【正文】 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 4D =380mm，加熱孔直徑為 孔D =20mm,加熱孔之間的徑向距離為 320mm。故對保溫 筒 的 取 值 合 理 即 可 ， 沒 有 關(guān) 規(guī) 定 。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。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。39。 （ 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。 第 三 章 ANSYS 的概述 ANSYS 的介紹 ANSYS 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。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。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。 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，厚度為 ，彈性模量 ?? kPa,泊松比 μ=，一邊固定，對應(yīng)一邊受均勻拉伸載荷 q=500kN/m。然后可以對結(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)置對話框。 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。然后可以對結(jié)果進(jìn)行圖形顯示，可 第 28 頁 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)置對話框 【 12】 。 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)，中部的壓應(yīng)力大于上下端的壓應(yīng)力。純銅具有高的導(dǎo)電性、 導(dǎo)熱性及優(yōu)良的工藝性能 ,廣泛應(yīng)用于電子、電力等工業(yè)部門，但是純銅的室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度均較低，軟態(tài)時(shí)僅為230290MPa。并且冷加工獲得的較高強(qiáng)度，在冷加工之后的回火過程中很快喪失，難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。 CuBe 合金雖然可以獲得大于1000MPa 的抗拉強(qiáng)度，但是其僅僅具有中下等的電導(dǎo)率。彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料，是在銅基體中引入了細(xì)小彌散分布的彌散相粒子，從而使基體強(qiáng)度，特別是使高溫強(qiáng)度得到大幅度提高的一種復(fù)合材料。在 Al2O3/Cu 復(fù)合材料中 ,由于 Al2O3顆粒硬，且在高溫下熱穩(wěn)定性好及對 Cu 基體的不溶性，甚至在接近銅熔點(diǎn)的溫度下都能保持其原來的粒度和間距，所以 Al2O3/Cu復(fù)合材料在高溫下能保持其大部分硬度。 Al2O3彌散強(qiáng)化銅復(fù)合材料（ Alumina Dispersion Strengthened Copper Composite,簡稱 ADSC）不僅強(qiáng)度高，導(dǎo)電性和純銅相近，而且還具有 第 30 頁 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，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型材料與功能材料。 (2) 作為導(dǎo)電彈性材料及計(jì)算機(jī) CPU引線框架材料。 Al2O3/Cu 制備工藝方法 Al2O3/Cu 復(fù)合材料是以 Al2O3顆粒為強(qiáng)化相的 Cu基復(fù)合材料， Al2O3是尺寸穩(wěn)定、堅(jiān)硬的惰性粒子，具有良好的熱穩(wěn)定性，高溫下仍可以起到牢固的釘扎作用。 制備 Al2O3/Cu 復(fù)合材料采用的方法主要有下面幾種 ： 粉末冶金法 機(jī)械合金化法 溶膠－凝膠法 內(nèi)氧化法 內(nèi)氧化基本過程是：首先，使 Cu－ A1 合金霧化粉在高溫氧化氣氛中進(jìn)行選擇性氧化，即通過控制氧分壓使 A1 發(fā)生氧化而 Cu不被氧化，得到 Al2O3/Cu復(fù)合粉末，然后壓制、燒結(jié)、加工成型。 用內(nèi)氧化法制備的 Al2O3/Cu 復(fù) 合材料不僅保持了銅基體的優(yōu)良導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，而且在室溫及高溫下都具有較高的強(qiáng)度。本實(shí)驗(yàn)采用內(nèi)氧化法制備 Al2O3/Cu 復(fù)合材料。 （ a） 900℃ⅹ 1h 退火 （ b） 900℃ⅹ 3h 內(nèi)氧化 （ c） 900℃ⅹ 6h 內(nèi)氧化 （ d） 900℃ⅹ 10h 內(nèi)氧化 從圖 （ a）、（ b） 中可以看出退火 1h后心部的晶粒比內(nèi)氧化 3h后心部的晶粒稍大，表明 Al2O3顆粒析出有抑制晶粒再生長的作用；在 圖 (b)中可以看出內(nèi)氧化后表層晶粒明顯比內(nèi)部晶粒細(xì)小；在圖 （ b）、 (c)、 (d)中可以看出表面層晶圖 21 合金組織的金相圖片 第 32 頁 粒隨時(shí)間的延長變化不明顯，內(nèi)部晶粒變化較大。 內(nèi)氧化時(shí)間對 Cu/A12O3 合金導(dǎo)電率及硬度的影響 0 2 4 6 8 106062646668707274767880828486889092 導(dǎo)電率 表 面硬度時(shí)間 / h導(dǎo)電率/%（IACS）6065707580859095100105110115120125130135140表面硬度/HV 圖 22 Cu/ Al2O3導(dǎo)電率及硬度隨內(nèi)氧化時(shí)間的變化曲線 圖 22 是試樣在 900℃ 下原始試樣及分別內(nèi)氧化 3h、 6h、 10h 后的試樣電導(dǎo)率及表面硬度 。 第 33 頁 不同溫度下加熱，銅鋁合金內(nèi)氧化后電導(dǎo)率均有不同的提高 。 (a) 700℃ x10h (b) 800℃ x10h (c) 900℃ x10h 圖 23 不同溫度下內(nèi)氧化后的 TEM 圖 23 描述的是在內(nèi)氧化溫度 700℃ ,800℃ 和 900℃ 下內(nèi)氧化 10 小時(shí)的合金組織圖片。說明氧化溫度高有利于晶粒的長大和氧的擴(kuò)散。但溫度過高，時(shí)間過長，易發(fā)生 Al2O3顆粒的粗化，還會(huì)影響材料的性能。 拉伸性能分析 圖 2－ 4不同變形量下抗拉強(qiáng)度的變化曲線 圖 24 描述了 CuAl 合金 900℃ x3h 內(nèi)氧化后分別變形 0， 20%， 40%， 60%，80%后，其抗拉強(qiáng)度和變形量的關(guān)系曲線。費(fèi)希爾 (Fisher),哈特 (Hart)和普賴 (Pry)等認(rèn)為，通過繞過方式堆積在彌散粒子周圍的大量位錯(cuò)環(huán)群，對弗蘭克 — 瑞德 (FrankRead)位錯(cuò)源作用反向應(yīng)力，使變形應(yīng)力增加，從而使 CuAl 合金在變形區(qū)域產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，提高其抗拉強(qiáng)度。一般把 CuAl 合金粉末與氧化劑粉末混和均勻后封裝在密閉的容器內(nèi)，設(shè)法降低容器內(nèi)的氧分壓， 第 35 頁 使氧化物分解放出氧氣氧化較活潑的鋁。根據(jù)熱力學(xué)原理，在某一溫度下介質(zhì)氧分壓等于理論分解壓，體系處于平 衡狀態(tài)；當(dāng)氧分壓低于氧化物的分解壓時(shí)氧化物將進(jìn)行還原反應(yīng)。 由圖 2－ 5 可見， Al2O3的分解壓很低，因此，在一般實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)條件下，鋁的氧化是一個(gè)自發(fā)的過程；相對而言銅的氧化物分解壓要高得多，容易滿足分解條件。溫度提高、壓力降低有利于 CuO 和 Cu2O 的分解。 在常壓、常溫或高溫（ 1083℃ ）常壓條件下， Cu 粉和 Al 粉都可能發(fā)生氧化。 內(nèi)氧化的 上限為 Cu2O 形成或分解的臨 第 36 頁 界氧分壓曲線 2，下限即為 Al 氧化的臨界氧分壓曲線 1。 2. 試驗(yàn)分析獲得的 Cu/ Al2O3彌散強(qiáng)化銅，同一時(shí)間下內(nèi)氧化后的晶粒在邊界處比在內(nèi)部細(xì)小，細(xì)小彌散分布的 Al2O3 顆粒起到釘扎作用，阻礙晶粒的長大。 3. 固溶在 Cu 基體內(nèi)部的 Al 以 Al2O3 形態(tài)從基體析出，彌散分布的納米級(jí)的 Al2O3顆粒強(qiáng)化了銅基體，導(dǎo)電 率和表面顯微硬度提高。 第 37 頁 總結(jié) 與展望 通過本次設(shè)計(jì)得到以下結(jié)論： ，理論計(jì)算結(jié)果與有限元的計(jì)算結(jié)果相吻合，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)中理論計(jì)算方法的正確性。 壓試驗(yàn)得到的銅合金 CuAl2O3 式樣的檢測結(jié)果 顯示，CuAl2O3復(fù)合材料 具有較好的 導(dǎo)電 性，其強(qiáng)度和表面硬度都達(dá)到大多行業(yè)所需要的程度 ， 對其 的性能和微觀特性進(jìn)行 的 分析研究， 為 模具和擠壓工藝設(shè)計(jì)提供 了 理論依據(jù) 。 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(shí)進(jìn)行了一次綜合考察， 然而在這次設(shè)計(jì)中，我也發(fā)現(xiàn)自己的 很多 不足。 第 38 頁 謝 辭 經(jīng)過了近兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此我要特別感謝 趙冬梅 老師 、 張旦聞老師和蘇 凡 老師 的大力培養(yǎng)和虛心教導(dǎo)。 在設(shè)計(jì)過程中非常感謝老師和 同學(xué)的大力支持和熱心幫助， 同時(shí)在這次設(shè)計(jì)中，我也發(fā)現(xiàn)自己的 很多 不足。最后，我再一次對 各位 老師的大力支持和幫助表示感謝 ！ 學(xué)生： 郭 平 2020年 05 月 28 日 第 39 頁 附錄 ： 程序 1： /BATCH /COM,ANSYS RELEASE /input,menust,tmp,39。,1 /GRA,POWER /GST,ON /PLO,INFO,3 /GRO,CURL,ON /CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0 /PREP7 BLC4,0,0,1,1 !* ET,1,SHELL63 !* R,1, , , , , , RMORE, , , , RMORE RMORE, , !* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1, MPDATA,PRXY,1, FLST,5,4,4,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,4 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,20, , , , ,1 !* MSHAPE,0,2D MSHKEY,0 !* CM,_Y,AREA ASEL, , , , 1 CM,_Y1,AREA CHKMSH,39。 CMSEL,S,_Y !* AMESH,_Y1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,4 !* /GO DL,P51X, ,ALL, FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,2 /GO !* SFL,P51X,PRES,500, FINISH /SOL /STATUS,SOLU SOLVE FINISH /POST1 !* /VSCALE,1,1,0 ! !* PLVECT,U, , , ,VECT, ELEM,ON,0 /SHOW,WIN32C SET,FIRST /PLOPTS,INFO,3 /CONTOUR,ALL,18 /PNUM,MAT,1 /NUMBER,1 /REPLOT,RESIZE PLNSOL,S,X ! /UIS,ABORT,1 /SHOW,WIN32 /REPLOT,RESIZE SAVE 程序 2 /BATCH /COM,ANSYSRELEASE 05/19/2020 /input,menust,tmp,39。,1 /GRA,POWER /GST,ON /PLO,INFO,3 /GRO,CURL,ON /CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0 /prep7 et, 1,solid 92 mptemp, mptemp,1,0 mpdata,ex,1,200e3 mpdata,prxy,1, ! cy14,100,0,130,360,120 n,1,0,0,0 第 40 頁 n,2,0,0,12 n,3,0,13,0 n,4,0,13,12 esize,20,0 mshape,1,3d vmesh,all csys,1 asel,s,loc,x,130 da,all,ux da,all,uy allsel,all a