黄铜挤压模拟实验报告_综合模拟手工实验报告

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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，工作带长度hg8~12 mm，取hg10 mm，工作带直径dgdmC1dm,dm90 mm，裕量系数C10.0140.016，C10.015，dg900.01590901.3591.35 mm，出口直径一般比工作带直径大3-5 mm，取出口直径为dch96,入口圆角半径=3mm，模子的外形尺寸

所以D取120 mm，H取70 mm。D1.25~1.45Dw1.25~1.4590112.5~130.5 mm，1.4.2 挤压筒的结构尺寸设计

（1）挤压筒内径D0

由于挤压过程为热挤压，考虑到热膨胀，故取挤压筒内径D095mm

（2）挤压筒长度Lt

LtLmaxLtS（1-1）式中：Lmax—锭坯最大长度，对重金属为（1.5-2.5）D0，mm；

—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； LS—挤压垫厚度，mm。

LtLmaxLtS288

2959215

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。

1-2）（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PROE、UG环境下绘出平面，填充各个剖切面，如图2-1所示：

平面图 图2-1

2.2 挤压工具三维实体图

根据平面图利用UG（PROE）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

2.3.1.6 实体网格化

在对象树上选择workpiece→点击Mesh→在Number of Elements卡上填入需要的网格数，如20000(本组实验网格划分为20000)→点击Generate Mesh→工件网格生成如：上图2-8所示。

2.3.1.7 设置对象材料属性

在对象树上选择workpiece→点击Meterial→点击点击完成材料属性的添加。

→2.3.1.8 设置主动工具运行速度

在对象树上选择top die→点击Movement→在speed/force选项卡的type栏上选中Speed选项→在Directiont选中主动工具运行，如-Y（本组驻动工具运动方向为+Z）→在speed卡上选中Define选项，其性质选为Constant,填入数度值(本组数值为1.5mm/s)。2.3.1.9 工件体积补偿

在对象树上选择workpiece→点击Property→在Target Volume卡上选中Active选项→点击按钮→点击Yes按钮→勾选Compensate during remeshing。

2.3.1.10 边界条件定义

在工具栏上点击Inter-Object按钮→在对话框上选择workpiece-top die→点击Edit按钮 →点击Deformation卡Friction栏上选中Shear和Constant选项，填入摩擦系数或选择摩擦类型，如Hot Forging→点击Thermal→选中Constant选项，填入传热系数或选择传热类型如Fomging→点击Close按钮→如此重复，依次设置其它接触关系→点击Generateall按钮点击

tolerace按钮→点击OK按钮完成边界条件设置。

图2-9 对象间关系设定对话框

2.3.1.11 保存k文件

在对象树上选择workpiece→点击Save按钮→点击保存按钮→保存工件的前处理信息→重复操作，依次保存各个模具的信息。2.3.2 模拟运算

在主控程序界面上，单击项目栏中的wick.DB文件→单击Run按钮→单击Start→单击Summary,Preview,Meage,Log按钮可以观察模拟运行情况。2.3.3 后处理

模拟运算结束后，在主控界面上单击wick文件→在Post Proceor栏中单击DEFORM-3D_Post按钮，进入后处理界面。

图2-12 等效应力分布图

图2-13 最大应力分布图

2.4.4 观察等效应变分布

在状态变量的下拉菜单中选择Strain-Efftive,点击播放按钮查看成型过程中应变分布及其变化情况：如图2-13所示。从图中可以清晰的看出，在整个挤压过程中应变最大的位置出现在工件中间位置，此时工件部的主变形量最大，也即应变最大。工件中间位置刚刚进入挤压模的位置应变其次，两端应变最小。应变整体上市呈上升趋势，因为材料的成型过程中每个质点都产生了小的应变程度，所有质点应变的总和便构成了整个工件的应变，所以总应变是逐渐增大的。2.4.5 成型过程载荷

点击Load Stroke按钮，生成变形工具加载曲线图，保存图形文件为pad.png.如图2-14。整个挤压过程的成型载荷总体上是沿直线逐渐增加的，为随着挤压过程的进行，工件和挤压模的接触面积越多，则受挤压模具的摩擦力就会逐渐增大，同时还会受到金属内部原子的相互作用力，随着挤压过程的进行金属流动越来越困难，要求的挤压力也越大。图形中出现的很小的起伏，主要是因为在挤压过程中DEFORM-3D成型软件进行了网络的重划分，产生了均匀应变，挤压力小幅度降低，挤压力总体上呈上升趋势。

图2-14 应变分布图

图2-15 成型载荷分布图

图2-16 破坏系数

总 结

DEFORM-3D是一套基于工艺模拟系统的有限分析（FEM），专门设计用于分析各种金属成形过程的三维（3D）流动，提供极有价值的工艺分析数据，及有关成形过程中的材料和温度流动。典型的DEFORM-3D应用包括锻造、挤压、镦粗、轧制、自由锻、弯曲和其他成形加工手段。本次实验就是应用了DEFORM-3D的挤压成形加工模拟手段。

通过这次模拟训练，我们学会了许多知识。再次复习了大一学习的AUTOCAD和大二学习的PROE等绘图软件，加深熟悉了本学期所学的DEFORM-3D的基本操作，学会了DEFORM-3D软件在实际生产中的应用，DEFORM-3D图形界面既强大又灵活，能够分析金属成型过程中多个关联对象的变形和热特性且可以自动重新网格的划分。DEFORM-3D的后处理可以对所需要的部位进行充分的分析，可主动生成曲线，为我们研究材料成型过程中的金属的性能的变化提供重要的参考数据，使对于材料成型过程中有了更加的形象的了解，知道了DEFORM-3D在塑性成形加工中的重要地位。

在该试验中我们对铜材进行了棒材的挤压模拟，在经上述操作后，在挤压模拟结束以后，我们分别对坯料在加工过程进行了分析，其中包括坯料的温度、应力、以及应变的分布等，其中也对进行进一步的分析，知道了坯料在加工过程中所发生的变化。

同时，在运用office完成材料成形过程模拟实验的实验报告中，练习office软件的Word等常用编辑软件的使用方法。

在挤压模拟过程中，也遇到许多问题。由于摩擦系数，挤压速度和散热系数等不是真实的生产数据，造成挤压出来的棒材表面粗糙不均，甚至出现弯曲。所以在实际生产过程中棒材挤压的摩擦系数要经过实验得出，挤压速度要根据实际生产需要以及制品表面质量的要求来确定，散热系数也要经过实验得出。在这次实验中我们学会了如何的运用DEFORM-3D对实际生产过程进行模拟，解决实际问题，为我们今后更好的学习工作奠定了基础。

这次DEFORM-3D课程设计是材控专业的学生学习过程中一个很重要的专业实训环节，是对以前所学知识的一次综合运用。这既是对自己学习的检验，也使自己能力得到锻炼，更为以后走上工作岗位打好专业实践基础。

通过这次课程设计，不仅帮助我具体运用和巩固了《金属塑性加工学》及《DEFORM在金属塑性成形中的应用》相关课程的理论知识，了解了挤压与拉拔的一般方法和程序。

通过这次课程设计，让我对以前感到困惑的知识点有了更清楚的认识和理解。

由于本人是第一次进行DEFORM-3D课程设计，所以在设计中仍存在很多问题，有许多不完善的地方，还请指导老师斧正。

这次课程设计是在老师的指导下和同学的帮助下，使我顺利完成了对DEFORM-3D课程设计。在此，我对本次课程设计的指导老师以及帮助过我的同学表以真诚的感谢！

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