课 题 : 材料成型计算机模拟 别 : 机 械 工 程 学 院 11级材控1班 张 金 标
系
专业班级 :
指导教师 :
组 别 : 第 五 组
2014年6月
铜陵学院机械工程学院课程设计
第一章 课程设计内容及任务分配 .............................................................................................................. - 1 - 1.1 概述 .......................................................................................................................................................... - 1 - 1.2 设计目的 .................................................................................................................................................. - 1 - 1.3 设计内容 .................................................................................................................................................. - 1 - 1.4 设计要求 .................................................................................................................................................. - 1 - 1.5 挤压方案任务分配 .................................................................................................................................. - 2 - 第二章 工艺参数 .......................................................................................................................................... - 3 - 2.1 工艺参数的设计 ...................................................................................................................................... - 3 - 2.1.1 摩擦系数的确定 .................................................................................................................................... - 3 - 2.1.2 挤压速度的确定 .................................................................................................................................... - 3 - 2.1.3 工模具预热温度的确定 ........................................................................................................................ - 3 - 第三章 模具尺寸的确定 .............................................................................................................................. - 4 - 3.1 挤压工模具示意图 .................................................................................................................................. - 4 - 3.2 模具尺寸的确定 ...................................................................................................................................... - 4 - 3.2.1挤压模结构尺寸的确定 ......................................................................................................................... - 4 - 3.2.2 挤压筒结构尺寸的确定 ...................................................................................................................... - 6 - 3.2.3 挤压垫的结构及尺寸确定 .................................................................................................................... - 7 - 第四章 实验模拟及数据提取分析 ............................................................................................................ - 8 - 4.1挤压工模具及工件的三维造型 ............................................................................................................... - 8 - 4.2 挤压模拟 .................................................................................................................................................. - 8 - 4.3 后处理 ...................................................................................................................................................... - 9 - 4.4分析数据 ................................................................................................................................................... - 9 - 4.5 坯料温度对挤压力的影响 .................................................................................................................... - 10 - 4.6 坯料预热温度对破坏系数的影响 ........................................................................................................ - 11 - 个人小结 ........................................................................................................................................................ - 12 - 参考文献 ........................................................................................................................................................ - 21 - 附表 《塑性成型计算机模拟》课程设计成绩评定表
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第一章 课程设计内容及任务分配
1.1 概述
挤压是对放在容器（挤压筒）内的金属坯料施加外力，使之从特定的模孔中流出，获得所需要断面形状和尺寸的一种塑性加工方法，有正挤压、反挤压、组合挤压、连续挤压、静液挤压等多种形式。挤压成形能充分发挥金属塑性，获得大变形量，实现由坯料到成品的一次成型。挤压变形能显著改善金属材料的组织，提高制品的力学性能、尺寸精度和表面质量。因此，挤压是金属材料加工的一种应用广泛的成形方法，适用于薄壁、细长的管、线、型材的生产，特别是断面复杂的异型材的加工生产。
但是，挤压变形也存在制品组织与性能不均、工模具磨损快和设备负荷高等缺点。挤压制品的组织性能、表面质量、尺寸及形状精度、工模具损耗以及能量消耗都与坯料、挤压工艺、工模具结构尺寸和形状等因素相关。因此，挤压工艺与工模具的设计合理与否是挤压成形的关键。
本设计以?140mm棒材（黄铜DIN_CuZn40Pb2）挤压成形为例，研究挤压变形工艺参数、模具结构形状与尺寸对金属流动、变形力等参数的影响，通过DEFORM软件模拟分析参数的合理性
。
1.2 设计目的
掌握挤压变形工具设计方法，巩固挤压变形理论与知识，进一步熟悉数值模拟软件的使用方法，培养CAE在金属塑性成形中的应用技能。
设计棒材挤压工艺参数和模具结构参数，运用DEFORM软件模拟分析设计参数的合理性。
1.3 设计内容
（1）运用金属塑性变形理论、金属挤压成形理论与工艺的知识，选择坯料，设计挤压工艺参数。
（2）根据挤压变形工具设计理论与方法设计主要工具，包括挤压模、挤压筒和挤压垫。
（3）选择设计参数，制定设计方案。 （4）制定设计过程与步骤。 （5）挤压成形的CAE分析。
1.4 设计要求
（1）以挤压工艺参数如挤压初始温度、挤压速度和摩擦系数等，变形工具结构参数如模具锥角、定径带长度待等为设计参数。
（2）本设计分组进行，9名左右学生为1组，分组方案见表1。每组学生选择1至2
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个设计参数，共同设计方案，设计方案9个。每名学生独立完成本组内的1个设计方案的设计过程。
（3）组内学生共享本组的设计数据，共同讨论、分析设计结果，得出设计结论，共同撰写1份设计报告正文。
（4）每位学生独立撰写设计小结，组长着重阐述本组设计工作简况，小组成员着重简述自己工作简况，与报告正文一起装订、提交。
1.5 挤压方案任务分配
我们设计小组的任务是以工模具预热温度为变化量来探究挤压过程中对各个参数的影响，部分实验参数及成员任务分配如表1-1所示。
表1-1 挤压方案任务分配表
实验 小组 第 五 组 组员 组员 组员 组员 组员 组员 组员 组员 组长 学生学号 姓名 挤压垫摩擦系数 0.3 0.3 40 45 400 50 挤压筒挤压模摩擦系数 挤压杆速度/挤压模锥角挤压温度/oC 定径带长度工模具预热温度/oC 550 560 580 590 530 610 630 640 650 mm?s-1 ?/° l4/mm
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第二章 工艺参数
2.1 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。 2.1.1 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0.3，挤压筒与挤压模摩擦系数均取0.3。 2.1.2 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40mm?s?1。 2.1.3 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。故设计工模具预热温度为400℃。
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