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课程设计课 题 计算机辅助棒材挤压模拟设计学生姓名 万 伟系 别 机械工程系专业班级 09材料成型及控制工程1班指导教师 张 金 标二0 一 二 年 六 月学 号_0910121059_目录第一章挤压工艺参数的确定 (1)1.1 挤压示意图 (1)1.2 坯料的选择 (1)1.3 挤压工艺参数的确定 (2)第二章挤压工具参数的确定 (3)2.1挤压垫尺寸的确定 (3)2.2挤压筒尺寸的确定 (3)2.3 挤压模尺寸确定 (4)第三章挤压方案的制定 (6)第四章设计过程与步骤的制定 (7)4.1挤压工模具及工件的三维造型 (7)4.2 挤压模拟 (7)4.3 后处理 (8)第五章挤压成形CAE分析 (9)5.1 定径带长度对挤压力的影响 (9)5.2 定径带长度对温度的影响 (11)5.3 定径带长度对最大等效应力的影响 (12)5.4 定径带长度对最大等效应变的影响 (13)5.5 定径带长度对破坏系数的影响 (13)总结 (15)参考文献 (16)附图装配图 (17)第一章 挤压工艺参数的确定1.1 挤压示意图1.2 坯料的选择 1）坯料直径的确定查表7-1[1]可知挤压制品黄铜棒（黄铜DIN_CuZn40Pb2）的挤压比）（400~300~10=λ，故可取挤压比60=λ。

因为22220mm m m d D d D F F ===ππλ已知制品直径mm 18φ，故有mm 42.1391860=⨯==m m d D λ故取整得mm 140=m D 。

2）坯料长度的确定在实际生产中，坯料一般是圆柱形的，在挤压有色金属时，坯料长度m H 为其直径的2.0~3.5倍。

故l 1l 2l 3rwD md 1D 1l 4l 5d 2d 3D 2挤压垫挤压筒坯料挤压模图1-1 挤压示意图mm 490~280140)5.3~0.2()5.3~0.2(=⨯==m m D H故坯料长度m H 可取300mm 。

1.3 挤压工艺参数的确定 1）摩擦系数的确定摩擦系数对挤压有着重要的影响，对挤压力的影响最为显著。

根据设计要求，故挤压垫与坯料之间的摩擦系数可取0.5，挤压筒与坯料之间的摩擦系数为0.2，挤压模与坯料之间的摩擦系数为0.2。

2）挤压杆速度的确定允许的挤压速度与金属再结晶和塑性区的温度范围有关，当变形和再结晶速度不协调或金属与模壁有较大摩擦时，挤压件将出现横向裂纹。

通常有色金属允许的挤压速度见表1-1。

表1-1 有色金属材料允许的挤压速度 材料 挤压速度/）（1-s mm ⋅铜 51~76 钼 12.7~25.4 黄铜25~51根据设计要求以及结合表1-1，可取挤压速度为1-s mm 50⋅。

3）挤压温度的确定确定挤压温度的原则与确定热轧温度的原则相同，也就是说，在所选择的温度范围内，保证金属具有良好的塑性及较低的变形抗力，同时要保证制品的获得均匀良好的组织性能等。

根据设计要求及“三图”（合金的状态图、金属与合金的塑性图、第二类再结晶图）原则，可取挤压温度为610℃。

4）工模具预热温度的确定工模具预热的目的：①使挤压坯料放入模具时温降不致过大，以免使塑性降低，变形抗力增加；同时避免坯料中心的温差过大，增加变形的不均匀性；②减小模具与坯料的接触温差。

除了坯料在挤压前加热以外，挤压模，挤压垫以及挤压筒在挤压前均要进行预热。

预热温度一般在150~300℃，应按挤压坯料的温度作调整。

故根据设计工模具预热温度取200℃。

第二章 挤压工具参数的确定2.1挤压垫尺寸的确定挤压垫是用来防止高温的锭坯直接与挤压杆接触，消除其断面磨损和变形的工具。

垫片的外径应比挤压筒内径小'D ∆，'D ∆太大，可能形成局部脱皮挤压，从而影响制品质量。

但是'D ∆值不能太小，以防止与挤压筒内衬套摩擦加速其磨损。

'D ∆值与挤压筒内径有关：卧式挤压机取0.5~1.5mm ；立式挤压机取0.2mm ；脱皮挤压机取2.0~3.0mm ，铸锭表面质量不佳的可选更大一些。

故挤压垫的直径为mm 5.144~5.143)5.1~5.0(145'1'1=-=∆-=D d d现可取挤压垫的直径mm 144'1=d 。

垫的厚度2l 可等于其直径的0.2~0.7倍，故mm 8.100~8.28144)7.0~2.0()7.0~2.0('12=⨯==d l现取垫的厚度mm 602=l 。

2.2挤压筒尺寸的确定由设计任务书可知，挤压制品直径m d 为mm 18φ，挤压坯料规格为mm 300140⨯φ，其中坯料直径mm 140=m D ,长度mm 300=m H 。

1）挤压筒内径1d 的确定挤压筒内径根据鸡鸭啊合金的强度、挤压比和挤压机能确定的。

筒的最大直径应能保证作用在挤压垫上的单位压力不低于金属的变形抗力。

显然，筒径越大，作用在垫上的单位压力就越小。

再根据产品品种、规格确定筒的内径尺寸。

挤压筒内径1d 可按间隙值计算，按照式(1-1)确定：D D d m ∆+=1 (1-1)式中，m D —坯料的外径，mm ；D ∆—是坯料顺利进入又不产生纵向裂纹的间隙值，mm ，如表1-1所列。

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，MND ∆d ∆铝卧式——3~10 4~8 立式 1.5~3 3~4 冷挤0.2~0.3 0.1~0.8铜卧式—≤1001~3 1~5100~300 5 ≥30010 立式675~1201~2因为挤压示意图所给挤压为卧式挤压机，坯料直径为mm 140φ，故可知挤压筒直径在100~300mm 范围内，即可知间隙值mm 5=∆D 。

挤压筒内径1d 为mm 14551401=+=∆+=D D d m2）挤压筒外径1D 的确定根据经验，一般挤压筒外径1D 是挤压筒内径1d 的4~5倍，故mm 725~580145)5~4()5~4(11=⨯==d D可取mm 6001=D 。

3）挤压筒长度t L 确定挤压筒长度可按如下公式进行计算321l l l L t ++= (1-2)式中，1l —模子进入挤压筒的深度，mm ； 2l —挤压垫的厚度，mm ； 3l —坯料的长度，mm 。

因为mm 3003==m H l ，mm 602=l ，为保证开始挤压时准确定位和挤压杆在挤压过程中保持稳定，1l 可取40mm 。

故挤压筒长度mm 4003006040321=++=++=l l l L t 。

2.3 挤压模尺寸确定1）模角的确定模角是模子的最基本的参数之一，是指模子的轴线与其工作断面间所构成的夹角，挤压模锥角ω为60°。

2）定径带长度的确定工作带又称定径带，是稳定制品尺寸和保证制品表面质量的关键部分。

倘若工作带过短，则模子易磨损，同时会压伤制品表面导致出现压痕和椭圆等缺陷。

但是，如果工作带过长，又极易在其上粘结金属，则制品表面上产生划伤、毛刺、麻面等缺陷，而且挤压力将升高。

本次课程设计给定的定径带直径为10~60mm ，即定径带是变化的，故可近似以等间距选取定径带长度4l 分别为10mm 、17mm 、24mm 、31mm 、38mm 、45mm 、52mm 和60mm 。

3）定径带直径2d 的确定模子工作带直径与实际所挤压的制品直径并不相等。

在设计时应保证制品在冷状态下不超过所规定的偏差范围，同时又能最大限度地延长模子的使用期限。

通常是用一裕量系数1C 来考虑各种因数对制品尺寸的影响。

表1-1为挤压不同金属与合金时的模孔裕量系数1C 值。

表2-2 裕量系数C 1合金1C 值含铜量不超过65%的黄铜 0.014~0.016 紫铜、青铜及含铜量大于65%的黄铜0.017~0.020 纯铝、防锈铝及镁合金0.015~0.020 硬铝和锻铝0.007~0.010对于棒材，按标准规定只有负偏差。

在挤压铜合金一类温度较高的材料时，因模孔会逐渐变小，所以工作带直径的设计应使开始一批棒材的直径接近其名义尺寸。

随着模孔变小，挤压棒材的实际直径接近最大的负偏差。

对于轻合金，因挤压温度低，没有模孔的问题。

挤压棒材的模孔直径2d 用下式计算：m m d C d d 12+= （1-3）式中，m d —棒材的名义直径，mm 。

因为所给挤压坯料为黄铜DIN_CuZn40Pb2，含铜量为58%，故1C 值可取0.014~0.016，则取中间值015.01=C 。

故由式（1-1）得mm 27.1818015.01812=⨯+=+=m m d C d d4）出口直径3d 的确定模子的出口直径一般比工作带直径2d 大3~5mm ，因过小划伤制品的表面。

则mm )5~3(23+=d d （1-4）由式得mm 27.23~27.21)5~3(27.183=+=d ，故可取mm 233=d 。

5）入口圆角半径（过渡圆角）r 的确定入口圆角半径（过渡圆角）r 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（定径带）时所产生的非接粗变形，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。

入口角半径r 的选取与金属的强度、挤压温度和制品的尺寸有关，对紫铜和黄铜取2~5mm ，故可取模孔过渡圆角半径mm 5=r 。

6）挤压模的外形尺寸2D 和H 确定 挤压模的外圆直径与厚度主要是根据其强度和标准系列化来考虑。

它与挤压的型材类型、难挤压的程度及合金的性质有关。

一般所挤压的型材的外接圆最大直径max w D 等于挤压筒内径1d 的0.8~0.85倍。

根据经验，对棒材、管材、带板和简单的型材，模子的外径2D =（1.25~1.45）w D 。

故挤压模外径()112)23.1~1(85.0~8.0)45.1~25.1()45.1~25.1(d d D D w =⨯⨯==带入mm 1451=d 得，mm 35.178~145145)23.1~1()23.1~1(12=⨯==d D ，故2D 可取值为2D =170mm 。

因为本设计中挤压模的定径带长度是可以变化的，取值在10~60mm ，在设计时可取4l =60mm ，故挤压模的长度H 需根据定径带长度4l 、出口带长度5l 和模角处垂直长度共同决定，因为模角处垂直长度为mm 58.3660cot 227.18145cot 221=︒⨯-=-ωd d 出口带长度5l 可取30mm ，则挤压模长度=H 60+36.58+30=126.58mm 。

第三章 挤压方案的制定由于所给定径带长度是变化量，即mm 60~104=l ，分成八组进行实验模拟。

具体方案见表3-1所示。

挤压方案如表3-1所示。

表3-1 挤压方案序号学生学号挤压垫摩擦系数挤压筒挤压模摩擦系数挤压杆速度/1-s mm ⋅ 挤压模锥角ω/°挤压温度/℃定径带长度4l /mm工模具预热温度/℃ 654~640.50.2506061010 20017 2431 38 45 52 60第四章设计过程与步骤的制定4.1挤压工模具及工件的三维造型根据设计的的几何尺寸，运用PRO/E分别绘制坯料、挤压模、挤压垫、挤压筒的几何实体，输出STL格式。