第一章 设计工模具尺寸及确定工艺参数1.1 材料及坯料尺寸材料为DIN_CuZn40Pb2，尺寸为直径90mm ×长25mm 。

1.2 坯料温度的选择挤压温度对加工状态的组织、性能的影响极大。

当所取的挤压温度值越高，挤压制品 的抗拉强度、屈服强度和硬度的值下降，延伸率增大。

由于黄铜管在680℃-720℃时塑性最高，而在挤压过程中由于变形、擦擦产热使坯料温度升高，为避免在挤压过程中坯料温度可能超过最佳塑性温度，所以坯料初始温度选取500℃。

而挤压筒、挤压垫、挤压模也要预热，以防过大的热传递导致金属温度分布不均，影响制品质量，预热温度与坯料温度不能相差太大，故取300℃。

1.3 挤压速度的选取挤压速度对制品组织与性能的影响，主要通过金属热平衡来实现的。

挤压速度低，金属热量逸散较多，致使挤压制品尾部出现加工组织；挤压温度高，锭坯与工具内壁接触时间短，热量传递来不及进行，有能形成变形区内的绝热挤压过程，使金属的出口温度越来越高，导致制品表面裂纹。

故选挤压垫的速度为1.5mm.s -1。

1.4 挤压参数的计算1.4.1 挤压模的结构尺寸设计模子选用锥模，模角 45=α，工作带长度8=g h ~12 mm ，取10=g h mm ，工作带直径m m g d C d d 1+=,90=m d mm ，裕量系数016.0014.01-=C ，015.01=C ，35.9135.19090015.090=+=⨯+=g d mm ，出口直径一般比工作带直径大3-5 mm ，取出口直径为96=ch d ,入口圆角半径γ=3mm ，模子的外形尺寸(25.1=D ~)45.1(25.1=w D ~)45.15.11290=⨯~5.130 mm ，所以D 取120 mm ，H 取70 mm 。

1.4.2 挤压筒的结构尺寸设计（1）挤压筒内径0D由于挤压过程为热挤压，考虑到热膨胀，故取挤压筒内径950=D mm（2）挤压筒长度t L()L L L t +=max S t ++ （1-1） 式中：max L —锭坯最大长度，对重金属为（1.5-2.5）0D ，mm ；L—锭坯穿孔时金属增加的长度，mm ；t —模子进入挤压筒的深度，mm ；S—挤压垫厚度，mm 。

()L L L t +=max S t ++()5192952+++⨯=288=mm1.4.3 挤压机的选择因挤压小规格尺寸的坯料，可选用立式挤压机。

1.4.4 挤压棒的结构尺寸设计挤压棒为空心挤压棒。

由于选用立式挤压机，故挤压棒外径比挤压筒内径小2-3 mm ，则挤压棒外径为93 mm 。

1.4.5 挤压垫的结构尺寸设计采用固定式挤压垫。

挤压垫的外径比挤压筒内径小D ∆值，对于立式挤压机，D ∆值取0.2 mm ，则挤压垫的外径为94.8 mm 。

1.5 挤压比λ的计算（1-2）式中：0F —坯料面积，mm 2；1F —挤压后的管材面积，mm 2。

则挤压比λ为3.68。

10F F =λ()()()()()22222/402/582/4045--=ππππ4411065=68.3=10F F =λ()()()()()21222122/2/2/D D D R --=ππ第二章 数据分析及数值模拟2.1 绘出挤压过程平面图根据以上数据，在PRO\E 、UG 环境下绘出平面，填充各个剖切面，如图2-1所示：2.2 挤压工具三维实体图根据平面图利用UG （PRO\E ）进行三维造型。

DEFORM-3D 默认每点坐标为正值，故在三维造型时应保证在各坐标轴的正方上，且保证各零件准确对位，造型使用坐标定位，为使DEFORM-3D 模拟时减少单元格的个数及运行速度，可将工件剖分（下图所示），挤压模中各倒角分别设置为半径为2mm 和半径3mm ，本步主要运用了实体圆柱，圆锥造型，各个实体图如下所示：图2-2 挤压棒 图2-3 挤压垫 图2-4 坯料将三维图中的各个零件分开保存，并将每个零件以STL 格式输出，并分别命名为wick ， top die ，workpice ，middle die ，bottom die 。

图2-5 挤压筒 图2-6 挤压模图2-1 平面图2.3 数值模拟运用DEFORM-3D进行成型模拟，主要分为三步，即前处理，模拟运算，后处理。

2.3.1前处理2.3.1.1建立新问题程序→DEFORM5.03→File→New Problem→Next→在Problem Name栏中填写“jyl”→Finish→进入前处理界面。

2.3.1.2 添加对象点击按钮添加对象，依次为“workpiece”,“top die”,“bottom die”,“object 4” “object 5”,，在Object Name栏中填入middle die→点击Change按钮→点击geometry→点击import →选择middle die实体文件→打开；在Object Name栏中填入wick→点击Change按钮→点击geometry→点击import→选择wick实体文件→打开；重复操作，依次添加workpice,top die,bottom die,middle die,wick。

2.3.1.3 定义对象的材料模型在对象树上选择workpiece→点击General按钮→选中Plastic选项（塑型）→点击Assign Temperature按钮→填入温度，如500（本组温度500）→点击OK按钮→在对象树上选择top die→点击General按钮→选中Rigid选项（刚性）→点击Assign Temperature按钮→填入温度，如300（本组温度300）→点击OK按钮→勾选Primary Die选项（定义为top die主动工具）→如此重复，定义其它工模具的材料模型（不勾选Primary Die选项）。

2.3.1.4 高速对象位置关系在工具栏点击Object Positioning按钮进入对象位置关系调整对话框→根据挤压要求及实体造型调整相互位置关系→点击OK按钮完成。

2.3.1.5 模拟控制设置点击Simulation Control按钮→Main按钮→在Simulation Title栏中填入“wick”→在Operation Title栏中填入”deform heat transfer”→选中SI选项，勾选“Heat transfer”和“Defromation”选项→点击Step按钮→在Number of Simulation Steps栏中填入模拟步数→Stemp Increment to Save栏中填入每隔几步就保存模拟信息→在Primary Die栏中选择top die (以挤压垫为主动工具) →在With Constant Time Increment栏中填入时间步长→点击OK按钮完成模拟设置；如图2-7所示：图2-7 模拟初始条件设置图2-8 坯料网格划分2.3.1.6 实体网格化在对象树上选择workpiece→点击Mesh→在Number of Elements卡上填入需要的网格数，如20000(本组实验网格划分为20000)→点击Generate Mesh→工件网格生成如：上图2-8所示。

2.3.1.7 设置对象材料属性在对象树上选择workpiece→点击Meterial→点击→点击完成材料属性的添加。

2.3.1.8 设置主动工具运行速度在对象树上选择top die→点击Movement→在speed/force选项卡的type栏上选中Speed 选项→在Direction t选中主动工具运行，如-Y（本组驻动工具运动方向为+Z）→在speed 卡上选中Define选项，其性质选为Constant,填入数度值(本组数值为1.5mm/s)。

2.3.1.9 工件体积补偿在对象树上选择workpiece→点击Property→在Target V olume卡上选中Active选项→点击按钮→点击Y es按钮→勾选Compensate during remeshing。

2.3.1.10 边界条件定义在工具栏上点击Inter-Object按钮→在对话框上选择workpiece-top die→点击Edit按钮→点击Deformation卡Friction栏上选中Shear和Constant选项，填入摩擦系数或选择摩擦类型，如Hot Forging→点击Thermal→选中Constant选项，填入传热系数或选择传热类型如Fomging→点击Close按钮→如此重复，依次设置其它接触关系→点击Generateall按钮点击tolerace按钮→点击OK按钮完成边界条件设置。

图2-9 对象间关系设定对话框2.3.1.11 保存k文件在对象树上选择workpiece→点击Save按钮→点击保存按钮→保存工件的前处理信息→重复操作，依次保存各个模具的信息。

2.3.2模拟运算在主控程序界面上，单击项目栏中的wick.DB文件→单击Run按钮→单击Start→单击Summary,Preview,Message,Log按钮可以观察模拟运行情况。

2.3.3 后处理模拟运算结束后，在主控界面上单击wick文件→在Post Processor栏中单击DEFORM-3D_Post按钮，进入后处理界面。

2.4 观察后处理结果2.4.1观察变形过程点击播放按钮查看成型过程，如下图所示：图2-10 变形过程2.4.2 观察温度变化在状态变量的下拉菜单中选择Temperature ,点击播放按钮查看成型过程中温度变化情况，如图2-11所示。

从图中可以看出，中心温度分布较均匀且较高，这是因为工件中心不与挤压模具和空气相接触，热量散失与热传递都很小。

同时在整个挤压过程中，远离挤压垫一端的温度最高，而与挤压垫相接触的一端温度最低，主要是由于在挤压过程中与挤压垫接触的一端存在着热交换，使温度低，不接触的 一端在整个过程中金属流动较激烈，且因散热不好和时间短，温度较接触端高且变化不大。

温度分布整体上是呈小幅度的下降趋势，主要是在模拟成型过程中存在工件和工具以及外界的热交换、热量损失，所以温度会有所下降 图2-11 温度变化但幅度很小，因为在热传递和热量散失的过程中同样还有接触摩擦所产生的量的部分损失。

2.4.3 观察等效应力分布和等效最大应力分布在状态变量的下拉菜单中选择Stress-Efftive 和Stress-Max Efftive ,点击播放按钮查看成型过程中应力分布和最大应力分布及变化情况，如图2-12、2-13所示。

从图中可以清晰地看出，中间部位应力分布较均匀，且数值较大，为三向压应力状态，从中还可以看出挤压过程中最大应力的最大位置出现在工件刚刚进入挤压模的位置，因为在此处由于工件的直径急剧变化，金属流动的阻力最大，不均匀变形也最大，在此处将产生较大的附加应力。