【正文】 ，遵守紀律，出勤率高；工作作風嚴謹務實。 15 答 辯 回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚。 15 創(chuàng) 新 對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。 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。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 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。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 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送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 涉密論文按學校規(guī)定處理。 隨著計算機技術的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速從結構工程強度分析計算擴展到幾乎所有的科學技術領域 。 用計算機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的計算方法已是不可阻擋的趨勢，而有限元軟件則是現(xiàn)在應用廣泛的軟件之一 。 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。 它 廣泛應用于各個行業(yè)之中。s performance are introduced. The tensile property and the internal oxidation thermodynamic are analyzed. Keyword: Finite Element Method， ANSYS ， 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。有限元的概念早在幾個世紀前就已產(chǎn)生并得到了應用，例如用多邊形（有限個直線單元）逼近圓來求得圓的周長，但作為一種方法而被提出，則是最近的事。經(jīng) 過短短數(shù)十年的努力，隨著計算機技術的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速從結構工程強度分析計算擴展到幾乎所有的科學技術領域，成為一種豐富多彩、應用廣泛并且實用高效的數(shù)值分析方法 。 本設計主要是利用有限元分析典型例子，并對熱擠壓模的內(nèi)桶進行應力分析。 參照美國材料試驗協(xié)會 （ ASTM）的標準，借鑒 SCM Metal Products 的產(chǎn)品規(guī)范， 彌散強化銅共有三個牌號，代號是 C1571 C15740 和 C15760，對于特定的性能要求，可以通過調(diào)整氧化鋁的含量， 來 制成其它牌號 【 10】 。因此，其軟化溫度高 達930℃，同時導電和導熱以及硬度和強度都能保持得很好 。 第 3 頁 上 篇 熱擠壓模具有限元分析 第 一 章 熱擠壓模具概述 熱擠壓模具概述 擠壓是將金屬毛坯放入模具模腔內(nèi)，在強大壓力和一定速度 作用 下，迫使金屬從模腔中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及 具有一定力學性能的制品 [14]。擠壓的成形速度范圍很廣，它既可在專用擠壓機上進行，也可在一般的機械壓力機、液壓機、磨擦壓力機以及高速空氣錘上進行；擠壓的成形溫度范圍也很廣，它既可在常溫、中溫下進行，也可在高溫中進行。擠壓模具是擠壓生產(chǎn)中最重要的工具，它的結構形式、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 。 生產(chǎn)實踐證明，熱擠壓是一種生產(chǎn)效率高、勞動強度低、加工質(zhì)量好、省料、省工和成本低的金屬壓力加工方法。 擠壓模具 ，包括一個進料孔，一方面利用圓形的中心預膨 化或減速 孔 與一基本上錐形的收斂形中心擠壓導管連通，另一方面利用至少一個環(huán)形的預膨化或減速孔闌與至少一個基本上錐形的收斂形同軸管狀擠壓導管連通，中心擠壓導管和同軸管狀擠壓導管各自具有同心的中 第 4 頁 心出口小孔和環(huán)形出口小孔。 熱擠壓模具的類型及簡圖 生產(chǎn)實踐證明，熱擠壓是一種生產(chǎn)效率高、勞動強度低、加工質(zhì)量好、省料、省工和成本低 的金屬壓力加工方法 【 6】 。 如圖 11 所示以 反擠壓模 ： 由圖中可以看出，凹模 24 以凹模墊板 15 與下模板 12 定位。由頂桿導向套 16 和頂桿 17 組成頂出機構，在氣墊的作用下將擠壓件從凹模內(nèi)頂出。 圖 11 熱擠壓 模 具結構示意圖 脫料板 22 和 帶凸肩螺釘 13 及彈簧 7 組成卸料機構，用于將箍在凸模 第 5 頁 23 上的擠壓件脫下，彈簧的作用是支承脫料板，并能保證脫料板和帶凸肩螺釘上下移動，從而減少凸模的長度，彌補壓力機行程不夠大的不足。 導套 6 和導柱 11 用壓配合分別壓入上模板和下模板而組成導向系統(tǒng)，使熱擠壓模有較高的精度和工作可靠。 將自來水由管接頭 20 通入 ，實現(xiàn)凹模冷卻。在反擠壓模的側(cè)面，由上砧塊 5 ，下砧塊 8 ，高度調(diào)節(jié)塊 9 ，柱銷 21 和調(diào)節(jié)螺釘 14 等組成鐓粗臺。 整副反擠壓模在壓力機上安裝時，是靠模柄 1 與壓力機定位的。 熱擠壓工藝過程 熱擠壓是幾種擠壓工藝中最早采用的擠壓成形技術，它是在熱鍛溫度時借助于材料塑性好的特點，對金屬進行各種擠壓成形。 其工藝過程用 流程圖形式表示： 坯料加熱 除去氧化皮 放入凹模內(nèi) 進行擠壓 圖 1— 1 熱擠壓工藝過程流程圖 第 6 頁 首先將要進行擠壓的金屬坯料加熱，加熱溫度有坯料的化學成分和坯料尺寸的大小來決定。擠壓設備的一次行程結束后，即完成一個熱擠壓件，假如下到工序還需要切邊或沖孔，則根據(jù)選擇的切變或沖孔形式（系指熱切邊或冷切邊，熱沖孔或冷沖孔），進行切邊或沖孔工作。所以熱擠壓過程的持續(xù)時間通常在 3～ 6s 之間完成。按擠壓模的結構類型可以分為以下五種： 圖 21擠壓?？椎奈宸N類型 （ 1） 錐 模 平模的 090?? ，其特點是壓力較大時，形成地死區(qū)大，可以得到良好的制品。 （ 2） 雙 錐模 錐模 的模角小于 90 度，當 00 60~45?? 時，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。 單孔模設計 擠壓銅及銅制品時，常用的模具結構為下圖圖 2 所示 。模具工作帶直徑可用下式估算 kddz ? 。 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/mm k 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）?？坠ぷ鲙чL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】 。擠壓紫銅、黃銅和青銅時， h=(8～ 12)mm； 擠壓白銅時， h=(5～ 10)mm。 （ 4）模具出口處直徑的確定 圖 2－ 2 擠壓模具示意圖 第 9 頁 ）（出 8~4I ?? dd （ 21） （ 5）模具外形結構與尺寸 。 b)模具的外圓直徑與制品的 最大外接圓直徑有如下關系： 外接外 ）（ D1 .5~1 .2 5?D （ 22） c) 模具的厚度 H 可根據(jù)擠壓機的能力大小確定 。 按照本設計的設計壓迫球及實際情況的限制 【 7】 ，以上幾種設計參數(shù)分別取為： mmh 10? ； mmr ? ； mmd ???出 ； mmD 135?外 。空心擠壓軸用于擠壓管材，實心擠壓軸用于擠壓棒材和型材。這樣可以節(jié)約優(yōu)質(zhì)耐熱合金剛 【 9】 。一般立式擠壓機 mmD ）（筒軸 3~2D ?? 。擠壓軸工作長度一般比擠壓筒長 。 擠壓軸除受壓縮應力作用外，還受到擠壓軸與擠壓筒安裝的不完全同心。因此，在校核擠壓軸抗壓強度時，應同時考慮上述兩個壓應力的共同作用 ， 并應滿足下式： 第 10 頁 ? ????? ??? )( 39。39。? — 壓縮應力 /MPa； 39。它要承受全部擠壓力。 (2） 擠壓墊的外徑比擠壓筒直徑小，其差值 D? 可由下表取 得。 擠壓筒的設計 擠壓筒的結構 圖 2－ 3 擠壓墊結構形式 第 11 頁 擠壓筒可以使單層的，也可以是有過盈裝配的多層結構。 在本設計中采用雙層結構的擠壓筒。既要計算出各層在內(nèi)壁、外壁處由內(nèi)壓力 和預應力 產(chǎn)生的迭加應力 【 5】 。 （ 1）計算裝配預應力 1sp ? ?? ?? ? ? ?? ?? ?12 112 2222122122222221212121 ?????? ???? k kkdErRr rRrRdEp s ?? （ 24） 式中 0d???? ； 0d — 配合面直徑 ； ? — 過盈配合系數(shù)，一般取 ～； 2d —— 雙層配合面直徑 12 Dd ? 。 （ 2）擠壓筒的迭加應力 內(nèi)襯 ： 內(nèi) 壁 ： ? ? ? ? ? ? 1111 rpsrprrrr p???? ??? （ 26） ? ? ? ? ? ? 1211 21 211221111 ????????? k kpkkp srpsprr ??? ??? （ 27） 外 壁： ? ? ? ? ? ?12211111 11 srpsrprrRr pkkp ???????? ??? （ 28） 第 12 頁 ? ? ? ? ? ? 1111 212112211111 ?????????? kkpkkp srpsprR ??? ??? (29) 外套 ： 內(nèi)壁： ? ? ? ? ? ?12221112 11 srpsrprrrr pkkp ???????? ??? (210) ? ? ? ? ? ?22112 1 1 211rsr p r p s kkpp? ? ?? ? ? ??? ? ? ? ? ??? （ 211） 外壁： ? ? ? ? ? ? 0112 ??? psrprrRr ??? (212) ? ? ? ? ? ? 112 1 1 22 211rsR p r p s ppkk? ? ?? ? ?? ? ? ? ??? （ 213） 式中 ? ?1rr? — 內(nèi)襯內(nèi)壁的徑向迭加應力 / MPa ； ? ?1prr? — 內(nèi)壓力引起的徑向應力 / MPa； ? ?1psr? — 過盈裝配預應力引 起的徑向應力 / MPa。 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)和損壞時的及時更換，內(nèi)筒的安裝要方便，但同時還要滿足使用要求，所以內(nèi)筒一般多采用耐高溫耐磨損導熱性能較好的合金鋼，其變性率要低，這樣幾點可以基本上保證擠壓出型材時整個模具有一定的穩(wěn)定性，從而延長模具的使用壽 命 【 8】 。對于本設計的二層式擠壓筒，取內(nèi)筒內(nèi)徑為 1r ，外半徑為 1R 。 （ 2）外筒 各直徑半徑之比表示。故有 1~ rRK ?? （ 214） 取 K= 則由前面可知 1r =105mm,故得 mmR ? ，取 mmR 2622 ? ；由設計的可行性及要求，取內(nèi)筒的長度為 mmL 1501 ? ； 外筒長度應為內(nèi)筒長度與擠壓膜厚度的和，故得到 mmL 2020 ? 。 由于本設計為小型擠壓模具，擠壓機的壓力也是相對小一些。 則 得 出 過 盈 量 ?? 。 加熱筒、保溫筒、保溫蓋、底板參數(shù)的確定 （ 1）加熱筒 加熱筒主要用于對內(nèi)部鑄錠的加熱，它不承受擠壓應力的作用，由于外筒加熱 時，外徑會增大，故外筒外經(jīng)與加熱筒內(nèi)徑應為間隙配合 。由加熱管的位置由規(guī)定，本