【正文】 39。AREA39。39。 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 。 通過這次畢業(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 以及對彌散銅的分析，對所學(xué)知識進(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，通過深入研究和同學(xué)融洽配合 。 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 將會(huì)是我今后努力和學(xué)習(xí)的方向。 ， 銅合金 CuAl2O3所檢測 到的較好結(jié)果說明其試驗(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。 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)算方法相比，對模具相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。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。隨著內(nèi)氧化時(shí)間的延長，內(nèi)部由于氧原子擴(kuò)散到的時(shí)間較長，形成的 Al2O3較晚，晶粒得以充分長大內(nèi)部晶粒長大。 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)。因此，必須控制內(nèi)氧化的介質(zhì)。在 1000℃ 加熱時(shí)，常壓下 CuO 也將發(fā)生分解。例如在真空、氧分壓較低得惰性氣氛中銅的氧化物均很容易發(fā)生分解，放出氧氣。反之 將發(fā)生氧化反應(yīng)。 圖 2－ 5 CuAl 氧化還原的熱力學(xué)條件 CuAl 的氧化還原條件如圖 2－ 5所示。 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。從圖中可以看出隨變形量的增大，其抗拉強(qiáng)度是不斷增高的，這與彌散強(qiáng)化合金的加工硬化現(xiàn)象顯著有關(guān)。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)。 從熱力學(xué)公式出發(fā)考慮，顯然是在氧分壓允許的范圍內(nèi)溫度越高，內(nèi)氧化 第 34 頁 速度越快，實(shí)際上限制溫高的因素很多：合金的熔點(diǎn)，粉末的燒結(jié)，試樣表面與粉末熔合引起的不平整。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。 溫度對內(nèi)氧化過程中氧擴(kuò)散的影響 通過試驗(yàn)比較，對不同內(nèi)氧化溫度制備的 Cu/A12O3進(jìn)行了分析 。 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(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。 是因?yàn)?內(nèi)氧化過程中，邊界由于氧的擴(kuò)散距離較短， Al2O3 較早的析出，釘扎了正在長大的晶粒邊界，使晶粒得不到充分長大，形成的 Al2O3 較晚，晶粒得以充分長大，所以表面晶粒較??；而在內(nèi)部由于表層 Al2O3 顆粒的形成消耗了氧，抑制了氧進(jìn)一步向內(nèi)部擴(kuò)散，即氧向內(nèi)部的擴(kuò)散速率降低，細(xì)小 Al2O3 顆粒的析出較晚較少，不能完全起到阻礙或抑制晶粒的再生長，從而內(nèi)部晶粒隨內(nèi)氧化時(shí)間的延 長，能夠繞過 Al2O3顆粒的釘扎作用再長大，所以內(nèi)氧化 6h、 10h 的內(nèi)部晶粒比內(nèi)氧化 3h的內(nèi)部晶粒大。 第 31 頁 第 二 章 彌散銅性能分析 不同內(nèi)氧化時(shí)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。因而內(nèi)氧化法成為商業(yè)化應(yīng)用最廣的一種方 法。在合金氧化過程中，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)過程定義為內(nèi)氧化。細(xì)小堅(jiān)硬的 Al2O3 顆粒彌散分布在銅基體上，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，大大提高了基體的室溫與高溫硬度，也稱作氧化物彌散強(qiáng)化銅 (Oxide Dispersion Strengthed Copper， 簡稱 ODSC)。 (3) 用于微波 管結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電及電焊電極材料。目前國外已將 Al2O3/Cu 復(fù)合材料應(yīng)用于以下幾個(gè)方面： (1) 代替 Ag 基觸電材料。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。彌散銅常用的氧化物增強(qiáng)相有 Al2O3， ThO2， BeO， TiO， CrO2， ZrO2等等，其中 Al2O3是最常用的彌散相。可見，純銅及現(xiàn)有牌號的銅合金高電導(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。 傳統(tǒng)提高銅合金強(qiáng)度的主要方法是合金化法，根據(jù)純銅和部分銅合金的力學(xué)和導(dǎo)電性能，一般其抗拉強(qiáng)度小于 600MPa。冷加工后強(qiáng)度雖然可以達(dá)到 400MPa，但延伸率僅為 2%。 第 29 頁 下篇 熱擠壓彌散銅實(shí)驗(yàn)的性能分析 第 一 章 Al2O3彌散強(qiáng)化銅概述及其制備工藝方法 彌散銅概述 高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金由于具有極好的導(dǎo)電，導(dǎo)熱性及抗腐蝕性能已成為近年來人們研究的熱點(diǎn)。 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。 第 19 頁 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 第 20 頁 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 第 21 頁 （ 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 第 22 頁 （ 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 第 23 頁 （ 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 第 24 頁 （ 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 第 25 頁 對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 第 26 頁 (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 第 27 頁 (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】 。 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。 第 16 頁 圖 31網(wǎng)格劃分 圖 圖 32受力變形 圖 第 17 頁 圖 33矢量圖 圖 34 X方向的 受力 云圖 第 18 頁 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。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。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、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，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。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 CAD 工具之一。 底板內(nèi)徑應(yīng)大于擠壓膜出口內(nèi)徑 ， 底板內(nèi)徑為 板d =60mm； 底板厚度為 板h =20mm。 ? 。 取 保 溫 蓋 的 外 徑 440D D mm??蓋 外 筒 ； 厚度 mmh 20?蓋 ； 內(nèi)徑mmdd ??蓋 ； 導(dǎo)線導(dǎo)出孔 ‘ 孔d =5mm； 導(dǎo)線孔徑向距離 mmd 6039。 （ 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。 對 本 設(shè) 計(jì) 要 求 取 保 溫 筒 高 mmhh 200?? 筒外 ； 保溫筒壁厚取為 筒厚D =10mm，則保溫筒的內(nèi)徑為 420mm。 （ 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。 設(shè)加熱筒內(nèi)徑為 3D ，外徑為 4D ，高為 筒h ，故取 ??? 23 DD ， 得加熱筒內(nèi)徑為 ??? 23 DD ； 第 14 頁 得加熱筒內(nèi)徑為 ； ? ； 加熱筒高度應(yīng)該等于外筒高 mmh 200?筒 。 故 得 外 筒 內(nèi) 徑 為 mmDd ??? ? 。故其配合系數(shù)取小一些微 。 （ 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 1D???? ， 式中 1D — 配合面直徑 /mm； ? — 過盈配合系數(shù) ； 一般取 ～。設(shè)外筒內(nèi)半徑為 2R 。擠壓筒的長度不宜過長，一般為內(nèi)徑的 ～ 5 倍。 擠壓筒尺寸的確定 （ 1）內(nèi)筒 第 13 頁 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)。 （ 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。 若將 ? 式代入 1sp 式得預(yù)應(yīng)力為： ? ?? ?1 112222211 ? ???? k kkEps ? （ 25） 式中 ? — 過盈系數(shù)，雙層筒一般取 。然后根據(jù)第三或第四強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度校核。 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 。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。 (3） 擠壓墊的厚度，一般直徑的 ～ 倍 ， 由實(shí)際 的 需要， 可以 取得擠壓墊的 直徑 為 mmD ~ ??? ）（筒墊 ； 擠壓墊 的 厚度 為mmH ~ ??? ）（墊墊 。 (1）擠壓墊的結(jié)構(gòu)形式如下圖。? — 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。 （ 23） 式中 ? — 擠壓軸上的壓應(yīng)力 /MPa； 39。39。使其擠壓時(shí)受到偏心載荷引起的 彎曲應(yīng)力作用 【 4】 。 (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)。 (2