【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 冷切邊，熱沖孔或冷沖孔），進(jìn)行切邊或沖孔工作。熱擠壓過程應(yīng)當(dāng)迅速進(jìn)行，否則會(huì)使坯料溫度下降，壓力急劇上升，金屬塑性變形差，影響成形。所以熱擠壓過程的持續(xù)時(shí)間通常在3～6s之間完成。第二章 熱擠壓模具的理論計(jì)算 擠壓模的設(shè)計(jì)擠壓模是決定擠壓制品外形尺寸的重要工具。按擠壓模的結(jié)構(gòu)類型可以分為以下五種：圖21擠壓模孔的五種類型（1）錐模 平模的，其特點(diǎn)是壓力較大時(shí)，形成地死區(qū)大，可以得到良好的制品。但在溫度高下擠壓變形抗力大的合金時(shí)，模具的模孔往往會(huì)縮小，故影響加工質(zhì)量。（2）雙錐模 錐模的模角小于90度，當(dāng)時(shí)，擠壓力最小，但是形成的死區(qū)小，無法帶溜鑄錠表面雜質(zhì)和潤滑劑，容易使制品內(nèi)缺陷增加，品質(zhì)下降。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】。擠壓銅及銅制品時(shí)，常用的模具結(jié)構(gòu)為下圖圖2所示。圖2－2擠壓模具示意圖 （1）模具工作帶直徑的確定由物體的熱脹冷縮和拉伸矯直時(shí)的塑性變形可知，磨具工作帶直徑不等于制品外經(jīng)。模具工作帶直徑可用下式估算。 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)。表21 擠壓模具參數(shù)選擇擠壓制品的直徑與模具孔余量可由下表取得擠壓的金屬合金直徑dx/mmk紫銅、青銅、含銅量大于65％的黃銅≤30；﹥30～；～含銅量不超過65％的黃銅≤30；﹥30～ ；～按要求取k=，故得dz = kd = （2）模孔工作帶長度的確定合理的擠壓模工作帶長度可以穩(wěn)定制品尺寸、保證制品表面和延長模具使用壽命【2】。若太短，磨具易損壞；若過長，制品易粘結(jié)金屬，造成制品表面劃傷【3】。擠壓紫銅、黃銅和青銅時(shí)，h=(8～12)mm；擠壓白銅時(shí)，h=(5～10)mm。（3）?？兹肟诮前霃降拇_定擠壓銅及銅合金時(shí)，取r=(2～5)mm。（4）模具出口處直徑的確定 （21）（5）模具外形結(jié)構(gòu)與尺寸。a) 按模具設(shè)計(jì)及要求及實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)中取錐模角為零度。b)模具的外圓直徑與制品的最大外接圓直徑有如下關(guān)系： （22）c) 模具的厚度H可根據(jù)擠壓機(jī)的能力大小確定。一般取 H=（20~80）mm。按照本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)壓迫球及實(shí)際情況的限制【7】，以上幾種設(shè)計(jì)參數(shù)分別取為：；；；。 擠壓軸的設(shè)計(jì)擠壓軸分空心和實(shí)心兩種?？招臄D壓軸用于擠壓管材，實(shí)心擠壓軸用于擠壓棒材和型材。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。這樣可以節(jié)約優(yōu)質(zhì)耐熱合金剛【9】。(1）擠壓軸的外徑 擠壓軸的工作長度的 外徑要比擠壓筒的內(nèi)徑小。一般立式擠壓機(jī) 。(2）擠壓軸的長度 擠壓軸長度包括工作及基座長度。擠壓軸工作長度一般比擠壓筒長。(3）擠壓軸的抗壓強(qiáng)度校核 擠壓軸的工作長度一般與其直徑之比為45時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生縱向失穩(wěn)。擠壓軸除受壓縮應(yīng)力作用外，還受到擠壓軸與擠壓筒安裝的不完全同心。使其擠壓時(shí)受到偏心載荷引起的 彎曲應(yīng)力作用【4】。因此，在校核擠壓軸抗壓強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮上述兩個(gè)壓應(yīng)力的共同作用，并應(yīng)滿足下式： （23）式中 —擠壓軸上的壓應(yīng)力/MPa；—壓縮應(yīng)力/MPa； —擠壓軸彎曲產(chǎn)生的壓應(yīng)力/MPa； —擠壓軸的許用應(yīng)力/ MPa； 對(duì)于高強(qiáng)耐熱模具鋼=1000～1200MPa 擠壓墊的設(shè)計(jì)擠壓墊是用來防止擠壓軸與鑄錠直接接觸的重要工具。它要承受全部擠壓力。 (1）擠壓墊的結(jié)構(gòu)形式如下圖。圖2－3擠壓墊結(jié)構(gòu)形式(2）擠壓墊的外徑比擠壓筒直徑小，其差值可由下表取得。(3）擠壓墊的厚度，～，由實(shí)際的需要，可以取得擠壓墊的直徑為；擠壓墊的厚度為。 擠壓筒的設(shè)計(jì)擠壓筒可以使單層的，也可以是有過盈裝配的多層結(jié)構(gòu)。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。在本設(shè)計(jì)中采用雙層結(jié)構(gòu)的擠壓筒。雙層擠壓筒應(yīng)力計(jì)算與單層擠壓筒不同之點(diǎn)是要考慮其各層間過盈配合產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力。既要計(jì)算出各層在內(nèi)壁、外壁處由內(nèi)壓力 和預(yù)應(yīng)力 產(chǎn)生的迭加應(yīng)力【5】。然后根據(jù)第三或第四強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度校核。（1）計(jì)算裝配預(yù)應(yīng)力 （24）式中；—配合面直徑； —過盈配合系數(shù)，～；——雙層配合面直徑。若將式代入式得預(yù)應(yīng)力為： （25）式中 —過盈系數(shù)。（2）擠壓筒的迭加應(yīng)力內(nèi)襯：內(nèi)壁： （26） （27）外壁： （28） (29)外套：內(nèi)壁： (210) （211）外壁： (212) （213）式中 —內(nèi)襯內(nèi)壁的徑向迭加應(yīng)力/ MPa ；—內(nèi)壓力引起的徑向應(yīng)力/ MPa；—過盈裝配預(yù)應(yīng)力引起的徑向應(yīng)力/ MPa。（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)，則通過強(qiáng)度校核。分析：由于內(nèi)用常處于高溫的狀態(tài)，而且很容易受到磨損和鑄錠的碰撞，故內(nèi)筒的使用壽命與其他零件相比其使用壽命最短，為了便于生產(chǎn)和損壞時(shí)的及時(shí)更換，內(nèi)筒的安裝要方便，但同時(shí)還要滿足使用要求，所以內(nèi)筒一般多采用耐高溫耐磨損導(dǎo)熱性能較好的合金鋼，其變性率要低，這樣幾點(diǎn)可以基本上保證擠壓出型材時(shí)整個(gè)模具有一定的穩(wěn)定性，從而延長模具的使用壽命【8】。（1）內(nèi)筒擠壓筒的直徑與擠壓機(jī)的能力、擠壓比、擠壓工具的強(qiáng)度和擠壓筒的允許外經(jīng)有關(guān)。對(duì)于本設(shè)計(jì)的二層式擠壓筒，取內(nèi)筒內(nèi)徑為，外半徑為。擠壓筒的長度不宜過長，～5倍。（2）外筒各直徑半徑之比表示。設(shè)外筒內(nèi)半徑為。故有 （214）取K= 則由前面可知=105mm,故得 ，??；由設(shè)計(jì)的可行性及要求，取內(nèi)筒的長度為 ；外筒長度應(yīng)為內(nèi)筒長度與擠壓膜厚度的和，故得到。（3）擠壓筒層間的過盈量確定層間的過盈預(yù)應(yīng)力由過盈量來控制，一般按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即 ，式中—配合面直徑/mm； —過盈配合系數(shù)；～。由于本設(shè)計(jì)為小型擠壓模具，擠壓機(jī)的壓力也是相對(duì)小一些。則得出過盈量。故得外筒內(nèi)徑為 。 加熱筒、保溫筒、保溫蓋、底板參數(shù)的確定（1）加熱筒加熱筒主要用于對(duì)內(nèi)部鑄錠的加熱，它不承受擠壓應(yīng)力的作用，由于外筒加熱時(shí)，外徑會(huì)增大，故外筒外經(jīng)與加熱筒內(nèi)徑應(yīng)為間隙配合。設(shè)加熱筒內(nèi)徑為，外徑為，高為，故取 ，得加熱筒內(nèi)徑為 ；得加熱筒內(nèi)徑為 ；；加熱筒高度應(yīng)該等于外筒高 。由加熱管的位置由規(guī)定，本設(shè)計(jì)的要求放在約為加熱筒壁厚的二分之一處，加熱管與加熱筒的內(nèi)壁的徑向距離大于30mm,故取加熱筒外徑為=380mm，加熱孔直徑為=20mm,加熱孔之間的徑向距離為320mm。（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。故對(duì)保溫筒的取值合理即可，沒有關(guān)規(guī)定。對(duì)本設(shè)計(jì)要求取保溫筒高 ；保溫筒壁厚取為=10mm，則保溫筒的內(nèi)徑為420mm。由于保溫筒與加熱筒之間要加入一些保溫物質(zhì)，故保溫筒的D外筒=440mm。（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。但保溫蓋的壁上應(yīng)該具有與加熱管放入位置相同的孔，用于放入加熱管后導(dǎo)線的引出。取保溫蓋的外徑；厚度；內(nèi)徑；導(dǎo)線導(dǎo)出孔=5mm；導(dǎo)線孔徑向距離。（4）底板底板主要是起固定模具和保持模具其處于正確平衡的位置。底板內(nèi)徑應(yīng)大于擠壓膜出口內(nèi)徑，底板內(nèi)徑為 =60mm；底板厚度為 =20mm。第三章 ANSYS的概述 ANSYS的介紹ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。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(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。軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。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的有限元法舉例例1：試用ANSYA 分析矩形板在受拉伸力作用下的變形，矩形板為邊長為1m的正方形，彈性模量kPa,泊松比 μ=，一邊固定，對(duì)應(yīng)一邊受均勻拉伸載荷 q=500kN/m。圖31網(wǎng)格劃分圖圖32受力變形圖圖33矢量圖圖34 X方向的受力云圖圖35Y方向的受力云圖查看結(jié)果：查看結(jié)果即最終的分析目標(biāo)，首先需要將上一步求解計(jì)算的結(jié)果讀入到數(shù)據(jù)庫中，在依次選擇 Main MenuGeneral Postproc Rend ResultsLast Set 選項(xiàng)，完成數(shù)據(jù)的讀取。然后可以對(duì)結(jié)果進(jìn)行圖形顯示，可依次選擇 Min MenuGeneral Postproc Plot ResultsDeformed Shape 選項(xiàng)，系統(tǒng)將彈出變形顯示設(shè)置對(duì)話框。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。綜上圖所示可知：當(dāng)矩形板在受拉伸力作用下的變形時(shí)，中間部分的變形大與兩邊的變形，也就是中間部分的應(yīng)力大于兩邊的應(yīng)力。第四章 用有限元分析模具零件的強(qiáng)度熱力學(xué)性能 擠壓模具在PRO/E中的立體圖圖4—1熱擠壓模具立體圖 擠壓模具主要零件在PRO/E中的立體圖及平面圖（1）外筒的立體圖及平面圖 (a) （b）圖4—2擠壓模具的外筒 (a)外筒的立體圖 （b）外筒的立體圖（2）上壓板的立體圖及平面圖 (a)(b)圖4—3擠壓模具的上壓板（a）上壓板的立體圖 (b)上壓板的平面圖（3）下墊墊板的立體圖及平面圖 (a)(b)圖4—4擠壓模具的下壓墊板(a)下壓墊板的立體圖 (b)下壓墊板的平面圖（4）下壓板的立體圖及平面圖 (a) (b) 圖4—5擠壓模具的下壓板(a)下壓板的立體圖 (b)下壓板的平面圖（5）導(dǎo)柱的立體圖及平面圖 (a) (b) 圖4—6擠壓模具的導(dǎo)柱(a)導(dǎo)柱的立體圖 (b)導(dǎo)柱的平面圖 對(duì)主要零件的有限元分析使用有限元分析熱擠壓模具內(nèi)桶所受到的應(yīng)力(1)內(nèi)桶的立體圖和ANSYS中的原圖（a）(b)圖4—7擠壓模具的外筒（a）擠壓模具的外筒立體圖 (b)擠壓模具的網(wǎng)格劃分圖 (2)在ANSYS中生成的應(yīng)力變形圖圖4—8外筒應(yīng)力變形圖 (3)在ANSYS中的矢量圖圖4—9矢量圖(4)在ANSYS中的X方向的應(yīng)力圖圖4—10 X方向的應(yīng)力圖(5)在ANSYS中的Y方向的應(yīng)力圖圖4—11 Y方向應(yīng)力圖查看結(jié)果：查看結(jié)果即最終的分析目標(biāo)，首先需要將上一步求解計(jì)算的結(jié)果讀入到數(shù)據(jù)庫中，在依次選擇 Main MenuGeneral Postproc Rend ResultsLast Set 選項(xiàng)，完成數(shù)據(jù)的讀取【1】。然后可以對(duì)結(jié)果進(jìn)行圖形顯示，可依次選擇 Min MenuGeneral Postproc Plot ResultsDeformed Shape 選項(xiàng)，系統(tǒng)將彈出變形顯示設(shè)置對(duì)話框【12】。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。綜上圖所示可知：內(nèi)桶上下端約束所有的自由度，桶內(nèi)受到壓應(yīng)力時(shí)