【正文】 ANSYS ， hot extrusion dies， diffusion copper 第 1 頁(yè) 緒 論 本設(shè)計(jì)分為上下兩篇： 上篇是在 ANSYS 下的有限元分析法及熱擠壓模具有限元分析。 彌散銅是現(xiàn)代新型的高強(qiáng)度復(fù)合材料，它有極好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及抗腐蝕性。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速?gòu)慕Y(jié)構(gòu)工程強(qiáng)度分析計(jì)算擴(kuò)展到幾乎所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域 。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 5 答辯得分 指導(dǎo)教師審閱成績(jī)（ 60%） 答辯成績(jī)（ 40%） 總成績(jī)（等級(jí)） 答辯委員會(huì)（小組）評(píng)語(yǔ)： 年 月 日 答辯小組成員（簽字）： 答辯委員會(huì)（小組）主任（組長(zhǎng)）簽字： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 15 答 辯 回答問(wèn)題有理論根據(jù)，基本概念清楚。 10 設(shè)計(jì)（論文） 質(zhì) 量 綜述簡(jiǎn)練完整，有見(jiàn)解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)正確，分析處理科學(xué)；文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，編 號(hào)齊全，書(shū)寫(xiě)工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；論文結(jié)果有應(yīng)用價(jià)值。 89周：進(jìn)行熱擠壓模具設(shè)計(jì)以及對(duì) ansysr有限元分析。 ③ 要對(duì)機(jī)械原理以及力學(xué)和材料學(xué)由很好的理解。 3. 研究步驟、方法及措施 ① 要具備一定的專業(yè)知識(shí)，只有具備了一定的專業(yè)知識(shí)才能對(duì)熱擠壓模具設(shè)計(jì)步驟有一定的了解。 2. 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題 ① 熟悉《有限元分析》中分析的基本內(nèi)容。 第 12~14 周，編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，答辯。完成對(duì)彌散銅的機(jī)械性能（硬度、高溫軟化強(qiáng)度，導(dǎo)電率，常溫機(jī)械強(qiáng)度等）和微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)試和分析工作。洛陽(yáng)理工學(xué)院論文 1 洛 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 題目 銅合金熱擠壓模具設(shè)計(jì)及可靠性分析 系 （部）＿＿ 機(jī)電 工程 系 專 業(yè) 模 機(jī)械制造及其自動(dòng)化（模具 方向 ） 洛陽(yáng)理工學(xué)院論文 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 填表時(shí)間： 2020 年 2 月 28 日 （指導(dǎo)教師填表） 學(xué)生姓名 郭 平 專業(yè)班級(jí) 05模具 指導(dǎo) 教師 趙冬梅 課題類(lèi)型 軟件工程 題目 銅合金熱擠壓 模具設(shè)計(jì)及可靠性分析 主要研究 目標(biāo) (或研 究?jī)?nèi)容 ) 研究高溫環(huán)境下的熱擠壓模具設(shè)計(jì)中熱應(yīng)力對(duì)模具可靠性的影響， 研究熱擠壓工藝（擠壓速度， 擠壓比、溫度以及壓力）對(duì)模具的影響，利用熱 力偶合的有限元分析方法對(duì)熱擠壓過(guò)程的模擬，對(duì)熱擠壓產(chǎn)品：彌散銅的性能和微觀特性進(jìn)行分析研究，對(duì)模具和擠壓工藝設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 進(jìn)度計(jì)劃 第 1~3 周，認(rèn)識(shí)實(shí)踐環(huán)節(jié)，改進(jìn)方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。 主要參 考文獻(xiàn) 《 ANSYS 有限元應(yīng)用基礎(chǔ)》 《銅合金加工手冊(cè)》 《模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 指導(dǎo)教師簽字： 教研室主 任簽字： 年 月 日 洛陽(yáng)理工學(xué)院論文 3 洛陽(yáng)理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 系（部）： 機(jī)電系 2020 年 3 月 12 日 課題名稱 銅合金熱擠壓模具設(shè)計(jì)及可靠性分析 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 05 模具 課題類(lèi)型 軟件工程 指導(dǎo)教師 職稱 教授 課題來(lái)源 1. 綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義 彌散強(qiáng)化 Al2O3/Cu復(fù)合材料，不僅強(qiáng)度高，導(dǎo)電性和純銅相近，而且還具有良好的抗電弧侵蝕 、 抗 電 磨損能力及較高的 常溫 強(qiáng)度 和高溫強(qiáng)度 ，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的 新型結(jié)構(gòu)與功能材料 。 ② 熱擠壓模具的設(shè)計(jì) : 在保證良好組織性能的前提下，力求做到體積最小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。在具備專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，也要涉及一些與專業(yè)知識(shí)有關(guān)的知識(shí)，使要解決的問(wèn)題很好的解決。 4. 研究工作進(jìn)度 12周：選擇設(shè)計(jì)方向，收集資料，確定設(shè)計(jì)內(nèi)容。 1011周：撰寫(xiě)設(shè)計(jì)過(guò)程，總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程，論文答辯。 20 創(chuàng) 新 有創(chuàng)新意識(shí)；對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見(jiàn)解。主要問(wèn)題回答準(zhǔn)確、有深度。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu) 的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。在本設(shè)計(jì)中做了簡(jiǎn)單接觸應(yīng)力分析， 利用有限元對(duì)擠壓模具的內(nèi)筒進(jìn)行了受力分析。彌散強(qiáng)化 Al2O3/Cu 復(fù)合材料，不僅強(qiáng)度高，導(dǎo)電性和純銅相近，而且還具有良好的抗電弧侵蝕 、 抗 電 磨損能力及較高的 常溫 強(qiáng)度 和高溫強(qiáng)度 ， 彌散強(qiáng)化銅的制造是將粉末冶金工藝和傳統(tǒng)金屬成型加工技術(shù)相結(jié)合的典范 ， 是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型結(jié)構(gòu)與功能材料 。 有限元是那些集合在一起能夠表示實(shí)際連續(xù)域的離散單元。 擠壓模具是擠壓生產(chǎn)中最重要的工具，它的結(jié)構(gòu)形式、各部分尺寸、模具材料、模具的裝配形式等，對(duì)擠壓力、金屬流動(dòng)的均勻性、制品尺寸的穩(wěn)定性、制品表面質(zhì)量以及模具自身的使用壽命等都產(chǎn)生極大的影響 【 13】 。 彌散強(qiáng)化銅的性能來(lái)源于這些氧化鋁硬質(zhì)顆粒，加入氧化鋁顆粒尺寸僅為3～ 12nm，顆粒間距為 50～ 100nm，其熱穩(wěn)定性極好，甚至在接近銅熔點(diǎn)的溫 第 2 頁(yè) 度下仍然能保持去原來(lái)的粒度和顆粒間距；彌散相的加入量只占基體極小的體積分?jǐn)?shù)，幾乎不影響基體金屬固有的物理化學(xué)性質(zhì) [11]。因此，擠壓加工是利用模具來(lái)控制金屬流動(dòng)，使金屬體積大量轉(zhuǎn)移來(lái)形成零件。 熱擠壓就是將金屬材料加熱到熱鍛成形溫度進(jìn)行擠壓，即在擠壓前將坯料加熱到金屬的再結(jié)晶溫度以上的某個(gè)溫度下進(jìn)行的擠壓。 熱擠壓模具一般是有模架、導(dǎo)向裝置、緊固裝置、卸料裝置、冷卻裝置和熱擠壓模工作部分（突模和凹模等）。凹模與凹模壓緊圈 18 采用錐面配合，用內(nèi)六角螺釘 19 與下模板緊緊連接。 凸模 23 與凸模壓緊圈 4 也采用錐面配合，以凸模壓緊圈的凸肩和上模板 2 的凹槽定位，用內(nèi)六角螺釘 3 與上模板緊緊連接。反擠壓凹?？勺龀烧w式或鑲套式。由圖 1看出，只要更換凸模，凹模和脫料板，便可生產(chǎn)不同規(guī)格的反擠壓杯形擠壓件。當(dāng)坯料加熱到所需的溫度時(shí)，除去其表皮的氧化鐵皮并迅速放入熱擠壓模的凹模模腔內(nèi)進(jìn)行擠壓。 第 二 章 熱擠壓模具的理論計(jì)算 擠壓模的設(shè)計(jì) 擠壓模類(lèi)型 擠壓模是決定擠壓制品外形尺寸的重要工具。 本設(shè)計(jì)注重產(chǎn)品質(zhì)量，研究模具的性能，所以選擇平模的擠壓模具 【 15】 。 擠壓棒材 參數(shù)說(shuō)明 ： dz— 擠壓模工作帶直徑 /mm； d— 擠壓制品公稱直徑 /mm； k — 模孔余量系數(shù)。 （ 3）模孔入口角半徑的確定擠壓銅及銅合金時(shí)，取 r=(2～ 5)mm。 一般取 H=（ 20~80） mm。其軸的工作長(zhǎng)度部分用優(yōu)質(zhì)耐熱合金剛制作，軸的基座用稍差的鋼材制造。 (2）擠壓軸的長(zhǎng)度 擠壓軸長(zhǎng)度包括工作 及 基座長(zhǎng)度。使其擠壓時(shí)受到偏心載荷引起的 彎曲應(yīng)力作用 【 4】 。 （ 23） 式中 ? — 擠壓軸上的壓應(yīng)力 /MPa； 39。 (1）擠壓墊的結(jié)構(gòu)形式如下圖。多層擠壓筒在壁厚上的應(yīng)力分布比單層擠壓筒均勻，因此，在銅及銅合金材料擠壓時(shí)，一般采用 2～ 3層結(jié)構(gòu)的擠壓筒。然后根據(jù)第三或第四強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度校核。 （ 3）強(qiáng)度校核 擠壓筒內(nèi)襯和外套的危險(xiǎn)半徑均在其內(nèi)壁上，用第三或第四強(qiáng)度理論求出危險(xiǎn)半徑處的合成應(yīng)力，若合成應(yīng)力值小于擠壓筒的需用應(yīng)力 時(shí)，則通過(guò)強(qiáng)度校核。擠壓筒的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，一般為內(nèi)徑的 ～ 5 倍。 （ 3）擠壓筒層間的過(guò)盈量確定 層間的過(guò)盈預(yù)應(yīng)力由過(guò)盈量來(lái)控制，一般按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即 1D???? ， 式中 1D — 配合面直徑 /mm； ? — 過(guò)盈配合系數(shù) ； 一般取 ～。 故 得 外 筒 內(nèi) 徑 為 mmDd ??? ? 。 （ 2）保溫筒 保溫筒式起保持加熱筒中的溫度僅肯能多的做功，不易很快散熱。 （ 3）保溫蓋 保溫蓋主要是保持溫度不容易從模具頂部散發(fā)出去。 ? 。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó) ANSYS 開(kāi)發(fā)，它能與多數(shù) CAD 軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交 換，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－ DEAS, AutoCAD 等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí) CAD 工具之一。該軟件有多種不同版本，可以運(yùn)行在從個(gè)人機(jī)到大型機(jī)的多種計(jì)算機(jī)設(shè)備上，如 PC， SGI， HP， SUN，DEC， IBM， CRAY 等。 ANSYS 既在繪圖區(qū)做出未變形的正方形板和變形以后的正方形板，未變形的以虛線表示。 ANSYS 既在繪圖區(qū)做出未變形的正方形板和變形以后的正方形板，未變形的以虛線表示。冷加工后強(qiáng)度雖然可以達(dá)到 400MPa，但延伸率僅為 2%?？梢?jiàn)，純銅及現(xiàn)有牌號(hào)的銅合金高電導(dǎo)率和高強(qiáng)度難以兼 顧，強(qiáng)度的提高往往是以較大程度地犧牲電導(dǎo)率為代價(jià)的。同時(shí)由于 Al2O3 顆粒含量少，且細(xì)小彌散分布，所以能保持銅基體的高導(dǎo)電、導(dǎo)熱性。 (3) 用于微波 管結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電及電焊電極材料。在合金氧化過(guò)程中，氧溶解到合金相中，并在合金相中擴(kuò)散，合金中較活潑的組元與氧反應(yīng)，在合金內(nèi)部生成氧化物顆粒，這個(gè)過(guò)程定義為內(nèi)氧化。 第 31 頁(yè) 第 二 章 彌散銅性能分析 不同內(nèi)氧化時(shí)間對(duì)合金組織的影響 圖 21 中 （ a）、（ b）、（ c）、（ d） 分別是試樣經(jīng) 900℃ⅹ 1h 退火和試樣 900℃內(nèi)氧化 3h、 6h、 10h 后的金相組織。 Cu－ Al 合金的內(nèi)氧化處理對(duì)電阻具有雙重作用： ① 析出的Al2O3 質(zhì)點(diǎn)本身使 Cu 基體電導(dǎo)率降低； ② Al2O3 質(zhì)點(diǎn)的析出，消耗了基體中的Al， 減少了基體中 Al 的固溶量，基體中的晶格畸變得以緩解，使電導(dǎo)率提高。從這三個(gè)圖中，我們明顯看出：隨著內(nèi)氧化 溫度的升高，內(nèi)氧化層的厚度增加，并且可以看出在 700℃ ， 800℃ 和 900℃ 內(nèi)氧化時(shí)，試樣表層比內(nèi)部的晶粒細(xì)小， 900℃ 內(nèi)氧化的表層晶粒和內(nèi)部的晶粒大小表現(xiàn)更明顯。從試驗(yàn)中 可以得出：平板狀試樣的內(nèi)氧化溫度在 900℃左右較好，為今后的氧化鋁彌散銅 合金復(fù)合材料的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 CuAl 合金內(nèi)氧化的熱力學(xué)分析 采用氧化物粉末作為氧化劑是使用較多的內(nèi)氧化工藝。反之 將發(fā)生氧化反應(yīng)。在 1000℃ 加熱時(shí)，常壓下 CuO 也將發(fā)生分解。 結(jié) 論 Al2O3/Cu 復(fù)合材料，與傳統(tǒng)制備方法得到的試樣性能相似，因此為工業(yè)上的應(yīng)用提供了依據(jù)。與 Al 的固溶強(qiáng)化相比， Al2O3 粒子的彌散強(qiáng)化不僅大大提高了電導(dǎo)率，而且顯著提高了材料的硬度。 ， 銅合金 CuAl2O3所檢測(cè) 到的較好結(jié)果說(shuō)明其試驗(yàn)工藝合理，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較適合實(shí)際的熱擠壓工藝要求。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成了 ANSYS 的接觸分析 、熱擠壓模具 主要零件 內(nèi)筒的有限元分析 以及對(duì)彌散銅的分析，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了一次綜合考察，感到收獲很大，鍛煉了獨(dú)立思考的能力，通過(guò)深入研究和同學(xué)融洽配合 。39。39。AREA39。 這次設(shè)計(jì)中 時(shí)間時(shí)間短， 缺乏理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)， 即使在努力 學(xué)習(xí)，但 在設(shè)計(jì)中難免有考慮不周之處， 還需要不斷完善自己 。 在這次設(shè) 計(jì)中時(shí)間時(shí)間短， 缺乏理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)， 即使在努力 學(xué)習(xí)，但 在設(shè)計(jì)中難免有考慮不周之處， 以后還需要不斷完善自己，所以學(xué)習(xí)這些很應(yīng)用廣泛的軟件等知識(shí) 將會(huì)是我今后努力和學(xué)習(xí)的方向。 ANSYS 的有限元分析軟件可以精確的計(jì)算熱擠壓模具的實(shí)際應(yīng)力分布和變形的情況，比較直觀的得到計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)的計(jì)