DEFORM黄铜挤压Word格式.docx
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2.2工模具结构分析
挤压制品为φ18mm的棒材，挤压所需的工具有挤压筒、挤压垫和挤压模。
挤压筒容纳高温锭坯，是由两层或三层以上的衬套以过盈热配合组装在一起构成的；
挤压筒的尺寸包括筒内径、外径和长度。
挤压垫是用来防止高温的锭坯直接与挤压杆接触，消除其消除其端面磨损和变形的工具；
其尺寸包括挤压垫直径和厚度。
挤压模是挤压生产中最重要的工具，是锭坯成形的直接工具；
模子尺寸只要有模角、工作带长度和直径、出口直径、入口圆角、模子的内径和外径及长度。
2.3工模具尺寸设计
根据挤压成形要求，挤压所用坯料为φ140×
300mm，挤压制品为φ18mm的棒材。
2.3.1挤压筒尺寸设计
挤压筒是所有挤压工具中最贵重的部件，在挤压过程中防止锭坯金属外流；
其尺寸有筒内径、外径和筒长。
2.3.1.1挤压筒内径
计算挤压筒内径时要考虑挤压筒内径与锭坯的偏差量，即筒锭之间有间隙值
，
按间隙值计算：
（2-1）
式中，
—锭坯直径，mm；
—筒锭之间的间隙值，mm，可查下表2-1。
表2-1筒、锭间隙选择
金属材料
挤压机
挤压筒直径
mm
间隙值，mm
类型
吨位，MN
铜
卧式
—
≤100
100~300
≤300
1~3
5
10
立式
6
75~120
1~2
2.3.1.2挤压筒外径
根据经验数据初步确定，挤压筒的外径应大致等于其内径的4~5倍，即：
（2-2）
2.3.1.3挤压筒长度
（2-3）
—挤压垫厚度，mm；
2.3.2挤压垫尺寸设计
挤压垫做成圆形，其外径应比挤压筒内径小
。
值与挤压筒的内径有关，由于我们所用的挤压机卧式挤压机，所以其
值可取0.5~1.5mm。
挤压垫的厚度可等于其直径的0.2~0.7倍。
2.3.2.1挤压垫直径
可根据经验式：
（2-4）
2.3.2.2挤压垫厚度
（2-5）
2.3.3挤压模尺寸设计
挤压模的结构形式和各部分尺寸对挤压力、金属流动均匀性、制品尺寸精度及其使用寿命都有极大影响，所以模子的尺寸设计是最重要的。
2.3.3.1模角α、工作带长度
和入口圆角r
（1）模角α是模子的最基本参数之一，它的大小直接影响死区的大小，进而影响制品的质量；
这里的模角α=45℃；
（2）工作带长度有称定径带，是以稳定尺寸和保证制品表面质量的关键部分。
这里的工作带长度
=50,mm；
（3）入口圆角半径的作用是为了防止低塑性合金在挤压时产生表面裂纹和减轻金属在进入工作带时所产生的非接触变形，同时也是为了减轻在高温下挤压时模子的入口棱角被压颓而很快改变模孔尺寸用的；
这里的r=5mm。
2.3.3.2工作带直径
模子工作带直径与实际所挤出的制品直径并不相等。
挤压棒材的模孔直径
可用下式计算：
（2-6）
—挤压制品的直径，mm，为φ18mm；
—裕量系数，用来考虑各种因素对制品尺寸的影响，看查下表2-2得。
表2-2裕量系数
合金
值
含铜量不超过65%的黄铜
紫铜、青铜及含铜量大于65%的黄铜
纯铝、防锈铝及镁合金
硬铝和锻铝
0.014~0.016
0.017~0.020
0.015~0.020
0.007~0.010
2.3.3.3出口直径
模子的出口直径一般应比直径大3~5mm，因过小会划伤制品的表面。
根据经验式：
（2-7）
2.3.3.4模子的外径
和
（1）根据经验，对于棒材，其模子外径
等于
的（1.25~1.45）倍，
为一般挤压棒材的外接圆最大直径，通常等于挤压筒内径的（0.8~0.85）倍；
即：
（2-8）
（2）
为出口段长度，这里
取30mm。
2.3.4工模具尺寸的确定
结合式（2-1）~（2-8）以及表2-1、2-2和有关数据得：
（1）挤压筒内径：
=145mm；
（2）挤压筒外径：
=580~725mm，这里取
=600mm；
（3）挤压筒长度：
=350mm，其中
取20mm；
（4）挤压垫直径：
=143.5~144.5mm，取
=144mm；
（5）挤压垫厚度：
=28.8~100.8mm，取
=30mm；
（6）工作带直径：
=18.252~19.908mm，取
=18.5mm；
（7）出口直径：
=21.5~23.5mm，取
=22mm；
（8）模子的外径：
=145~178.7mm，取
=175mm。
以上数据即为挤压工模具尺寸。
第三章挤压设计方案的制定
3.1设计方案分组
本设计方案共分为8组进行挤压模拟，其分组数据如下表3-1所示；
表3-1挤压方案的分组
序号
挤压垫摩擦系数
挤压筒挤压模摩擦系数
挤压杆速度
/mm.s-1
挤压模锥角
/°
挤压温度
/℃
定径带长度
/mm
工模具预热温度
1
0.6
0.1
45
610
50
400
2
15
3
20
4
25
30
40
7
8
60
3.2实验过程
3.2.1挤压工模具及工件的三维造型
根据给定的几何尺寸，运用PRO/E分别绘制坯料、挤压垫、挤压模、挤压筒的几何实体，文件名称分别为workpiece，topdie，bottomdie，object4。
输出stl格式。
3.2.2挤压模拟前处理
建立新问题：
程序→DEFORM6.1→Problem→Next→在ProblemName栏中填写Stickextrusion→Finish→进入前前处理界面；
在SimulationControl中，勾选SI以及勾选“Deformation”和“HeatTransfer”。
定义对象材料，设置挤压温度610℃，选择属性为DIN-CuZn40Pb2。
实体网格化，用绝对网格划分，SizeRatio改为1.5，MinElement改为2。
定义topdie、bottomdie和object4，定义温度为400℃，
设置topdie速度10mm/s。
其他7组方案的速度如表3-1所示。
模拟控制设置，在SimulationControl中，设置NumberofSimulationSteps为100、StepIncrementtoSave为5、WithDieDisplacement为1→点击OK按钮完成模拟设置；
在Stop中，设置Z轴距离为-100。
调整对象位置关系：
在ObjectPositioning中设置Z轴方向为300。
边界条件定义，填入挤压垫的摩擦系数0.6、挤压筒和挤压模的摩擦系数为0.1以及传热类型为Fomging，完成边界条件设置。
3.2.3生成库文件
在工具栏上点击Databasegeneration按钮→点击Check按钮→没有错误信息则点击Generate按钮→完成模拟数据库的生成。
然后退出前处理程序界面。
3.2.4模拟运算和后处理
完成运算后进行后处理，观察载荷曲力、温度变化、破坏系数的曲线图和云图。
第四章实验结果分析
本设计按照挤压杆速度共分为8组方案，下面是这8组方案的比较分析，通过各组方案中载荷曲力、温度变化、破坏系数的曲线图或者云图进行分析，由于方案较多且各组方案的云图趋势相似，故只取方案一分析。
4.1挤压速度对挤压力的影响
（1）如下图4-1和载荷曲线在开始极短的时间内曲线呈垂直上升，此段属于填充挤压阶段，发生弹性变形，变形均匀，载荷均匀增加；
而后阶段呈缓慢的曲线上升，此段属于平流挤压阶段，发生塑性变形，变形不均匀，载荷不均匀增加，随着挤压过程的进行，产生加工硬化，变形抗力增加，挤压力越来越大。
在挤压的最后阶段，载荷曲线变化剧烈，此段是紊流挤压阶段，筒内的金产生剧烈的径向流动。
图4-1方案一载荷曲线图
（2）根据挤压杆的速度不同，从deform中提取载荷曲线的数据，然后在excel中做出8组方案的相应表格，求出每组的平均载荷，即平均挤压力；
其数据如表4-1所示：
表4-1平均挤压力
方案
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
方案六
方案七
方案八
挤压杆速度/mm.s-1
平均载荷/N
881739
869645
890676
878233
875571
769661
877296
907634
从表4-1中平均挤压力做出的图表如下图4-2，可以看出方案六的平均挤压力最小，方案八最大；
随着挤压速度的增加，坯料的温度不能及时散出，则坯料的温度越来越高；
温度越高，坯料与工模具的粘结愈严重，怎摩擦力越大，所需的挤压力也越来越大；
从图4-3中可以看出，挤压力整体呈上升趋势，但是有波动，特别是方案六，这说明了挤压力不仅仅与挤压速度呈正比；
根据资料得知，金属变形抗力、挤压温度、挤压方法、挤压比、锭坯长度、挤压速度、挤压模角、工具表面状态等.
图4-28组方案的平均挤压力折线图
4.2挤压速度对温度的影响
（1）如下图4-3相所示，在整个挤压过程中，坯料中心温度分布比较均匀且较高，因为工件中心不与挤压模具接触，传热都很少，温度不能及时散出；
挤出来的部分坯料温度最高，而在制品的最前端温度有所降低，因为该段与空气接触，热量散出
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