第6章挤压成形111..docx

第六章 挤压成形本章导读本章详细介绍了DEFORM-3D进行挤压仿真的一些基本操作，需要读者进一步掌握热力耦合数值模拟操作，深刻理解并掌握DEFORM-3D分析热挤压的塑性变形力学问题。6.1 仿真背景6.1.1 定义挤压是用冲头或凸模对放置在凹模中的坯料加压，使之产生塑性流动，从而获得相应于模具的型孔或凹凸模形状的制件的加工方法。6.1.2 仿真意义挤压的应用范围非常广，其中主要应用于金属材料的成形，也可以用于塑料、橡胶、石墨和粘土坯料等非金属材料的成形。挤压时，坯料产生三向压应力，因此对于塑性较低的坯料，挤压成形也适用。挤压，特别是冷挤压，材料利用率高，材料的组织和机械性能得到改善，操作简单，生产率高，可制作长杆、深孔、薄壁、异型断面零件，是重要的少切屑加工工艺。因此，运用DEFORM-3D进行挤压仿真对工程上实际生产有着重大指导意义，包括挤压参数的优化，挤压模具的改善等等。6.1.3 仿真实例本章介绍了DEFORM-3D仿真黄铜棒热挤压的过程。挤压成品为φ30×200mm的黄铜DIN-CuZn40Pb2圆棒，为确保挤压过程能够顺利进行，将坯料定为φ100×80mm的黄铜圆棒，挤压速度为20mm/s，挤压垫的摩擦系数为0.6，挤压筒和挤压模摩擦系数为0.1。挤压模具结构示意图如图6-1所示，其中挤压筒外径D1=520mm，内径d1=104mm，长度L=130mm；挤压垫外径Dt=103，厚度l2=30mm；挤压模模角w=45°，定径带长度l4=60mm，入口圆角半径r=5mm，工作带直径d2=30.45，出口直径d3=35，外径D2=120mm，出口段长度l5=27.15mm。 根据工模具的几何参数，在三维绘图软件solidworks中分别绘制1-毛坯blank、2-挤压筒tube、3-挤压垫pad、4-挤压模bottom die的零件图，按照图6-1中的位置关系，将其绘制成装配图，并以Extrusion为名保存为STL格式文件[]，存储路径为安装目录\SFTC\DEFORM\v10.2\3D\LABS。装配图如图6-2所示。图6-1工模具二维示意图图6-2工模具三维示意图6.2 建立仿真模型6.2.1 创建新问题打开DEFORM-3D软件，进入DEFORM-3D主界面，单击【File】→【New Problem】，选择【Deform-3D preprocessor】，单位Units选为SI，如图6-3所示→【Next】选择默认的存储地址→【Next】，输入文件名Extrusion，单击【Finish】，进入前处理界面。6.2.2 定义工件1）单击，在Object Name中将Workpiece改为Extrusion blank，单击【Change】保存改变。2）定义工件属性。在选项栏Object Type中选择Plastic塑性材料3）定义工件温度。单击【Assign temperature】输入600，单击【OK】保存设置，将工件的温度设置600℃。4）定义材料属性。单击，单击Material后面第一个按钮【Load material from library】，选择Other类别中的DIN-CuZn40Pb2[1050-1400F(550-750C)] ，单击【Load】添加材料。如图6-4所示。图6-3 创建问题窗口图6-4 定义工件材料5）创建几何模型。单击→，在安装目录\SFTC\DEFORM\v10.2\3D\LABS中选择双击Extrusion-blank. STL，导入毛坯的几何模。6）检查几何模型的正确性[]。单击【Check GEO】，如图6-5所示，弹出Geometry Checking Result窗口，如果图中方框里的数字如图6-6所示，则代表几何模型正确。单击【OK】退出。图6-5 检查几何模型的正确性图6-6 模型检查结果7）划分网格。单击，在Number of Elements 中输入40000，单击【Generate Mesh】将毛坯划分为40000个网格。如图6-7所示。图6-7 划分网格8）设置体积补偿。单击，选择Deformation项目栏，在选项栏Target Volume中选择Active in meshing，单击【Calculate Volume】，计算出工件的网格总体积和几何体积，在弹出的窗口中单击【Yes】，将该网格几何体积作为目标体积。6.2.3 定义上模具（挤压垫）1）单击【Insert object】添加一个上模具，改变对象名称为Extrusion pad。2）定义上模属性。在选项栏Object Type中选择Rigid刚形体。3）定义上模材料。单击【Load material from library】，弹出Material Library窗口