鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬

1、名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙鋁型材DQ353熱擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬!摘要II鋁合金型材被廣泛應(yīng)用于建筑、交通運(yùn)輸、電子、航空航天等部門，據(jù)資料介i紹擠斥加工制品中鋁及鋁合金制品約占70%以上。本文通過對(duì)鋁型材擠斥模具的設(shè)I計(jì)和數(shù)值模擬，得出了鋁擠壓模具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和金屬在擠用過程中的流動(dòng)規(guī)律，并I通過有限元分析得出模具設(shè)計(jì)上的不足，并進(jìn)行優(yōu)化。i本設(shè)計(jì)主要針對(duì)5MN擠壓機(jī)的工模具尺寸參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度校核，!其中擠壓工具包括擠壓筒、擠壓桿、擠壓墊片。模具采用單孔模方式。通過UGNX6.0進(jìn)行三維建模，并運(yùn)用Deform-3D有限元分析軟件對(duì)坯料在擠壓過程中的模 i擬得出數(shù)據(jù)進(jìn)行

2、分析。蘋利用有限元分析軟件Deform-3D鋁型材的熱擠壓過程進(jìn)行數(shù)值模擬，可以獲:得試件成形過程中的材料流動(dòng)、應(yīng)力和應(yīng)變情況。通過對(duì)后處理數(shù)據(jù)的分析，找出I在熱擠壓過程中擠壓試件可能出現(xiàn)的缺陷及其主要原因，可以有效地避免由于工藝I設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)纫蛩貛淼纳a(chǎn)損失，為熱擠壓工藝的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供可靠的依據(jù)。IIT關(guān)鍵詞：擠壓模具；單孔模；模具設(shè)計(jì)：有限元分析DQ353 Aluminum Extrusion Die DesignIiand Numerical SimulationI!AbstractIjAliuiiinmn profiles aie widely used in constiiicti

3、on, taansportation. electronics,Iaerospace, etc. According to tlie statistics, aliuiiimun and ahuiiiinun alloy products accoimt j for 70% or more of extiiision products.Riis paper based on tlie die design and niuneiical simulation of tlie aliuiiimun extiiision, concluded tlie key points for die desi

4、gn of aluniiniunI-extrusion and law of metal flow dining extiiision, the sliortages of the die design weiejfoimd by tlie finite element analysis and optimize tlian裝Tliis paper foaised on tlie design and streiigtli check calailation of tlie die sizeIpaiameters of tlie 5MN extnidei, tlie extrusion too

5、ls included extnision cylindei, extnision rod and extnision gasket.Tlie die adopt single-hole niodeL we canied on a tluee-Idimensional modeling via tlie UG NX6.0 and analysed tlie date wliicli get fiom tlie simulation of extnision process, using finite element analysis software Defonn-3D 訂八The hot e

6、xtnision process of aliuiiiiiiiun was niuneiical simulated by Defonn-3D, theImataial flow, stress and strain situation can be obtained in fonning process of tlie specimen, iAccording to the analysis of post-processing data* tlie surface defection and conespondingreasons weie investigated, wliich cou

7、ld effectively prevents the inmecessaiy product loss幺戈and provides the reliable reference to technological designKey Wrods: Extnision die ;Hole model; Die design; Finite element analysis名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙目錄i摘要 III:Abstract-III目錄II:1 概述 1ii.i擠壓法的優(yōu)、缺點(diǎn) 1!1.2擠壓生產(chǎn)的發(fā)展與現(xiàn)狀 2J13 UGNX6.0 軟件介紹-4j1.4 DEFORM 軟件介紹

8、-6I1.5鋁型材擠壓成形過程數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀及發(fā)展8J.1.5.1鋁型材特點(diǎn) 8裝i1.5.2有限元法數(shù)值模擬 8i1.5.3有限體積法數(shù)值模擬9j1.5.4存在問題及發(fā)展趨勢(shì)10I2擠圧模具的設(shè)計(jì) 11iT2.1 擠壓筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11!2.1.1擠壓筒內(nèi)徑和長(zhǎng)度的選擇一11I2.1.2擠壓筒襯套厚度 12i2.1.3擠壓筒材料的選擇 13I2.1.4擠壓筒的配合 13?2.1.5擠壓機(jī)的選擇 152.1.6擠壓筒強(qiáng)度校核 15!2.2擠壓桿設(shè)計(jì) 222.2.1擠壓桿尺寸的選擇 22j2.2.2擠壓桿校核 23I23擠壓墊的設(shè)計(jì)-24I2.3.1擠壓墊材料選擇-24:23.2擠壓墊片外形

9、尺寸 24j2.3.3擠壓墊強(qiáng)度校核 25!2.4模具的設(shè)計(jì) 25：2.4.1擠壓模具材料的選擇252.4.2 模具外形尺寸D和H262.4.3 模具的外形錐度p 272.4.4 模角 a 282.4.5 型材?？仔螤钆c加工尺寸的設(shè)計(jì)282.4.6 ?？椎奈恢?302.4.7 工作帶長(zhǎng)度的計(jì)算 302.4.8 出口直徑d訊或出口喇叭錐322.4.9 人口圓角半徑r 322.4.10 模具的強(qiáng)度校核 323有限元分析 353.1有限元模型的建立 353.1.1 模型建立方法 353.1.2 有限元網(wǎng)格的劃分和局部細(xì)化373.13材料、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和摩擦條件的設(shè)定383.1.4文件的生成 393.2

10、后處理分析 403.2.13.2.23.2.33.2.43.2.53.2.6擠壓填充過程分析 40工作帶長(zhǎng)度對(duì)金屬流速的影響42溫度場(chǎng)分析 43等效應(yīng)變場(chǎng)分析 45等效應(yīng)力場(chǎng)分析 46速度場(chǎng)的分析 49總結(jié) 51致謝-52參考文獻(xiàn) 53名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告紙1概述|所謂擠壓，就是對(duì)放在容器(擠壓筒)中的錠坯的一端施加以壓力，使之通過；?？壮尚偷囊环N壓力加工方法。!擠壓的方法有很多種，并且可以根據(jù)不同的特征進(jìn)行分類。擠壓最基本的方法|是正擠壓與反擠壓，在正擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與擠壓桿的運(yùn)動(dòng)方向相同。其最；主要的特征是錠坯與擠壓筒內(nèi)壁有相對(duì)滑動(dòng)，所以二者間存在很大的外摩擦。在反!擠圧

11、時(shí)，金屬的流動(dòng)方向與擠圧桿的運(yùn)動(dòng)方向相反。其特征是金屬與擠壓筒內(nèi)壁間|無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，繼而也就無外摩擦。正擠圧與反擠壓的不同特征對(duì)擠壓過程、產(chǎn)品質(zhì):量和生產(chǎn)效率等都有著極大的影響。!1.1擠壓法的優(yōu)、缺點(diǎn))作為生產(chǎn)管、棒、型材以及線坯的擠壓法與其他加工方法相比有一下優(yōu)點(diǎn)：f(1)具有比軋制更為強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)圖，金屈可以發(fā)揮其最大的塑性。因i此可以加匸用軋制或鍛造加工有苦難共至無法加工的金屬材料。對(duì)于要進(jìn)行軋制或i鍛造的脆性材料，如鉤和鉗等，為了改善組織和性能，也可采用擠壓法先對(duì)錠坯進(jìn)I行開坯。IT由于擠壓法的應(yīng)力狀態(tài)非常有利于發(fā)揮塑性，因而金屈可以一次承受很大的塑i性變形。在許多情況下，擠壓

12、比可達(dá)50共至更大，而在擠壓純鋁時(shí)有時(shí)可高達(dá):1000以上。j(2)擠壓法不只是可以在一太設(shè)備上生產(chǎn)形狀簡(jiǎn)單的管、棒和型材，而且還可以i生產(chǎn)斷面及其復(fù)雜的，以及變斷面的管材和型材。這些產(chǎn)品一般用軋制法生產(chǎn)非常? 困難的，其至是不可能的，或者雖焊接或者切屑加工等方法生產(chǎn)但是這些方法都是 j不太經(jīng)濟(jì)的。i(3)擠壓具有極大的靈活性。在同一臺(tái)設(shè)備上我們可以生產(chǎn)大出很多不同規(guī)格的!產(chǎn)品。當(dāng)從一種品種或規(guī)格改換生產(chǎn)另一種品種或規(guī)格時(shí)，操作即為方便、簡(jiǎn)單，I只需要跟換相應(yīng)的模具即可，而所占的工作時(shí)間很短。因此擠床法非常適合生產(chǎn)小i批量、多品種的多規(guī)格的產(chǎn)品。1(4)產(chǎn)品尺寸精確，表面質(zhì)量高。熱擠斥制品的精

13、確度和光潔度介于冷軋和熱I 軋、冷拔或機(jī)械加工之間。用擠壓法可以生產(chǎn)出最小型材斷面尺寸可達(dá)2mm,壁厚I 0.3mm,其尺寸偏差為名義尺寸的K).5%,制品的表面粗糙度Ra町達(dá)1.62.5/mi»?(5)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化和封閉化比較容易。目前建筑鋁型材的擠圧生產(chǎn)線已經(jīng)1實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作，操作人員已減少到2人。在生產(chǎn)一些具有放射性的材料時(shí)，加壓生產(chǎn)線比軋制線更容易實(shí)現(xiàn)封閉化。擠斥法在具有上述優(yōu)點(diǎn)的冋時(shí)，也存在一些缺點(diǎn)，這就是：(1) 金屬的固定廢料損失較大。在擠壓終了時(shí)要留圧余和有擠圧尾縮。在擠斥管 子時(shí)還有穿孔料頭的損失。壓余最一般可占錠坯重量的1015%。此外，正擠壓時(shí)i的錠坯長(zhǎng)

14、度受到一定的限制，一般定長(zhǎng)與直徑比不超過37.不能通過增大錠坯長(zhǎng)度i來減少固定的壓余損失，故成品率較低。然而，用軋制法生產(chǎn)時(shí)沒有此種固定的廢:料，軋件的切頭切尾損失僅為錠重的13%。|(2)加工速度低。由于擠壓時(shí)的一次變形量和金屬與工具間的縻擦都很大，而且i塑性變形區(qū)乂完全為擠壓筒所封閉，使金屈在變形區(qū)內(nèi)的溫度升高，從而有可能達(dá)|到某些合金的脆性溫度，會(huì)引起擠壓制品表而出現(xiàn)裂紋或開裂而成為廢品。因此， 金屬流出的速度受到一定的限制。在軋制時(shí)，由于道次變形量和摩擦都很小，因此i生成的變形熱和摩擦熱皆不大。在次條件下，金屬塑性變形區(qū)溫度升高到脆性區(qū)溫I度的可能性非常小，所以一般金屬的軋制速度實(shí)際上

15、是不受限制的。此外，在一個(gè)擠壓周期中，由于較多的輔助工序，占用時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)率比軋制i時(shí)的低。i(3)沿長(zhǎng)度和斷而上制品的組織和性能不夠均勻。這是由于擠壓時(shí)錠坯內(nèi)外層和j前后端變形不均勻所致。I(4)工具消耗較大。擠壓法的突出特點(diǎn)就是工作壓力高，可達(dá)到金屬變形抗力的丁10倍。擠壓墊上的壓力平均為400800MPa,有時(shí)可達(dá)lOOOMPa或更高。此外，在|高溫和高摩擦的作用下，使得擠壓工具的使用壽命比軋輪低得多。同時(shí)，由于加工I制造擠壓工具的材料皆為價(jià)格昂貴的高級(jí)耐熱合金鋼，所以對(duì)擠壓制品的成本有不I可忽略的影響。纟綜上所述可知，擠壓法非常適合生產(chǎn)品種、規(guī)格和批數(shù)繁多的有色金屬管、棒、型材，以及線

16、坯等。在生產(chǎn)斷而復(fù)雜的或薄壁管材和型材，直徑與壁厚之比趨!于2的超厚壁管材，以及脆性的有色金屬和鋼鐵材料方面，擠壓法是唯一可行的壓:力加工方法。i1.2擠壓生產(chǎn)的發(fā)展與現(xiàn)狀I(lǐng)i擠壓法在金屬配性加工領(lǐng)域中出現(xiàn)得較晚，是一種新的金屬加工工藝。據(jù)文獻(xiàn)| 記載，大約在1797年英國(guó)人J.Brainah首先發(fā)明了一種擠床鉛管的裝置。因?yàn)楫?dāng)時(shí)；尚不能擠床是所需求的持續(xù)而巨大的擠床力，只能擠斥像鉛這樣一類熔點(diǎn)、硬度較i低的金屬，直到1894年，徳國(guó)人A Dick設(shè)計(jì)并制造了第一臺(tái)用于擠圧黃銅的擠壓! 機(jī)。自此以后，擠壓生產(chǎn)FI益發(fā)展，可以建造270MN的大型水壓機(jī)，并準(zhǔn)備設(shè)計(jì)1和制造500MN的水壓機(jī)。二次

17、世界大戰(zhàn)后，由于航空、火箭、宇審航行技術(shù)，以及汽車、船舶、鐵路運(yùn) 輸、橋梁、輸電等各部門的發(fā)展，特別是建筑業(yè)開始人最采用鋁合金型材，促進(jìn)了 擠壓生產(chǎn)的急劇發(fā)展，這主要體現(xiàn)在一下一些方面。(1)擠壓機(jī)的臺(tái)數(shù)和能力在不斷增加，擠斥生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度在不斷提高。擠.壓機(jī)的液壓傳動(dòng)方面，以前主要是有高壓泵一蒂能站集中供給工作液體。目前，I單獨(dú)傳動(dòng)的油壓機(jī)臺(tái)明顯增多，并且稱為擠圧機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)在，世界上最大的I油壓機(jī)能力己達(dá)95MNO:近代的擠壓機(jī)己完全擺脫了人工操作分配器的繁重體力勞動(dòng)，改為遠(yuǎn)距離集中i 控制、程序控制和帶有計(jì)算機(jī)的可編程序邏輯控制，從而使生產(chǎn)效率大幅度提高，!操作人員顯著減少。|(

18、2)強(qiáng)化擠壓生產(chǎn)過程，新的擠壓技術(shù)不斷出現(xiàn)。例如，在鋁合金擠壓方面，為 了控制流出速度，防止在制品表而出現(xiàn)周期性裂紋，出現(xiàn)了等溫?cái)D壓技術(shù)，為了提!高擠壓速度出現(xiàn)了冷擠壓技術(shù)和潤(rùn)滑擠壓技術(shù)。為了提高生產(chǎn)效率和成材率，出現(xiàn)|錠接錠擠壓和Coiifonn及Castex連續(xù)擠壓。為了提高鋁合金型材的生產(chǎn)效率，今年來又出現(xiàn)了擠壓淬火，利用其自身的余熱在出料臺(tái)上直接淬火。i對(duì)于易氧化的紫銅和黃銅等，采用了水封擠壓、惰性氣體保護(hù)擠壓和真空擠：壓。對(duì)在塑性變形時(shí)極易破碎的脆性材料，如鶴、鋁、鉞等則采用了帶反壓力的擠!壓和靜液擠壓技術(shù)，I(3)產(chǎn)品品種、規(guī)格不斷擴(kuò)大。鋁合金型材的品種己答25000多種，其中包括

19、了吁 逐漸變斷而和階段面型材。管材方而，除一般的等壁厚管材外，還出現(xiàn)了變壁厚管 :材和多腔管材。擠壓法過去主要是用來生產(chǎn)銅和鋁及其合金，一些熔點(diǎn)較高和變形I抗力過大的金屬材料，由于工模具消耗太大，而且制品的尺寸和形狀乂得不到保I 證，因而使其應(yīng)用范圍受到限制。例如，鋼的熱擠壓，早在1917年就開始應(yīng)用了， 纟但是真正獲得大規(guī)模的推廣應(yīng)用，還是本世紀(jì)40年代，初J.塞茹爾內(nèi)發(fā)明了用熔融玻璃做潤(rùn)滑劑之后。玻璃潤(rùn)滑劑的發(fā)現(xiàn)，使得碌合金、鈕、鵠等材料的擠壓也可以!實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。 擠壓法過去除了可以生產(chǎn)實(shí)體金屬和單一的金屬制品外，目前也可以用金屬粉I 末、顆粒擠壓成材，同時(shí)還能用來生產(chǎn)雙金屈、多層

20、金屬以及復(fù)合材料等制品。!(4)理論研究有突破性進(jìn)展。盡管擠壓法早在18世紀(jì)末就已出現(xiàn)，但是對(duì)其理|論的研究卻較晚° 1913年，H.C庫(kù)爾納科夫首先進(jìn)行了擠壓時(shí)金屬流動(dòng)規(guī)律的研| 究。稍后，施維斯古特研究了擠壓黃銅時(shí)的金屬流動(dòng)規(guī)律和擠壓縮尾的機(jī)理。!直到1931年，E.西貝爾利用C.芬克導(dǎo)出的軋制變形功的解析法酋先建立了計(jì)算|擠壓力的簡(jiǎn)略公式。由于該公式中未考慮不均勻變形和摩擦的影響，因而與實(shí)際情； 況相差很遠(yuǎn)。隨后G.薩克斯利用平截面法得出計(jì)算擠壓力公式。然而，平截面法仍 存在不能考慮不均勻變形的影響的問題。R希爾T-1948年經(jīng)嚴(yán)密的數(shù)學(xué)處理，將滑移線場(chǎng)理論運(yùn)用到解決平面應(yīng)變擠

21、壓 的問題，此后，主要是W.約翰遜等人運(yùn)用了滑移線場(chǎng)理論解決各種擠壓條件下的平 而應(yīng)變問題。但是由于用滑移線場(chǎng)理論求解時(shí)計(jì)算很繁瑣，而且還不大適用丁軸對(duì)共53頁(yè)第3頁(yè)名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告紙稱問題。因此，在50年代末期，W.約翰遜發(fā)展了上界定理在乞種擠圧條件下的平面應(yīng)變和軸對(duì)稱問題的解法。i此外在50年代中期，E.G湯姆遜等人發(fā)展了一種將金屬流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的應(yīng)力計(jì)i算結(jié)合起來的方法，即所謂的視塑性法。利用此種方法可以成功地解決擠壓時(shí)的平|而應(yīng)變或軸對(duì)稱問題，還可以確定變形區(qū)中的應(yīng)變速率和應(yīng)力分布等。但是，應(yīng)用|此法時(shí)必須先作實(shí)驗(yàn)。!到6070年代，P.V.馬爾卡、山田、小林等人相繼將有

22、限元技術(shù)用于解決塑性| 加工問題。這種方法能滿意的給出塑性加工時(shí)變形區(qū)中的應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變速率的|分布及溫度場(chǎng)。!1.3 UGNX6.0軟件介紹jUG （UiiigrapliicsNX）是Siemens PLM Softwaie公司出品的一個(gè)產(chǎn)品匸程解決辛方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。UnigraphicsINX針對(duì)用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的需求，提供了經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的解決方!案。IUG是Uiiigrapliics的縮寫，這是一個(gè)交互式CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算IT機(jī)輔助制造）系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)。它在誕J生之初主要

23、基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個(gè)人用戶的迅速增長(zhǎng)，在PC上的；應(yīng)用取得了迅猛的增長(zhǎng)，目前已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計(jì)的一個(gè)主流應(yīng)用。jUG的開發(fā)始于1990年7月，它是基于C語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。UGNX是一個(gè)在I二和三維空間無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個(gè)靈活的數(shù)值求解偏（微分方程的軟件工具。其設(shè)計(jì)思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對(duì)許j多不同的應(yīng)用再利用。i一個(gè)給定過程的有效模擬需要來自于應(yīng)用領(lǐng)域（自然科學(xué)或工程）、數(shù)學(xué)（分析和|數(shù)值數(shù)學(xué)）及計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)。然而，所有這些技術(shù)在復(fù)雜應(yīng)用中的使用并不是太i 容易。這是因?yàn)榻M合所有這些方法需要巨大的復(fù)雜性及交義學(xué)科的知識(shí)。最終軟

24、件 i的實(shí)現(xiàn)變得越來越復(fù)雜，以致于超出了一個(gè)人能夠管理的范禺。一些非常成功的解偏微分方程的技術(shù)，特別是自適應(yīng)網(wǎng)格加密（adaptive mesli refinement）和多重網(wǎng)格i方法在過去的十年中已被數(shù)學(xué)家研究，同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的巨大進(jìn)展，特別是大i型并行計(jì)算機(jī)的開發(fā)帶來了許多新的可能。!UG的目標(biāo)是用最新的數(shù)學(xué)技術(shù)，即自適應(yīng)局部網(wǎng)格加密、多重網(wǎng)格和并行計(jì)1 算，為復(fù)雜應(yīng)用問題的求解提供一個(gè)靈活的可再使用的軟件基礎(chǔ)。UGNX的結(jié)構(gòu)一個(gè)如UGNX這樣的大型軟件系統(tǒng)通常需要有不同層次抽象的描述。UG具有,三個(gè)設(shè)計(jì)層次，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(aicliitectiiral design).子系統(tǒng)設(shè)計(jì)(s

25、ubsystem design)和組件設(shè) 計(jì)(component design) oi至少在結(jié)構(gòu)和子系統(tǒng)層次上，UG是用模塊方法設(shè)計(jì)的并且信息隱藏原則被廣:泛地使用。所有陳述的信息被分布于各子系統(tǒng)之間。|UGNX的優(yōu)勢(shì)!來自SiemensPLM的NX使企業(yè)能夠通過新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向|產(chǎn)品全生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。NX包禽了企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的集成應(yīng)用套件，I用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程和制造全范圍的開發(fā)過程。!如今制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)是，通過產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新，在持續(xù)的成本縮減以|及收入和利潤(rùn)的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了真正地支持革新，必須評(píng)審更多的可選設(shè)計(jì)方案，而且在開發(fā)過程中必須根據(jù)以

26、往經(jīng)驗(yàn)中所獲得的知識(shí)更早地做i出關(guān)鍵性的決策。jNX是UGSPLM新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅(qū)動(dòng)產(chǎn)I 品革新。NX獨(dú)特之處是其知識(shí)管理基礎(chǔ)，它使得工程專業(yè)人員能夠推動(dòng)革新以創(chuàng) I造出更大的利潤(rùn)。NX可以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知識(shí)，根據(jù)己知準(zhǔn)則來確認(rèn)每一設(shè)訂 計(jì)決策。:NX建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，這些解決方I案可以全而地改善設(shè)計(jì)過程的效率，削減成本，并縮短進(jìn)入市場(chǎng)的吋間。通過再一I次將注意力集中于跨越整個(gè)產(chǎn)品生命周期的技術(shù)創(chuàng)新，NX的成功己經(jīng)得到了充分的證實(shí)。這些目標(biāo)使得NX通過無可匹敵的全范圍產(chǎn)品檢驗(yàn)應(yīng)用和過程自動(dòng)化工 具，把產(chǎn)品制造早期的從概念到

27、生產(chǎn)的過程都集成到一個(gè)實(shí)現(xiàn)數(shù)寧化管理和協(xié)同的 i框架中。:UGNX主要功能I工業(yè)設(shè)計(jì)和風(fēng)格造型!NX為那些培養(yǎng)創(chuàng)造性和產(chǎn)品技術(shù)革新的工業(yè)設(shè)計(jì)和風(fēng)格提供了強(qiáng)有力的解決 方案。利用NX建模，工業(yè)設(shè)計(jì)師能夠迅速地建立和改進(jìn)復(fù)雜的產(chǎn)品形狀，并且|使用先進(jìn)的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設(shè)計(jì)概念的審美要求。!產(chǎn)品設(shè)計(jì)|NX包扌舌了世界上最強(qiáng)大、最廣泛的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用模塊。NX具有高性能的機(jī)|械設(shè)計(jì)和制圖功能，為制造設(shè)計(jì)提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設(shè)計(jì)任何復(fù)雜產(chǎn)品的需要。NX優(yōu)于通用的設(shè)計(jì)工具，具有專業(yè)的管路和線路設(shè)計(jì)系統(tǒng)、飯金模 塊、專用塑料件設(shè)計(jì)模塊和其他行業(yè)設(shè)計(jì)所需的專業(yè)應(yīng)用程序。仿真、確認(rèn)和優(yōu)

28、化NX允許制造商以數(shù)字化的方式仿真、確認(rèn)和優(yōu)化產(chǎn)品及其開發(fā)過程。通過在 開發(fā)周期中較早地運(yùn)用數(shù)寧化仿真性能，制造商可以改善產(chǎn)品質(zhì)最，同時(shí)減少或消 除對(duì)于物理樣機(jī)的昂貴耗時(shí)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建，以及對(duì)變更周期的依賴。NC加工UGNX加工基礎(chǔ)模塊提供聯(lián)接UG所有加工模塊的基礎(chǔ)框架，它為UGNX所 有加工模塊提供一個(gè)相同的、界面友好的圖形化窗口環(huán)境，用戶可以在圖形方式下 觀測(cè)刀具沿軌跡運(yùn)動(dòng)的情況并可對(duì)其進(jìn)行圖形化修改：如對(duì)刀具軌跡進(jìn)行延伸、縮 短或修改等。該模塊同時(shí)提供通用的點(diǎn)位加工編程功能，可用于鉆孔、攻絲和錘孔 等加工編程。該模塊交互界面可按用戶需求進(jìn)行靈活的用戶化修改和剪裁，并可定 義標(biāo)準(zhǔn)化刀具庫(kù)、加

29、工工藝參數(shù)樣板庫(kù)使初加工、半精加工、精加工等操作常用參 數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，以減少使用培訓(xùn)時(shí)間并優(yōu)化加工工藝。UG軟件所有模塊都可在實(shí)體模 型上直接生成加工程序，并保持與實(shí)體模型全相關(guān)。UGNX的加工后置處理模塊使用戶可方便地建立自己的加工后置處理程序，該 模塊適用于目前世界上幾乎所有主流NC機(jī)床和加工中心，該模塊在多年的應(yīng)用實(shí) 踐中己被證明適用于25軸或更多軸的銃削加工、27軸的車削加工和電火花線切 割。14 DEFORM軟件介紹deform是一套基于有限元的工藝仿真系統(tǒng)，用于分析金屬成形及其相關(guān)工業(yè) 的各種成形工藝和熱處理匸藝。通過在計(jì)算機(jī)上模擬整個(gè)加工過程，幫助工程師和 設(shè)計(jì)人員：設(shè)計(jì)工具和產(chǎn)品匸

30、藝流程，減少昂貴的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成本。提高匸模具設(shè) 計(jì)效率，降低生產(chǎn)和材料成本?？s短新產(chǎn)品的研究開發(fā)周期。DEFORM家族中的DEFORM-3D是在一個(gè)集成環(huán)境內(nèi)綜合建模、成形、熱 傳導(dǎo)和成形設(shè)備特性進(jìn)行模擬仿真分析。它適用于熱、冷、溫成形，提供極有價(jià) 值的工藝分析數(shù)據(jù)。如：材料流動(dòng)、模具填充、鍛造負(fù)荷、模具應(yīng)力、晶粒流 動(dòng)、金屬微結(jié)構(gòu)和缺陷產(chǎn)生發(fā)展情況等。DEFORM-3D功能與2D類似，但它處 理的對(duì)象為復(fù)雜的三維零件、模具等。與DEFORM-2D相比，它具有如下優(yōu) 點(diǎn)：(1) 不需要人工干預(yù)，全白動(dòng)網(wǎng)格再剖分。系統(tǒng)中集成了在任何必要時(shí)能夠 fl行觸發(fā)自動(dòng)網(wǎng)格重劃生成器，生成優(yōu)化的網(wǎng)格系統(tǒng)。在要

31、求精度較高的區(qū)域， 可以劃分較細(xì)密的網(wǎng)格，從而降低題目的規(guī)模，并顯著提高計(jì)算效率；(2) 前處理中可自動(dòng)生成邊界條件，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)備快速可靠；(3) DEFORM -3D模型來自CAD系統(tǒng)的面或?qū)嶓w造型(STL/SLA)格式：(4) 集成有成形設(shè)備模型，如：液斥斥力機(jī)、錘鍛機(jī)、螺旋斥力機(jī)、機(jī)械斥 力機(jī)、軋機(jī)、擺輾機(jī)和用戶自定義類型(如脹壓成形)；(5) 表面壓力邊界條件處理功能適用于解決脹壓成形工藝模擬：(6) 單步模具應(yīng)力分析方便快捷，適用于多個(gè)變形體、組合模具、帶有預(yù)應(yīng) 力環(huán)時(shí)的成形過程分析；(7) 材料模型有彈性、剛塑性、熱彈塑性、熱剛粘塑性、粉末材料、剛性材 料及自定義類型；(8) 實(shí)體

32、之間或?qū)嶓w內(nèi)部的熱交換分析既可以單獨(dú)求解，也可以耦合在成形 模擬中進(jìn)行分析；(9) 具有FLOWNET和點(diǎn)跡示蹤、變形、云圖、欠量圖、力行程曲線等后處 理功能；(10) 具有2D切片功能，可以顯示工件或模具剖面結(jié)果；(11) 程序具有多聯(lián)變形體處理能力，能夠分析多個(gè)塑性工件和組合模具應(yīng) 力；(12) 后處理中的鏡而反射功能，為用戶提供了高效處理具有對(duì)稱面或周期對(duì) 稱而的機(jī)會(huì)，并且可以在后處理中顯示整個(gè)模型；(13) 自定義過程可用于計(jì)算流動(dòng)應(yīng)力、沖壓系統(tǒng)響應(yīng)、斷裂判據(jù)和一些特別 的處理要求，如：金屈微結(jié)構(gòu)，冷卻速率、機(jī)械性能等。所以，DEFORM-3D (三維)是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系

33、統(tǒng) (FEM),專門設(shè)計(jì)用于分析各種金屈成形過程中的三維(3D)流動(dòng)，提供極有價(jià) 值的工藝分析數(shù)據(jù)，有關(guān)成形過程中的材料和溫度流動(dòng)。典型的DEFORM-3D 應(yīng)用包括鍛造、擠壓、徹頭、軋制、自由鍛、彎曲和其他成形加工手段。DEFORM -3D是模擬3D材料流動(dòng)的理想工具。DEFORM -3D強(qiáng)大的模擬 引擎能夠分析金屬成形過程中多個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象耦合作用的大變形和熱特性。系統(tǒng)中 集成了在任何必要時(shí)能夠口行觸發(fā)自動(dòng)網(wǎng)格重劃生成器，生成優(yōu)化的網(wǎng)格系統(tǒng)。 在要求精度較高的區(qū)域，可以劃分較細(xì)密的網(wǎng)格，從而降低題目的規(guī)模，并顯著 提高計(jì)算效率。DEFORM-3D圖形界而，既強(qiáng)大又靈活。為用戶準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)和觀察

34、結(jié)果數(shù) 據(jù)提供了有效工具。DEFORM3D還提供了 3D幾何操縱修正工具，這對(duì)3D過 程模擬極為重耍。DEFORM -3D延續(xù)了 DEFORM-3D系統(tǒng)幾十年來一貫秉承的 力保計(jì)算準(zhǔn)確可靠的傳統(tǒng)。在最近的國(guó)際范圍復(fù)雜零件成形模擬招標(biāo)演算中， DEFORM-3D的計(jì)算精度和結(jié)果可靠性，被國(guó)際成形模擬領(lǐng)域公認(rèn)為第一。利用DEFORM-3D有限元軟件，模擬分析金屬的流動(dòng)規(guī)律，有利丁幫助設(shè)計(jì)人 員優(yōu)化工藝參數(shù)和模具設(shè)計(jì)，減少模具的前期開發(fā)費(fèi)用，其健壯而有效的有限元代 碼，方便而可行的前后模擬器，以及現(xiàn)在愈來愈快的工作站都大大減少了設(shè)計(jì)人員 的工作量，從而有利于縮短模具的設(shè)計(jì)開發(fā)周期。共53頁(yè)第9頁(yè)名徽

35、3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙1.5鋁型材擠壓成形過程數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀及發(fā)展Ii 1.5.1鋁型材特點(diǎn)II鋁型材因具有重量輕、強(qiáng)度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、耐腐蝕、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，廣i泛用于建筑、車輛、船舶、飛機(jī)、通訊設(shè)備、機(jī)械制造、運(yùn)動(dòng)器械、家具和裝飾等!各個(gè)領(lǐng)域。世界齊國(guó)均將鋁合金及其產(chǎn)業(yè)作為重點(diǎn)發(fā)展方向，其發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于；其它金屬材料，其消費(fèi)僅次于鋼鐵。擠壓成形作為鋁型材生產(chǎn)的主導(dǎo)技術(shù)和核心環(huán)i 節(jié)，其工藝方法、模具結(jié)構(gòu)、工裝設(shè)備等都直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)最。!鋁型材擠壓工藝和模具設(shè)計(jì)是保障產(chǎn)品質(zhì)量和減少投產(chǎn)時(shí)間的重要環(huán)節(jié)，目前i設(shè)計(jì)擠壓模一般遵循的原則與步驟為：確定設(shè)計(jì)模腔參數(shù)、?？自谀Ｗ悠?/p>

36、面上的合i 理布置、模孔尺寸的合理計(jì)算、合理調(diào)整金屬的流速分布、保證模具的足夠強(qiáng)度等 蘋OI鋁型材擠壓過程中，型材截面上的各部分金屬在擠出模孔時(shí)如果以不同的速度I流出，就會(huì)造成型材的扭擰、波浪、彎曲及裂紋等缺陷而報(bào)廢，共至損壞模具。如I何提高型材產(chǎn)品的質(zhì)量，如何提高鋁型材擠壓模具的使用壽命，是各大鋁型材生產(chǎn)i廠家的重要課題。隨著產(chǎn)品種類口趨增多，特別是我國(guó)航空航天、鐵道交通等行業(yè); 對(duì)大型、特大型鋁型材的需求口益迫切，改進(jìn)傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法以提高產(chǎn)品開發(fā) i 速度、減少開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和提高產(chǎn)品質(zhì)量，己成為當(dāng)前鋁型材工業(yè)發(fā)展的迫切需求。:借助鋁型材擠壓過程數(shù)值模擬系統(tǒng)，能夠在計(jì)算機(jī)上描述整個(gè)擠壓成形過

37、程，i獲得變形體的應(yīng)力應(yīng)變分布、溫度分布、金屬流速分布及力行程曲線等，并可預(yù)測(cè)衣實(shí)際擠壓過程中可能出現(xiàn)的缺陷，及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，修改工藝和模具設(shè)計(jì)，提高i產(chǎn)品質(zhì)量，代替“試壓”與返工修配工作，為正確設(shè)計(jì)擠壓模具提供科學(xué)依據(jù)。近年 I 來，許多國(guó)家陸續(xù)開展了對(duì)鋁型材擠壓力學(xué)理論和數(shù)值模擬技術(shù)的研究，在為正確 i設(shè)計(jì)擠壓模具提供科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐方面，取得了一定的成果。目前，在鋁型材擠壓工藝成形數(shù)值模擬中，采用的方法主要有有限元法和有限I體積法。11.5.2有限元法數(shù)值模擬?大量文獻(xiàn)表明，有限元法己被成功地應(yīng)用于模擬研究鋁型材擠床過程，分析模|具結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)（擠床速度、模具和坯料的溫度、

38、擠斥比）等對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影i響，并指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。用來分析鋁型材擠斥的有限元商品化軟件主要有DEFORM和ANSYS以及 FORGE2、FORGE3。G. Li以DEFORM為例介紹了有限元法在體積成形過程數(shù)值 模擬中的應(yīng)用技術(shù)，列舉了有限元法公式、兒何信息的表示形式、元素類型的選 擇、公式解算和網(wǎng)格技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。應(yīng)用DEFORM軟件分析得到了擠床過程中 的應(yīng)力應(yīng)變與溫度、流動(dòng)速度等的分布及變化。利用ANSYS軟件對(duì)分流組合模擠.壓鋁型材進(jìn)行了有限元分析。i用商品化軟件FORGE2和FORGE3分析了模具設(shè)計(jì)、成形參數(shù)（擠壓速度、i模具溫度、坯料溫度、擠壓比）和產(chǎn)品質(zhì)量（擠壓件形狀、表而質(zhì)最和微

39、觀結(jié)構(gòu)）之間:的相互關(guān)系。|在用有限元模擬鋁型材擠壓過程和指導(dǎo)模具設(shè)計(jì)方面，用有限元方法模擬研究!了工模具設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)金屬流動(dòng)的影響，以三維剛塑性有限元分析為基礎(chǔ)，提出一種|型材擠壓模工作帶形狀的數(shù)值設(shè)計(jì)方法。在用有限元模擬指導(dǎo)鋁型材擠壓工藝設(shè)計(jì)| 方而，分析了擠壓速度對(duì)擠壓過程的影響，分析了獲得等溫?cái)D壓的擠壓速度曲線。i用二維模型模擬了鋁在模具中的流動(dòng)現(xiàn)象，采用彈粘塑性本構(gòu)模型，研究了材|料的行為，摩擦系數(shù)和定徑帶長(zhǎng)度和角度的影響。針對(duì)擠壓過程數(shù)值模擬大多局限于簡(jiǎn)單截而形狀的型材，采用等價(jià)模型模擬模具工作帶，成為解決復(fù)雜型材擠壓模I擬的一種方法。針對(duì)拉格朗口方法模擬中網(wǎng)格畸變問題，應(yīng)用了任意拉

40、格朗口歐拉： 法，使用改進(jìn)的拉格朗口方法進(jìn)行鋁型材擠壓過程數(shù)值模擬。在CAD/CAE/CAMj集成的研究方面，提出了型材擠壓分析模型和理論方法，建立了型材擠壓模I CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的功能模型。開發(fā)了異型材擠壓CAD/CAE軟件，模擬了變 吁形區(qū)的速度場(chǎng)、應(yīng)變速率以及摩擦因子、斷而減縮率對(duì)相對(duì)應(yīng)力的影響，獲得了擠:壓M模的最佳參數(shù)。!1.5.3有限體積法數(shù)值模擬II有限體積法（FiniteVohune Method, FVM）M初從有限差分法發(fā)展而來，采用歐（拉描述,在空間進(jìn)行網(wǎng)格劃分，覆蓋整個(gè)計(jì)算區(qū)域，將物理量存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)上，根據(jù)I質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒原理列出微分方程，然后在單

41、元體上對(duì)時(shí)間和體積!進(jìn)行積分，得到方程的離散形式，組成代數(shù)方程組進(jìn)行求解得到物理量在空間的分! 布。有限體積法在計(jì)算流體力學(xué)中已得到廣泛應(yīng)用并占據(jù)主導(dǎo)地位。I近年來，有限體積法開始應(yīng)用在金屬體積成形中，例如三維金屬成形模擬軟件IMSC/SuperForge美國(guó) Bhavin V.Mehtaa 用 SuperForge 對(duì) I型產(chǎn)品的 12 種不同|模具形狀進(jìn)行了模擬分析，結(jié)果表明MSC/SuperForge和已被公認(rèn)的分析軟件能取|得接近的分析結(jié)果，分析時(shí)間卻節(jié)省一半。i用SuperForge對(duì)鋁型材產(chǎn)品的擠斥變形進(jìn)行了過程模擬，通過工業(yè)試驗(yàn)證 明：金屬流出速度的模擬結(jié)果與實(shí)際情況比較相符，利

42、用這種技術(shù)指導(dǎo)型材擠圧模1具設(shè)計(jì)在生產(chǎn)上是可行的。英國(guó)Williams用有限體積法模擬擠床和鍛造過程，研究結(jié)果表明用H由表面邊界非牛頓流體模型來模擬擠丿韋、鍛造等體積成形問題是可行 的。上海交大李大永建立了鋁型材擠壓成形有限體積法分步模擬系統(tǒng)，研究了有限 :體積分步求解方法關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了各分步有限體積模擬系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞和信息繼I承。利用該方法成功地模擬了薄壁類鋁型材擠圧成形過程，研丸結(jié)果表明，有限體i積分步法是模擬薄壁類鋁型材擠壓成形過程的有效方法。羅超等基于大變形彈塑性|有限元理論和有限體積法基本原理，建立了金屬塑性成形的彈塑性有限元列式以及i塑性流動(dòng)中的有限體積控制方程。提出了有限元模擬

43、系統(tǒng)到有限體積模擬系統(tǒng)的數(shù)i據(jù)傳遞和信息繼承方法，建立了鋁型材擠壓成形有限元/有限體積法復(fù)合模擬系統(tǒng)，|對(duì)鋁型材擠壓過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，預(yù)示金屈在成形中的塑性變形行為，從而為模；具設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)選取提供理論依據(jù)。使用有限體積法進(jìn)行擠壓過程數(shù)值模擬的還i有上海交大陳澤中、周飛等。i1.5.4存在問題及發(fā)展趨勢(shì)詩(shī)從大量文獻(xiàn)資料中看到，有限元法解決鋁型材擠床成形過程數(shù)值模擬的優(yōu)勢(shì)在i于對(duì)兒何形狀的適應(yīng)性較好，可以精確地定義材料性質(zhì)、狀態(tài)變量和邊界條件，能i夠處理復(fù)雜的問題。但是鋁型材擠圧的變形程度很大，擠壓比一般在4080之間，:純鋁擠床時(shí)共至可達(dá)到300,加于特大體積變形。因?yàn)橛邢拊捎美窭蔍

44、I坐標(biāo)，IT網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)隨著材料運(yùn)動(dòng)，變形程度大時(shí)，會(huì)使網(wǎng)格單元嚴(yán)重變形，找至?xí)惯吔缇W(wǎng)J格與模具表面出現(xiàn)交義現(xiàn)象，嚴(yán)重影響計(jì)算精度，所以必須重新劃分網(wǎng)格才能繼續(xù):將模擬進(jìn)行下去。網(wǎng)格重劃帶來的問題是由于數(shù)據(jù)傳遞誤差造成的計(jì)算楮度的降低|和不可避免的計(jì)算時(shí)間及計(jì)算機(jī)資源的耗費(fèi)。另外，由F網(wǎng)格重劃和擠斥出口速度i 較快，有限元邊界節(jié)點(diǎn)的接觸與脫離對(duì)模擬結(jié)果具有較大影響，換言之，擠圧件的 （兒何形狀對(duì)于邊界節(jié)點(diǎn)的接觸與脫離條件十分敏感，即使采用較小的步長(zhǎng)，也往往I使得模擬的擠床件形狀與實(shí)際形狀存在偏差。因此，目前對(duì)鋁擠床有限元數(shù)值模擬i局限于相對(duì)簡(jiǎn)單的兒何形狀和低擠床比的擠斥。今后有限元法研究的重點(diǎn)一

45、方面在!發(fā)展三維有限元網(wǎng)格的生成技術(shù)，另一方面是解決如何避免網(wǎng)格重劃，如采用歐拉i有限體積法或任意拉格朗日一歐拉有限元法。!用有限體積法進(jìn)行鋁型材擠壓成形過程數(shù)值模擬的顯著:優(yōu)勢(shì)在于采取了固定在空間不動(dòng)的歐拉網(wǎng)格，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)不會(huì)隨著材料移動(dòng)，所以不需要網(wǎng)格重劃。有限體；積法的突出優(yōu)點(diǎn)還在于其物理意義的明確，微分方程在控制體積上積分產(chǎn)生的離散i 方程，表明了在任意單元體上的質(zhì)量、動(dòng)量及能量都是守恒的，從而在整個(gè)計(jì)算域 ?上也保證是守恒的，不會(huì)產(chǎn)生體積損失，保證了計(jì)算精度。有限體積法在傳熱和流s體流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算方面已經(jīng)得到成熟的發(fā)展，將其應(yīng)用在金屬成形問題的數(shù)值模擬中，在理論方面應(yīng)是不成問題的，采取

46、的微分方程形式是統(tǒng)一的，只是在材料的本 構(gòu)關(guān)系和邊界條件的處理上具有特殊性，需要作為重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。2擠壓工模具的設(shè)計(jì)產(chǎn)品基本要求：鋁合金種類為2A12,面積為153iwif尺寸如圖2-1所示:6,5 I26共53頁(yè)第13頁(yè)名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共53頁(yè)第#頁(yè)名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙圖24成品斷面尺寸及精度要求2. 1擠壓筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)iTI2.1.1擠壓筒內(nèi)徑和長(zhǎng)度的選擇絕大多數(shù)擠壓筒都是采用兩層以上的襯套以過盈配合采用熱組合構(gòu)成，采用多 層組A式結(jié)構(gòu)擠壓筒可以改善擠壓筒的受力條件，使擠壓筒壁中的應(yīng)力分布均勻并 減少應(yīng)力峰值，增強(qiáng)承載能力，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)，在磨損和變形后

47、只需要更換 內(nèi)襯套，可以減少材料的損耗，節(jié)省加工工作量和成本。如圖1所示，根據(jù)計(jì)算得該型材斷而外接圓最大直徑=39 81iinii,為 了防11：鑄錠表面的雜質(zhì)流入擠壓制品中，不論是單孔擠床模還是多孔擠圧模?？走?緣距離擠壓筒內(nèi)壁應(yīng)保持一個(gè)最小距離，此距離一般不小于擠壓筒內(nèi)徑的 10吩15%。為了確保擠壓制品的質(zhì)量，必需要有一定的死區(qū)，擠壓筒直徑在 80T5mm時(shí)，擠床制品外接圓至擠圧筒內(nèi)壁間的最小距離為15mm,所以擠床筒直 徑取 Do=80nun3o在生產(chǎn)中，金屬的變形量大小常用擠床系數(shù)2來表示，其計(jì)算公式為：共53頁(yè)第#頁(yè)名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共53頁(yè)第#頁(yè)名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)

48、計(jì)（論文）報(bào)告紙F(tuán)o擠丿卡筒斷面積，innF :Fk一床制品的斷面積,nun2:共53頁(yè)第#頁(yè)名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共53頁(yè)第#頁(yè)名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙所以芯共53頁(yè)第#頁(yè)名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙噸位為5MN擠壓筒內(nèi)徑為8011U11的擠丿卡機(jī)合理擠床系數(shù)為3370,擠丿玉筒內(nèi)徑 的選擇合理。擠壓筒長(zhǎng)度Lt為：J=C+L) + t + S(22)厭錠坯最大長(zhǎng)度，對(duì)重金屬幫型材為23.5D。，對(duì)重金屬管材為1.52.5D。，對(duì)鋁合金可取46D0,其中對(duì)管材不大于4.5D。，對(duì)扁擠 壓筒錠坯1*35H；L一錠坯穿孔時(shí)金屬增加的長(zhǎng)度：t模子進(jìn)入擠壓筒的深度；S擠壓墊

49、厚度。取 Lm<a=300nun, L=0mm, t=30mm, S=(0.40.6)D0=4Onun所以 X = 400nun2.1.2擠壓筒襯套厚度擠壓筒各層襯套厚度尺寸一般靠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)初步確定，然后再進(jìn)行強(qiáng)度校核，一 般2層擠壓筒內(nèi)襯套比3層的要厚的多，這對(duì)擠壓溫度高和速度快的重金屬有利， 因?yàn)檫@樣可以使其溫度峰值平緩，有利于提高材料的耐回火的能力。3層襯套薄 些，因而更換費(fèi)用低，而且彈性好易裝配，所以先試取3層襯套。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式， 各層套筒在式(2-3)范圍內(nèi)較合適。LJ生=0.074- 1.15（2 3）玉=0.丄蟲+丄.2j取=4,dQ=80nun,得出 d =116nun,d

50、 =184nun,d3 =320nuno 如圖 22 所示。i 2.1.3擠壓筒材料的選擇IIT擠床筒是最重要的擠床工具之一。在擠圧時(shí)，依靠擠壓筒盛容高溫鑄錠，從鑄!錠徹粗開始到擠壓終止，擠壓筒需要承受高溫、高壓、高縻擦的作用。在擠壓時(shí)，I鑄錠金屬要產(chǎn)生塑形流動(dòng)，使得擠壓筒壁受到高的靜水斥力作用。由于擠斥筒工作i條件的惡劣，受力狀態(tài)嚴(yán)峻而復(fù)雜，因此一般采用高級(jí)合金來制造。對(duì)于三層擠壓筒，內(nèi)襯套所受的壓力最大，磨損最嚴(yán)重，所以內(nèi)襯套所用的材I料要有高的耐熱性性和高溫韌性，同時(shí)在滿足擠壓條件的情況下盡量減少模具費(fèi)用，所以內(nèi)襯套材料選用3Cr2W8V沖襯套材料選用性能較差的5CrNiW,外襯套選:用

51、 5CrNiMo。!2.1.4擠壓筒的配合I!擠壓筒的中襯套和內(nèi)襯套可以是圓的，也可以是帶錐度的，圓形襯套加工簡(jiǎn)i 單、方便、易測(cè)星尺寸、更換襯套時(shí)配合問題較少，但更換內(nèi)襯套困難。錐形襯套 !更換更容易，但錐度不易加工，其平直度難保證。為了便于圓柱形襯套的裝配和防i止由外套中脫出，也可制成帶臺(tái)肩的。本設(shè)計(jì)中擠壓筒襯套的配合方式選擇帶錐度i的配合，配合情況如圖2-3所示。400:圖2-3擠壓筒襯套間的配合I擠壓筒內(nèi)襯套與模具之間的配合方式，取決于擠壓的合金種類、產(chǎn)品的品種，吁以及筒與模座之間的壓緊力大小。他們的配合要保證模子在模座靠緊擠壓筒內(nèi)襯后:能夠準(zhǔn)確的位于擠壓筒中心線上和防止金屬?gòu)呐浜隙?/p>

52、出。所以擠壓筒與模具的配i 合如圖24所示，它的支撐而大，定心作用良好，擠壓時(shí)擠壓筒不會(huì)歪斜。圖2-4擠壓筒內(nèi)襯套與模具的配合2.1.5擠壓機(jī)的選擇1.14201.12-1.6830 40擠壓機(jī)擠壓筒錠坯尺寸噸位t結(jié)構(gòu) 形式直徑nun長(zhǎng)度nun斷面積an3直徑nun長(zhǎng)度nun斷面積an2500臥式水壓8040050.37530044.1擠斥填系數(shù)K擠壓制品斷面積cm?擠壓殘料長(zhǎng)度mm根據(jù)D0=8Onun,對(duì)擠壓機(jī)的選擇是倒三柱后置臥式擠斥機(jī)，擠圧能力為5.0MN,額定比壓：3.2MN。擠圧機(jī)、擠圧筒規(guī)格及錠坯參數(shù)一般如表1所示孔表空選擇錠坯尺寸常用的主要參數(shù)建議采用合理擠壓系數(shù)2共53頁(yè)第17

53、頁(yè)名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共53頁(yè)第#頁(yè)名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙2.1.6擠壓筒強(qiáng)度校核擠壓筒工作時(shí)受到的徑向圧應(yīng)力R為(2-4)R丄iTIF 式中P擠壓機(jī)的額定擠壓力，F(xiàn)擠壓機(jī)內(nèi)徑斷面積。5xl063.14x0.042=995.2MPa(2-5)共53頁(yè)第#頁(yè)名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共53頁(yè)第#頁(yè)名徽3業(yè)尢學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙金屬作用在筒壁上的單位壓應(yīng)力此與作用在徑向上的單位壓應(yīng)力R并不相同， 一般取值匕= 0.60.8P,對(duì)鋁去上限。所以我們?nèi)n = 800MPa擠床筒一般是由內(nèi)向外裝配，即先將內(nèi)襯套裝入中襯套中，再將內(nèi)、中襯套裝 入外套中，裝配時(shí)中套加熱，內(nèi)套冷卻。擠圧筒各襯套配合的過盈量，主要由經(jīng)驗(yàn) 確定，一般為裝配半徑的 o500600所以裝配半徑為116mm的過盈最為0.2mm 裝配半徑為184mm的過盈最為0.4nun 因過盈配合面在配合上產(chǎn)生的裝配壓力P,按式（2-6）確定:(2-6)E(b2-r2X2-a2)2r3(b2-a2