【正文】 NSYS ， hot extrusion dies， diffusion copper 第 1 頁 緒 論 本設計分為上下兩篇： 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)代新型的高強度復合材料，它有極好的導電、導熱及抗腐蝕性。 隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速從結(jié)構(gòu)工程強度分析計算擴展到幾乎所有的科學技術(shù)領域 。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。 5 答辯得分 指導教師審閱成績（ 60%） 答辯成績（ 40%） 總成績（等級） 答辯委員會（小組）評語： 年 月 日 答辯小組成員（簽字）： 答辯委員會（小組）主任（組長）簽字： 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。 15 答 辯 回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚。 10 設計（論文） 質(zhì) 量 綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學；文字通順，技術(shù)用語準確，符號統(tǒng)一，編 號齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；論文結(jié)果有應用價值。 89周：進行熱擠壓模具設計以及對 ansysr有限元分析。 ③ 要對機械原理以及力學和材料學由很好的理解。 3. 研究步驟、方法及措施 ① 要具備一定的專業(yè)知識，只有具備了一定的專業(yè)知識才能對熱擠壓模具設計步驟有一定的了解。 2. 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 ① 熟悉《有限元分析》中分析的基本內(nèi)容。 第 12~14 周，編寫說明書，答辯。完成對彌散銅的機械性能（硬度、高溫軟化強度，導電率，常溫機械強度等）和微觀結(jié)構(gòu)的測試和分析工作。洛陽理工學院論文 1 洛 陽 理 工 學 院 畢 業(yè) 設 計（論 文） 題目 銅合金熱擠壓模具設計及可靠性分析 系 （部）＿＿ 機電 工程 系 專 業(yè) 模 機械制造及其自動化（模具 方向 ） 洛陽理工學院論文 2 畢業(yè)設計（論文）任務書 填表時間： 20xx 年 2 月 28 日 （指導教師填表） 學生姓名 郭 平 專業(yè)班級 05模具 指導 教師 趙冬梅 課題類型 軟件工程 題目 銅合金熱擠壓 模具設計及可靠性分析 主要研究 目標 (或研 究內(nèi)容 ) 研究高溫環(huán)境下的熱擠壓模具設計中熱應力對模具可靠性的影響， 研究熱擠壓工藝（擠壓速度， 擠壓比、溫度以及壓力）對模具的影響，利用熱 力偶合的有限元分析方法對熱擠壓過程的模擬，對熱擠壓產(chǎn)品：彌散銅的性能和微觀特性進行分析研究，對模具和擠壓工藝設計提供理論依據(jù)。 進度計劃 第 1~3 周，認識實踐環(huán)節(jié)，改進方案設計環(huán)節(jié)。 主要參 考文獻 《 ANSYS 有限元應用基礎》 《銅合金加工手冊》 《模具設計基礎》 《機械設計基礎》 指導教師簽字： 教研室主 任簽字： 年 月 日 洛陽理工學院論文 3 洛陽理工學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告 系（部）： 機電系 20xx 年 3 月 12 日 課題名稱 銅合金熱擠壓模具設計及可靠性分析 學生姓名 專業(yè)班級 05 模具 課題類型 軟件工程 指導教師 職稱 教授 課題來源 1. 綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義 彌散強化 Al2O3/Cu復合材料，不僅強度高，導電性和純銅相近，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 強度 和高溫強度 ，是一種具有廣闊應用前景的 新型結(jié)構(gòu)與功能材料 。 ② 熱擠壓模具的設計 : 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)簡單，操作方便。在具備專業(yè)知識的同時，也要涉及一些與專業(yè)知識有關的知識，使要解決的問題很好的解決。 4. 研究工作進度 12周：選擇設計方向，收集資料，確定設計內(nèi)容。 1011周：撰寫設計過程，總結(jié)設計過程，論文答辯。 20 創(chuàng) 新 有創(chuàng)新意識；對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。主要問題回答準確、有深度。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu) 的學位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。在本設計中做了簡單接觸應力分析， 利用有限元對擠壓模具的內(nèi)筒進行了受力分析。彌散強化 Al2O3/Cu 復合材料，不僅強度高，導電性和純銅相近，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 強度 和高溫強度 ， 彌散強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，對擠壓力、金屬流動的均勻性、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】 。 彌散強化銅的性能來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，甚至在接近銅熔點的溫 第 2 頁 度下仍然能保持去原來的粒度和顆粒間距；彌散相的加入量只占基體極小的體積分數(shù)，幾乎不影響基體金屬固有的物理化學性質(zhì) [11]。因此，擠壓加工是利用模具來控制金屬流動，使金屬體積大量轉(zhuǎn)移來形成零件。 熱擠壓就是將金屬材料加熱到熱鍛成形溫度進行擠壓，即在擠壓前將坯料加熱到金屬的再結(jié)晶溫度以上的某個溫度下進行的擠壓。 熱擠壓模具一般是有模架、導向裝置、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。當坯料加熱到所需的溫度時，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)進行擠壓。 第 二 章 熱擠壓模具的理論計算 擠壓模的設計 擠壓模類型 擠壓模是決定擠壓制品外形尺寸的重要工具。 本設計注重產(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，取 r=(2～ 5)mm。 一般取 H=（ 20~80） mm。其軸的工作長度部分用優(yōu)質(zhì)耐熱合金剛制作，軸的基座用稍差的鋼材制造。 (2）擠壓軸的長度 擠壓軸長度包括工作 及 基座長度。使其擠壓時受到偏心載荷引起的 彎曲應力作用 【 4】 。 （ 23） 式中 ? — 擠壓軸上的壓應力 /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力分布比單層擠壓筒均勻，因此，在銅及銅合金材料擠壓時，一般采用 2～ 3層結(jié)構(gòu)的擠壓筒。然后根據(jù)第三或第四強度理論進行強度校核。 （ 3）強度校核 擠壓筒內(nèi)襯和外套的危險半徑均在其內(nèi)壁上，用第三或第四強度理論求出危險半徑處的合成應力，若合成應力值小于擠壓筒的需用應力 時，則通過強度校核。擠壓筒的長度不宜過長，一般為內(nèi)徑的 ～ 5 倍。 （ 3）擠壓筒層間的過盈量確定 層間的過盈預應力由過盈量來控制，一般按經(jīng)驗公式計算，即 1D???? ， 式中 1D — 配合面直徑 /mm； ? — 過盈配合系數(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 ANSYS 開發(fā)，它能與多數(shù) CAD 軟件接口，實現(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)品設計中的高級 CAD 工具之一。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設備上，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。冷加工后強度雖然可以達到 400MPa，但延伸率僅為 2%?？梢?，純銅及現(xiàn)有牌號的銅合金高電導率和高強度難以兼 顧，強度的提高往往是以較大程度地犧牲電導率為代價的。同時由于 Al2O3 顆粒含量少，且細小彌散分布，所以能保持銅基體的高導電、導熱性。 (3) 用于微波 管結(jié)構(gòu)及導電及電焊電極材料。在合金氧化過程中，氧溶解到合金相中，并在合金相中擴散，合金中較活潑的組元與氧反應，在合金內(nèi)部生成氧化物顆粒，這個過程定義為內(nèi)氧化。 第 31 頁 第 二 章 彌散銅性能分析 不同內(nèi)氧化時間對合金組織的影響 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)氧化處理對電阻具有雙重作用： ① 析出的Al2O3 質(zhì)點本身使 Cu 基體電導率降低； ② Al2O3 質(zhì)點的析出，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，使電導率提高。從這三個圖中，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，試樣表層比內(nèi)部的晶粒細小， 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 合金復合材料的研究奠定了堅實的基礎。 CuAl合金內(nèi)氧化的熱力學分析 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。在 1000℃ 加熱時，常壓下 CuO 也將發(fā)生分解。 結(jié) 論 Al2O3/Cu 復合材料，與傳統(tǒng)制備方法得到的試樣性能相似，因此為工業(yè)上的應用提供了依據(jù)。與 Al 的固溶強化相比， Al2O3 粒子的彌散強化不僅大大提高了電導率，而且顯著提高了材料的硬度。 ， 銅合金 CuAl2O3所檢測 到的較好結(jié)果說明其試驗工藝合理，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較適合實際的熱擠壓工藝要求。 通過這次畢業(yè)設計，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 以及對彌散銅的分析，對所學知識進行了一次綜合考察，感到收獲很大，鍛煉了獨立思考的能力，通過深入研究和同學融洽配合 。39。39。AREA39。 這次設計中 時間時間短， 缺乏理論和實驗基礎， 即使在努力 學習，但 在設計中難免有考慮不周之處， 還需要不斷完善自己 。 在這次設 計中時間時間短， 缺乏理論和實驗基礎， 即使在努力 學習，但 在設計中難免有考慮不周之處， 以后還需要不斷完善自己，所以學習這些很應用廣泛的軟件等知識 將會是我今后努力和學習的方向。 ANSYS 的有限元分析軟件可以精確的計算熱擠壓模具的實際應力分布和變形的情況，比較直觀的得到計算結(jié)果與傳統(tǒng)的計算方