【正文】 的一次成型。擠壓變形能顯著改善金屬材料的組織，提高制品的力學(xué)性能、尺寸精度和表面質(zhì)量。因此，擠壓是金屬材料加工的一種應(yīng)用廣泛的成形方法，適用于薄壁、細(xì)長(zhǎng)的管、線、型材的生產(chǎn)，特別是斷面復(fù)雜的異型材的加工生產(chǎn)。 但是，擠壓變形也存在制品組織與性能不均、工模具磨損快和設(shè)備負(fù)荷高等缺點(diǎn)。擠壓制品的組織性能、表面質(zhì)量、尺寸及形狀精度、工模具損耗以及能量消耗都與坯料、擠壓工藝、工模具結(jié)構(gòu)尺寸和形狀等因素相關(guān)。因此，擠壓工藝與工模具的設(shè)計(jì)合理與否是擠壓成形的關(guān)鍵。 本設(shè)計(jì)以 ?140mm 棒材（黃銅 DIN_CuZn40Pb2）擠壓成形為例，研究擠壓變形工藝參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)形狀與尺寸對(duì)金屬流動(dòng)、變形力等參數(shù)的影響，通過(guò) DEFORM 軟件模擬分析參數(shù)的合理性 。 設(shè)計(jì)目的 掌握擠壓變形工具設(shè)計(jì)方法，鞏固擠壓變形理論與知識(shí)，進(jìn)一步熟悉數(shù)值模擬軟件的使用方法，培養(yǎng) CAE 在金屬塑性成形中的應(yīng)用技能。 設(shè)計(jì)棒材擠壓工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)參數(shù)，運(yùn)用 DEFORM 軟件模擬分析設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 （ 1）運(yùn)用金屬塑性變形理論、金屬擠壓成形理論與工藝的知識(shí)，選擇坯料，設(shè)計(jì)擠壓工藝參數(shù)。 （ 2）根據(jù)擠壓變形工具設(shè)計(jì)理論與方法設(shè)計(jì)主要工具，包括擠壓模、擠壓筒和擠壓墊。 （ 3）選擇設(shè)計(jì)參數(shù)，制定設(shè)計(jì)方案。 （ 4）制定設(shè)計(jì)過(guò)程與步驟。 （ 5）擠壓成形的 CAE 分析。 設(shè)計(jì)要求 （ 1）以擠壓工藝參數(shù)如擠壓初始溫度、擠壓速度和摩擦系數(shù)等，變形工具結(jié)構(gòu)參數(shù)如模具錐角、定徑帶長(zhǎng)度待等為設(shè)計(jì)參數(shù)。 （ 2）本設(shè)計(jì)分組進(jìn)行， 9 名左右學(xué)生為 1 組，分組方案見(jiàn)表 1。每組學(xué)生選擇 1 至 2 2 個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，共 同設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)方案 9 個(gè)。每名學(xué)生獨(dú)立完成本組內(nèi)的 1 個(gè)設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程。 （ 3）組內(nèi)學(xué)生共享本組的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，共同討論、分析設(shè)計(jì)結(jié)果，得出設(shè)計(jì)結(jié)論，共同撰寫(xiě) 1 份設(shè)計(jì)報(bào)告正文。 （ 4）每位學(xué)生獨(dú)立撰寫(xiě)設(shè)計(jì)小結(jié)，組長(zhǎng)著重闡述本組設(shè)計(jì)工作簡(jiǎn)況，小組成員著重簡(jiǎn)述自己工作簡(jiǎn)況，與報(bào)告正文一起裝訂、提交。 擠壓方案 任務(wù)分配 我們?cè)O(shè)計(jì)小組的任務(wù)是 以工模具 預(yù)熱 溫度為變化量來(lái)探究擠壓過(guò)程中對(duì)各個(gè)參數(shù)的影響 ，部分實(shí)驗(yàn)參數(shù)及成員任務(wù)分配如 表 11 所示。 表 11 擠壓方案任務(wù)分配表 實(shí)驗(yàn) 小組 學(xué)生學(xué)號(hào) 姓名 擠 壓墊摩擦系數(shù) 擠壓筒擠壓模摩擦系數(shù) 擠壓桿速度/1smm? 擠壓模錐角? /176。 擠壓溫度/186。C 定徑帶長(zhǎng)度4l /mm 工模具預(yù)熱溫度/186。C 第 五 組 組員 40 45 400 50 550 組員 560 組員 580 組員 590 組員 530 組員 610 組員 630 組員 640 組長(zhǎng) 650 3 第 二 章 工藝參數(shù) 工藝參數(shù)的設(shè)計(jì) 確定擠壓工藝參數(shù)時(shí)，可以綜合考察金屬與合金加工時(shí)的可擠壓性和對(duì)制品質(zhì)量的要求（尺寸與形狀的允許偏差，表面質(zhì)量，組織和性能等），以滿足提高成品率與生產(chǎn)率的需要。熱擠壓過(guò)程的基本參數(shù)是擠壓溫度和擠壓速 度（或金屬出口速度），兩者構(gòu)成了對(duì)擠壓過(guò)程控制十分重要的溫度 速度條件。在選擇擠壓工藝參數(shù)時(shí)，一般是在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種工藝試驗(yàn)，考察產(chǎn)品質(zhì)量，并參考實(shí)際生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)值。 摩擦系數(shù)的確定 在橫斷面上，由于外層金屬在擠壓筒內(nèi)受摩擦阻力作用而產(chǎn)生剪變形，使外層金屬的晶粒遭到較大破碎，且在擠壓制品斷面會(huì)出現(xiàn)組織的不均勻性。在制品的長(zhǎng)度上，也是由于外摩擦的作用，出現(xiàn)組織的不均勻性。因此，設(shè)計(jì)合理的摩擦系數(shù)，對(duì)于成功實(shí)現(xiàn)擠壓模擬十分重要。在滿足一定條件下，本設(shè)計(jì)取擠壓墊摩擦系數(shù)為 ，擠壓筒與擠壓模 摩擦系數(shù)均取 。 擠壓速度的確定 擠壓時(shí)的速度一般可分為三種：擠壓速度 —— 擠壓機(jī)主柱塞、擠壓桿與擠壓墊的移動(dòng)速度；金屬流出速度 —— 金屬流出?？讜r(shí)的速度；金屬變形速度（也稱(chēng)變形速率） —— 單位時(shí)間內(nèi)變形量變化的大小。 通常擠壓速度越大，不均勻性流動(dòng)加劇，副應(yīng)力增大，在擠壓制品上會(huì)引起周期性周向裂紋或破裂。擠壓速度的影響通過(guò)以下三個(gè)方面起作用：第一，擠壓速度高，流動(dòng)更不均勻，副應(yīng)力增大；第二，擠壓速度提高來(lái)不及軟化，加快了加工硬化，使金屬塑性降低；第三，擠壓速度的提高，增加了變形熱效應(yīng)，是鑄錠溫度 上升，可能進(jìn)入高溫脆性區(qū)，降低金屬加工塑性。 綜上，擠壓速度的確定需在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，因此在黃銅的允許擠壓速度范圍內(nèi)去擠壓速度值為 40 1smm?? 。 工模具預(yù)熱溫度的確定 擠壓 時(shí)，工 模具 需 要進(jìn)行預(yù)熱，如果不預(yù)熱的話，坯料與擠壓模具間溫差較大，會(huì)產(chǎn)生較大的熱轉(zhuǎn)遞，從而使坯料的溫度分布不均勻，影響成 品件 的性能 。 故設(shè)計(jì)工模具預(yù)熱溫度為 400℃。 4 第 三 章 模具尺寸的確定 擠壓工模具示意圖 模具尺寸的確定 根據(jù)擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)、用途以及所生產(chǎn)的制品類(lèi)別的不同，擠壓工具的組成和結(jié)構(gòu)形式也不一樣。擠壓工具一般包括：模子、穿孔針或芯棒、擠壓墊、擠壓桿和擠壓筒。此外，還包括其他一些配件如：模墊、支撐環(huán)、壓力環(huán)、沖頭、針座和導(dǎo)路等。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)基亞通、擠壓模、擠壓墊進(jìn)行結(jié)構(gòu)及尺寸的設(shè)計(jì)。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，擠壓制品的直徑 md 為 mm16? ，坯料的規(guī)格為 mm300140 ?? ， 故可做以下設(shè)計(jì)。 擠壓模結(jié)構(gòu)尺寸的確定 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，以及所用的材料和加工處理方法，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。模子可以按照不同的特征進(jìn)行分類(lèi)，根據(jù)?？椎钠拭嫘螤羁煞譃槠侥！⒘骶€模、雙錐模、錐模、平錐模、碗形模和平流線模七種。 模子的主要參數(shù)如下： （ 1）模角 ω 模角是模子的最基本的參數(shù)之一。它是指模子的 軸線與其工作端面間所構(gòu)成的夾角。l 1 l 2 l 3rwDmd1D1l 4 l 5d2d3D2擠壓墊 擠壓筒 坯料 擠壓模圖 21 擠壓工模具示意圖 5 根據(jù)已知條件擠壓模錐角 ω =45176。 工作帶又稱(chēng)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。倘若定徑帶過(guò)短，則模子易磨損，同時(shí)會(huì)壓傷制品表面導(dǎo)致出現(xiàn)壓痕和橢圓等缺陷。但是，如果工作帶過(guò)長(zhǎng)，又極易在其上粘結(jié)金屬，使制品表面上產(chǎn)生劃傷、毛刺、麻面等缺陷。 根據(jù)已知條件工作帶長(zhǎng)度 l4=50mm。 （ 3）工作帶直徑 d2 模子工作帶直徑與實(shí)際所擠出的制品直徑并不相等。設(shè)計(jì)時(shí)通常是用裕量系數(shù) C1 來(lái)考慮各種因素對(duì)制品尺寸的影響。 C1 查表 21 可得。 擠壓棒材的工作帶直徑 gd 用下式計(jì)算： m1m2 dCdd ?? （ 21） 式中， md — 棒材的名義直徑（ mm）。 表 21 裕量系數(shù) C1 合 金 C1 值 含量不超過(guò) 65%的黃銅 ~ 紫銅、青銅及含銅量大于 65%的黃銅 ~ 純鋁、防銹鋁及鎂合金 ~ 硬鋁和鍛鋁 ~ 查表 21 可知，本設(shè)計(jì) C1 值在 ~ 之間，取 C1 =。 代入數(shù)據(jù)，則有 2d =（ 1+） 16mm=， 取整，則 2d =17mm。 （ 4）出口直徑 3d 模子的出口直徑一般應(yīng)比工作帶直徑大 3~5mm，因過(guò)小會(huì)劃傷制品的表面。 又因?yàn)?2d =17mm， 則 3d =17+（ 3~5） mm=20~22mm， 本設(shè)計(jì)取 3d =21mm。 （ 5）入口圓角半徑 r 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)模子的入口棱角被壓頹而很快改變?？壮叽缬玫?。 入口圓角半徑 r 值得選取與金屬的強(qiáng)度、擠壓溫度和制品的尺寸有關(guān)：對(duì)紫銅和黃銅取 2~5mm。且根據(jù)已知條件，?？走^(guò)渡圓角半徑為 5mm。 （ 6）模子的外心尺寸 2D 和 H 模子的外圓直徑和厚度主要是根據(jù)其強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)系列化來(lái)考慮的。它與所擠壓的型材類(lèi)型、 難 擠壓的程度及合金 的性質(zhì)有關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)棒材、管材、帶材和簡(jiǎn)單的型材，模子外徑可按照式（ 22）進(jìn)行計(jì)算 D2=（ ~） ωD （ 22）