发布时间 : 星期日 文章挤压模具毕业设计 - 图文更新完毕开始阅读c1260c1eb7360b4c2e3f64d0
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安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸
4.2.4 材料模型的建立
用于输入成形材料的变形特性。常用的材料模型有弹塑性、刚塑性、热弹塑性、热刚塑性及自定义类型等。主要参数有材料的弹性模量、泊松比、比热容、热导率、屈服应力以及材料的硬化描述等。
变形体的材料为6061铝合金，其他各模具的材料为AISI H13〔1450-1850F(800-1000C)〕。各材料相应的参数及曲线在DEFORM－3D中的材料数据库中可以找到。
材料力学模型是影响成形载荷的重要因素，对电机的选用、模具结构的设计、及模具材料的选用、模具寿命都有重要的影响，是金属塑性成形问题中的重点。变形材料在一定变形温度、变形速率、和变形程度下的屈服极限称为塑性变形抗力（流动应力）。影响塑性变形抗力的外部因素主要有变形温度、变形速率和应变量；内部因素主要有金属的化学成分、金属的组织变化（如加工硬化等）。上述外部因素是通过影响内部因素而影响塑性变形抗力的。根据DEFORM中提供可选择的材料力学模型，我们选择不涉及变形微观机制，直接考虑变形温度、变形速率和应变量等宏观变量对变形抗力的影响。变形抗力模型为：
?ijk????i,??j,Tk? （4.1） 式中?ijk－流动应力（塑性变形抗力）
?i－等效应变（变形量） ??j－等效应变率（变形速率）
Tk－变形温度
本文中坯料的温度是480℃，挤压垫和挤压筒的温度为20℃，型材模的温度为450℃。
4.2.5 载荷的施加和位移约束的设定
正确的边界条件对任何有限元分析都是至关重要的。在建立了有限元模型后，就要给模型施加边界条件，在DEFORM软件中施加的边界条件包括位移约束、温度和机械载荷等等。 1.载荷的施加
坯料的变形是靠主动模的移动施加的力来克服工件的变形抗力实现的。DEFORM中载荷的施加有两中方法：以主动模的移动速度为度量尺度；以主动模施加的力为度量尺度。本文以主动模的移动速度为度量尺度，因为本文采用反挤压，取型材模为主动模，移动速度为3mm/s，方向为-z方向。 2．位移约束
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在DEFORM软件中，对所建立的有限元模型，位移约束也只能施加在节点上。任何节点最多具有6个自由度，在总体坐标系OXYZ中，就是沿X、Y、Z三轴的平动及绕X、Y、Z三轴的转动。铝型材挤压系统有限元模型的约束，与实际结构及工况紧密相关，但又不同于实际情况，在本课题中为了减少节点和单元的数量，只对整个挤压结构的一半进行模拟，对称面上金属在法线方向不发生流动。体现在DEFORM中就是坯料对称面上的所有节点在y方向上的速度均为0。 4.2.6 接触和摩擦问题
4.2.6.1 接触问题
在状态非线性分析中，接触问题是一种很普遍的状态非线性行为。常见的接触问题可分为两种基本类型：刚体——柔体的接触和半柔体——柔体的接触。对于金属成形问题，大都看作刚体——柔体的接触，其中的工件视为柔体，而模具视为刚体。接触问题存在着两大难点：其一，在求解问题之前接触区域，表面之间是接触或分开是未知的、突变的，它随载荷、材料、边界条件和其它因素而定；其二，大多的接触问题需要计算摩擦，而供选择的摩擦模型大都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得很困难。
4.2.6.2 摩擦问题
金属塑性成形中摩擦力的作用机理是一个复杂的问题，它是不断变化的，同时受模具材料、坯料材料、边界压力、温度、贴面的质量、成形速度以及变形量等因素的综合影响为了简化分析问题，研究者提出了多种假设，建立了多种摩擦力数学模型，常用的方法有常摩擦因子模型、库仑摩擦定律、线性粘摩擦定律以及反正切摩擦模型等。这些理论的提出推动了摩擦理论的发展，但至今尚未形成统一的理论，对许多问题的解释还未取得一致的观点。
本文进行铝型材模拟确定个实体间的摩擦力学模型如图4-6所示。
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图4-6 实体间摩擦边界关系
图中，（1）代表坯料，（2）代表型材模，（3）代表挤压筒和挤压垫
4.2.7 选择步长和步数
适当时间步长的选择是重要的。太大的步长会导致不精确的结果，迅速的网格畸变和难于收敛的问题；太小的步长增加模拟时间。
在求解的每一步中，任何节点的最大位移都不应超过它的单元边长的1/3，对于围绕着一个受压的角的流动，有飞边的成形和类似于特别局部的成形，时间步长需要通过给定一个节点位移的1/10或单元边长来确定。这样，对于一个较好的网格与粗糙的网格相比只需较少的步长，这会防止网格在一个时间步长内变得严重畸变。
本文取步长为0.2mm。
至此，我们完成了称为“有限元前处理”的繁杂而关键的工作，我们就可以把有限元分析模型提交给DEFORM进行求解。由于成形过程的复杂性等因素在求解过程中会出现很多预料不到的问题需要解决。 4.3 本章小结
本文进行模拟的方法是以适合大变形成形分析的DEFORM3D软件为平台,对铝型材挤压成形过程进行三维有限元模拟。为了提高仿真结果的精度，研究了有限元模拟的关键技术，使其与实际塑性变形情况相符，从而为成形工艺、模具的设计提供依据。
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第五章 模拟结果及讨论
“Newton-Raphson”迭代算法和“Sparse”求解器，其求解效果比采用DEFORM 默认的迭代算法（Direct iteration）和求解器（Conjugate-Gradient）更为理想，在一定程度上，改善了挤压方程中变形体产生“飞边”的现象，所以本模拟采用“Newton-Raphson”迭代算法和“Sparse”求解器。
模拟最终得出的工件如图5-1所示。以下就模拟得到的结果分别进行分析讨论。
图5-1 最终得到的工件
5.1 金属流动过程分析
由于坯料和挤压筒之间的间隙，挤压筒中的金属在由于主动模的移动产生的挤压力的驱动下填充整个挤压筒并挤出挤压模，得到相应的产品。考虑到网格的大小、单元数的多少和计算机运行的速度，本文中坯料直径取75mm，长度取40mm。
图5-2为铝型材挤压过程有限元模拟的金属变形情况图。
从整个过程中的变形网格可以看出，挤压成形过程中金属的流动主要集中在挤压模孔部位，说明在此处金属的塑性变形量较大。
图5-2a)为金属刚变形时的变形网格图, 图5-2b)为金属在主动模的驱动下被不断墩粗的过程。
由于坯料和筒壁之间有间隙，根据最小阻力定律，坯料首先逐渐充满挤压筒，所以在开始挤压阶段会出现和锻造类似的“鼓形”，前人的实验表明：墩粗圆柱体是，当试样原始高度与直径比H/d≤2.0时发生单鼓形不均匀变形，当坯料高度较大且变形程度甚小时（当H/d＞2.0时），则往往只产生表明变形，而中间层的金属不产生塑性变形或塑性变形甚小，结果导致形成双鼓形。但模拟的过程中只产生了类似单鼓形的“碗形”，这是由于挤压垫温度是20℃，而型材模的温度为450℃，造成和挤压垫接触的金
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