）材料模型

44、：DEFORM 可選的材料模型為剛塑性。在材料庫中對(duì)每一種支持的材料，提供了不同溫度和應(yīng)變率下材料流動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變曲線和熱膨脹系數(shù)、彈性模量、柏松比、比熱、熱導(dǎo)率等隨溫度變化的曲線。（5）接觸定義：接觸菜單用于定義工件與所用到的模具之間以及模具之間可能產(chǎn)生的接觸關(guān)系。本次設(shè)計(jì)中采用接觸處為干摩擦。（6）網(wǎng)格自動(dòng)重新劃分：模擬分析過程中，單元附著在材料上，材料在流動(dòng)過程中極易使相應(yīng)的單元形狀產(chǎn)生過度變形導(dǎo)致畸形。單元畸變后可能會(huì)中斷計(jì)算過程。因此保證仿真過程中材料經(jīng)過較大流動(dòng)后分析任然可以繼續(xù)，獲得的結(jié)果任然具有足夠的精度是非常重要的。（7）增加約束：DEFORM 可以在節(jié)點(diǎn)上增加各個(gè)自由度的約束。

45、（8）后處理：DEFORM 的后處理菜單為用戶提供了直觀方便的評(píng)價(jià)成形過程、成形產(chǎn)品質(zhì)量、工具損傷的必須信息以及以圖片、文本和表格形式提取和保存所需結(jié)果的各種工具。DEFORM 支持在加工過程中以等值線、分布云圖、數(shù)值符號(hào)、色標(biāo)、等值面和切平面矢量等方式顯示各種場(chǎng)變量分布。也可按路徑顯示或歷程顯示分析結(jié)果。顯示結(jié)果能夠借助于調(diào)色、光照和渲染產(chǎn)生出具有逼真效果的圖形。也可以利用分析結(jié)果制作動(dòng)畫和電影。用戶利用這些提取各種體成形分析結(jié)果的工具，足以獲得設(shè)計(jì)產(chǎn)品加工工藝所關(guān)注的全部信息。這對(duì)設(shè)計(jì)人員充分了解設(shè)計(jì)工藝及其實(shí)施的可行性是大有裨益的。一旦模具設(shè)計(jì)和始坯料形狀尺寸不合理，從分析結(jié)果中可顯示出

46、材料流動(dòng)受阻后可能出現(xiàn)的開裂或重疊。在后處理界面中顯示工件流動(dòng)過程中應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變率和溫度分布變化，幫助工藝設(shè)計(jì)師評(píng)定工件加工的質(zhì)量。其中局部加工硬化、應(yīng)力集中、高應(yīng)力梯度、工件模具的接觸壓力等結(jié)果，可以作為評(píng)定成形產(chǎn)品質(zhì)量的好壞的控制因素。本次設(shè)計(jì)所研究的問題是擠壓速度對(duì)擠壓過程中金屬流動(dòng)、應(yīng)力、應(yīng)變、擠壓力、破壞傾向等方面的影響及其機(jī)理，非常適合本次研究的問題11。4.24.2 前處理前處理有以上三維尺寸，利用 UG 三維造型軟件進(jìn)行三維實(shí)體造型，為便于在 DEFORM 中各工件模具相對(duì)位置的確定，在進(jìn)行造型時(shí)預(yù)先布置好各工具的位置。在造好三維實(shí)體時(shí)，利用文件菜單中導(dǎo)出命令生成 STL

47、文件，并給相應(yīng)工具命名以便清晰導(dǎo)入 DEFORM軟件中。由于本次設(shè)計(jì)的模具尺寸較大，模擬過程需要較大的計(jì)算過程，加大了模擬的時(shí)間，不利于模擬的進(jìn)行，從而影響模擬的效率，為減小模擬運(yùn)算時(shí)間，現(xiàn)利用三維造型軟件，將實(shí)體文件包括坯料均切成 1/4，將這 1/4 作為模擬的文件，導(dǎo)出 STL 文件。打開 DEFORM 軟件，點(diǎn)擊 filenew problem 一直確定就可以新建一個(gè) DEFORM_1數(shù)據(jù)文件了，也可以更改其文件名。此時(shí)便進(jìn)入了前處理窗口了。點(diǎn)擊按鈕將進(jìn)入模擬控制窗口，其中有很多變量需要用戶設(shè)置：Main 菜單-Main 菜單中【Units】欄中允許用戶選擇物理單位制，選項(xiàng)【SI】代表

48、國(guó)際單位制度，選項(xiàng)【English】代表英制，允許用戶調(diào)入模型后，再設(shè)置單位制。在此本次設(shè)計(jì)選擇國(guó)際單位制。 【Type】選擇欄是模擬方式選擇欄，由于本次模擬是變形模擬，故選擇【Deformation】 ，本次設(shè)計(jì)屬于熱擠壓過程模擬，故勾選【Heat transfer】 ?？蛇x擇國(guó)際單位制（便于前處理過程中相關(guān)參數(shù)設(shè)定） ，單擊【OK】即可。點(diǎn)擊【General】在 Object Name 選項(xiàng)中可以更換實(shí)體的名字，改動(dòng)之后，單擊【Change】即可更換實(shí)體名字，點(diǎn)擊【Assign temperature.】按鈕可以在彈出的對(duì)話框中輸入要設(shè)定的溫度，在此設(shè)定坯料溫度為 600，點(diǎn)擊繼續(xù)添加對(duì)象

49、，按自己所需要修改名字，將模具溫度均設(shè)定為 350。點(diǎn)擊【Geometry】進(jìn)入導(dǎo)入實(shí)體文件窗口，點(diǎn)擊【Import】在彈出的窗口中找到對(duì)應(yīng) stl 文件，選中打開即導(dǎo)入了對(duì)應(yīng)的實(shí)體文件，依次點(diǎn)擊【Check GEO】和【Check Interception】按鈕，并在彈出的窗口中點(diǎn)擊【OK】按鈕,再分別點(diǎn)擊【Reverse GEO】和【Show/Hide Normal】?jī)纱?，即成功?dǎo)入實(shí)體了。依次按照同樣方法導(dǎo)入相應(yīng)的實(shí)體文件并檢測(cè)確認(rèn)即可。選中坯料文件，點(diǎn)擊【Mesh】按鈕，對(duì)坯料進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在此采用絕對(duì)劃分，最小單元尺寸設(shè)為 4，比例設(shè)為 1.5，依次點(diǎn)擊【Surface Mesh】

50、、 【Solid Mesh】按鈕。網(wǎng)格劃分即可完成。由于本次模擬采用 1/4 模擬，故需要對(duì)坯料進(jìn)行設(shè)置剖分面，點(diǎn)擊按鈕，再點(diǎn)擊按鈕，在彈出的窗口內(nèi)點(diǎn)擊按鈕，在皮料剖面上點(diǎn)擊，待其變?yōu)榧t色，點(diǎn)擊按鈕即可添加剖分面，與此同法添加另一個(gè)剖分面，使其在 Symmetry plane 下有（0，0，1）和（0，1，0） 。再點(diǎn)擊【Heat exchange】 ，選中要設(shè)置的熱傳遞接觸面，單擊即可添加傳熱面。再點(diǎn)擊【Property】按鈕，選擇 Active 選項(xiàng)，并點(diǎn)擊按鈕，在彈出的窗口，點(diǎn)擊默認(rèn)選項(xiàng)即可。材料的加載：點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入材料加載窗口，由于在給定的材料中沒有黃銅（DIN_CuZnPb2） ，

51、需要自己加載，點(diǎn)擊打開文件圖標(biāo)，在彈出的窗口中點(diǎn)擊【Brown】按鈕，從材料庫中找到所需的材料，選中后，點(diǎn)擊打開后，點(diǎn)擊【Load】加載按鈕即可。定位窗口：如果三維造型時(shí)沒有預(yù)先設(shè)置各模具的位置，需要結(jié)合實(shí)際位置，利用定位窗口進(jìn)行位置的確定一直滿足需要。本次設(shè)計(jì)中，再進(jìn)行三維造型時(shí)就已經(jīng)確定其各模具的相對(duì)位置了，故在此不需再進(jìn)行位置的布置了。但是考慮到本次設(shè)計(jì)中擠壓筒長(zhǎng)度要比擠壓坯料長(zhǎng)度長(zhǎng)的多，也就是在擠壓前需要坯料在擠壓筒內(nèi)需要運(yùn)行一段距離，由于本次設(shè)計(jì)變量因素為擠壓速度，坯料在擠壓筒內(nèi)運(yùn)行這一距離，不會(huì)對(duì)本次研究問題有所影響，但是，其增加了模擬進(jìn)行的步數(shù)和時(shí)間，故在此通過此定位窗口，將擠壓

52、模沿 X 負(fù)方向移動(dòng) 156.4mm，點(diǎn)擊按鈕，即進(jìn)入窗口，設(shè)定好方向，在選擇【offset】按鈕選擇擠壓模，并在 X 坐標(biāo)欄輸入-156.4mm，點(diǎn)擊 Apply 后確認(rèn)即可設(shè)定好新的相對(duì)位置關(guān)系。對(duì)象間關(guān)系的設(shè)定：點(diǎn)擊按鈕進(jìn)入對(duì)象間關(guān)系定義窗口。在這個(gè)窗口中，所有物體的對(duì)象間關(guān)系被定義。默認(rèn)狀態(tài)下，定義變形體與所有缸體之間的關(guān)系，其具體步驟如下：（1）點(diǎn)擊按鈕，增加定義對(duì)象間關(guān)系對(duì)。點(diǎn)擊按鈕，減去對(duì)象間關(guān)系對(duì)，在此可以減去擠壓桿與坯料之間的關(guān)系，它們并不接觸。(2)定義主仆關(guān)系：鼠標(biāo)單擊剛產(chǎn)生的對(duì)象關(guān)系對(duì)，在【Master】欄中點(diǎn)開抽屜鍵，選擇不變形物體作為主件，此處選擇擠壓模。DEFOR

53、M 軟件的主仆關(guān)系是以不變形物體（剛體）為主件，以變形物體（塑性體）為仆件的。接著在【Slave】欄中點(diǎn)開抽屜鍵，選擇變形體，此處選擇工件。（3）對(duì)象間關(guān)系定義：鼠標(biāo)單擊新定義的對(duì)象關(guān)系對(duì)，接著單擊【Edit.】按鈕，或是雙擊對(duì)話框中要定義對(duì)象間關(guān)系對(duì)，對(duì)像間關(guān)系信息設(shè)定對(duì)話框跳出，如圖 4-1 所示。在摩擦系數(shù)【Friction】一欄的類型【Type】欄中選擇庫侖摩擦【Coulomb】 ，在摩擦值【Value】一欄中填入摩擦系數(shù)值。摩擦系數(shù)值允許用函數(shù)曲線形式表達(dá)。其余值按系統(tǒng)默認(rèn)值，點(diǎn)擊【Close】按鈕完成對(duì)像間關(guān)系設(shè)置。（4）點(diǎn)擊 Generate all 按鈕，前處理窗口就會(huì)顯示模具

54、與工件的接觸點(diǎn)。（5）點(diǎn)擊【OK】按鈕，對(duì)象間關(guān)系設(shè)定成功。允許用戶改動(dòng)對(duì)象間關(guān)系容差，用戶可以在【Tolerance】欄中改動(dòng)系統(tǒng)給定的對(duì)象關(guān)系容差。Main 中其它菜單中的設(shè)置：Step 菜單-此項(xiàng)為模擬控制步菜單，用戶可以設(shè)定模擬起始步序號(hào)、模擬步數(shù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)間隔的間隔步數(shù)，同時(shí)可設(shè)定計(jì)算步長(zhǎng)。其余兩個(gè)【Advanced1】和【Advanced2】菜單里的內(nèi)容是系統(tǒng)默認(rèn)的，對(duì)于大多數(shù)數(shù)值模擬來講，這幾個(gè)參數(shù)用戶不需要更改。模擬過程中，模擬計(jì)算步長(zhǎng)的確定是十分重要的，DEFORM 軟件中規(guī)定了兩種計(jì)算步長(zhǎng)的方式，分別由時(shí)間或模具行程來確定。對(duì)于通常的變形問題，采用行程決定方式較好。對(duì)于幾何

55、形狀簡(jiǎn)單，邊角無流動(dòng)或其它局部嚴(yán)重變形的問題，步長(zhǎng)可選模型中較小單元邊長(zhǎng)的 1/31/2 為參考標(biāo)準(zhǔn)。在此次設(shè)計(jì)中，工具模符合此種情況，其中最小的單元邊長(zhǎng)尺寸為 6mm，故取 2mm/s(較大對(duì)模擬有利)。在此設(shè)定坯料需要運(yùn)行的行程為 100mm，因此可取 Number of Simulation Steps 為 50，不妨取 Step Increment to Save 為 2，表示每模擬 2 步，會(huì)將中間階段結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫。圖 4-1 對(duì)象關(guān)系圖圖 4-2 數(shù)據(jù)生成圖Stop 菜單-所有停止模擬設(shè)定都在停止菜單中，本次設(shè)計(jì)是由兩個(gè)模具之間距離作為停止模擬的標(biāo)準(zhǔn)。點(diǎn)擊 Die Distanc

56、e,在【Referencel】參考一欄中，選擇一個(gè)工具作為第一參考物體，本次選擇 jiyadian，并用鼠標(biāo)點(diǎn)擊窗口中 jiyadian 的底面一點(diǎn)作為，此點(diǎn)在坐標(biāo)欄中會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的坐標(biāo)；再在【Reference2】參考一欄中選擇第二參考物體，在此選擇 jiyamo，并用鼠標(biāo)點(diǎn)擊其底面；最后，打開測(cè)距方式【Method】一欄選擇 X Distance，并把測(cè)得的數(shù)據(jù)填入【Distanc】欄中。完成以上步驟后，點(diǎn)擊【OK】按鈕，設(shè)置完成。Remesh Criteria 菜單-網(wǎng)格重劃分標(biāo)準(zhǔn)菜單。DEFORM-3D 軟件具有重劃分網(wǎng)格的能力，重新劃分網(wǎng)格后，原節(jié)點(diǎn)的信息不會(huì)丟失。設(shè)定變形物體的劃分網(wǎng)

57、格標(biāo)準(zhǔn)，有兩種選擇，一個(gè)是 Absolute(絕對(duì)值)，另一個(gè)是 Relative(相對(duì)值)，用戶一般按相對(duì)值來劃分。Iteration 菜單-求解、迭代方法設(shè)定菜單。對(duì)于典型的成形模擬，系統(tǒng)默認(rèn)的求解方法就能計(jì)算很好。故本次設(shè)計(jì)也不作設(shè)置。Irocess Condition 菜單-工藝條件設(shè)定菜單。此菜單的參數(shù)是環(huán)境溫度和物體與環(huán)境之間熱傳遞系數(shù)設(shè)定，在此設(shè)為工模具的溫度 350。Advanced 菜單-高級(jí)設(shè)定菜單。在此設(shè)計(jì)中不作設(shè)定。數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生窗口：當(dāng)模擬信息在前處理中設(shè)置完畢后，點(diǎn)擊按鈕進(jìn)入數(shù)據(jù)產(chǎn)生窗口，點(diǎn)擊 Check 按鈕，若提示無問題，則可點(diǎn)擊 Generate 按鈕，最后點(diǎn)擊

58、Close 按鈕。其數(shù)據(jù)產(chǎn)生窗口如圖 4-2 所示。 保存與退出窗口：點(diǎn)擊保存按鈕，進(jìn)行保存。然后點(diǎn)擊退出按鈕，按提示保存并離開窗口 下面就是點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，等待運(yùn)行結(jié)果11。4.34.3 后處理后處理后處理可以載入多個(gè)數(shù)據(jù)庫文件，在多個(gè)視窗展示進(jìn)行多模擬步演示，展示金屬的折疊問題，用最小距離分析模具的填充問題，允許多個(gè)面來切物體，可以關(guān)閉物體的顯示，也可透明顯示，支持點(diǎn)追蹤，DEFORM 軟件追蹤的設(shè)一動(dòng)點(diǎn)，可以生成流動(dòng)網(wǎng)格圖，可用等高線展示狀態(tài)變量，可用模擬過程制作動(dòng)畫，用戶可以對(duì)背景、顯示狀態(tài)變量的顏色、字體大小進(jìn)行調(diào)解。對(duì)于本次設(shè)計(jì)所需要的，只是用于分析模擬過程的操作即可，主要分析擠壓速

59、度對(duì)金屬流動(dòng)、應(yīng)力、應(yīng)變、擠壓力、破壞傾向等方面的影響及其機(jī)理。由于本次模擬實(shí)體較大，生成的數(shù)據(jù)庫較大無法打開 DB 文件，在此可以利用點(diǎn)跟蹤，進(jìn)行結(jié)果的比較分析，得出一定的規(guī)律。首先，打開 DEFORM 軟件，選中數(shù)據(jù)庫文件后，點(diǎn)擊 DEFORM-3D Post 即可進(jìn)入后處理界面。其次，點(diǎn)擊按鈕，在彈出的窗口中勾選擠壓墊以勾選時(shí)間為 X 軸，勾選Xload 為 Y 軸，單擊【Aplay】按鈕即可彈出載荷曲線，選擇出現(xiàn)較大轉(zhuǎn)折的點(diǎn)，即可在圖中顯示該點(diǎn)的坐標(biāo)，記錄數(shù)據(jù)，詳見表 4-1。再次，點(diǎn)擊按鈕在彈出的窗口中，選中所選的步數(shù)，并分別選中 STRAIN(Effective strain)、E

60、FSTS(Effective stress)和 DAMAGE (Accumulated damage)后，點(diǎn)擊【Extract】按鈕并選擇命名保存數(shù)據(jù)與模擬文件中。這樣一來對(duì)于擠壓力、應(yīng)力、應(yīng)變以及破壞傾向均提出了數(shù)據(jù)11。表4-1 擠壓參數(shù)表方案12345678910擠壓速度/mm/s18.0327.0436.0545.0754.0818.0327.0436.0545.0754.08載荷/MN0.1580.1610.1480.1660.1600.1530.1590.1650.1660.154等效應(yīng)力/MPa107.14104.39104.5994.2397.51103.5798.3992.5