基于DEFORM的薄壁深筒零件成形工艺及挤压模具设计

摘要院本文主要介绍针对一指定薄壁深筒零件的模具设计袁并采用仿真软件DEFORM有限元分析材料在冷挤压过程中的变化

情况遥根据所指定模具的特殊性袁设计出一种新的模具结构袁并为此类零件的模具设计提供一种新的想法遥

关键词院薄壁深筒零件曰DEFORM曰冷挤压

0引言冷挤压工艺是一种少无切削加工、效率高消耗低的金属精密成形工艺，应用冷挤压工艺制造金属成形零件，可一次成型，速度快，生产效率高，可以挤压形状比较复杂的零件，具有切削加工无可比拟的优越性。本文基于DEFORM-3D仿真软件进行有限元分析，对选定的复杂零件所设计的模具进行挤压模拟，并根据模拟结果优化挤压参数。1零件工艺性分析本文所指定的零件如图1所示。淤结构工艺性：该工件为轴对称零件，没有直角过度，没有深孔、环形槽，尺寸变化小于成形极限，但高径比较大，零件壁厚较薄，综合所有条件来看，适合挤压。于精度：该工件尺寸精度均不超过IT9，因此可通过挤压成型来保证质量。盂原材料：该工件材料为FL21（3003），具有良好的塑性，屈服极限30MPa，适合挤压。2模具结构设计冷挤压是在室温的条件下对金属材料施加压力，从而使之产生塑性变形，因此所产生的相对挤压力相当大，在反复作用的载荷下剧烈磨损，模具的工作环境十分恶劣。要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要课题项目院哈尔滨理工大学大学生创新创业训练计划项目，项目

编号201910214297。

图1

且本文所指定的模具在内部有上下两个直径不同的孔，需要上下两个凸模对其进行挤压；外形结构上有一部分凸起，通常的推出结构无法正常推出，由此根据零件对模具结构进行改进：将凹模设计为开合式，并在其下方设置斜推机构，保证在挤压完成后凹模可以移开足够的空隙使工件被推出；又由于零件需双向挤压，下凸模限制了推出机构的结构，所以将推出机构设置为可套在下凸模上的圆环，使其在不影响下凸模工作的情况下能起到推出作用。模具大体结构如图2；模具开模时，其关键部分（凹模、推出装置、挡板等）示意图如图3所示。开模时，淤号气缸带动传力杆推动斜推装置，使凹模分开一定距离，方便工件被推出；于号气缸带动牵引板向下移动，牵引板上斜导柱带动斜滑挡块向下移，在斜滑挡块下方斜面接触到推出环的斜面之后，斜滑挡块分开一段距离，使推出环可以通过；盂号气缸推动推出环所连接的推板，带动推出环向上移动，将卡在下凸模上的工件推下。数学模型[J].机械传动，1998（04）：42-45.

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号气缸；10-淤号气缸

图3模具开模示意图

3有限元模型的建立冷挤压成型过程属于大变形的塑性成型问题，采用刚塑性材料模型，挤压坯料为Al-3003，模具材料为刚性。坯料0.12变形程度为80.29%，凸4所示，网。格划分为64000份，模挤凹压速模与度坯为料1mm/s间摩擦，模系型数如图为图4挤压模具模型图5仿真变形应力图

4仿真结果分析通过DEFORM-3D仿真结果，可知在最终完善的挤压过程中，主要应力变形区集中在工件与上下两凸模接触处，即主要工作区，平均应力为217MPa，如图5所示。由于此模具壁厚仅为1.3mm，且有色金属的流动性较强，造成·107·了死区与工件实际使用部分连接处的应力集中，导致成型过程中最大应力的数值远远超过筒壁成型时的挤压应力；由于本文所选工件涉及到大变形及大应变，所以极易产生开裂、填充不完整的现象，且在模拟过程中都有出现。通过改善摩擦条件、改变挤压速度的方式，对工艺过程进行优化。为降低摩擦力，将工作端面全部研磨至镜面，即将模拟时的摩擦系数降低为0.12；且同时将速度降低至1mm/s，再次进行模拟，死区与工件实际使用部分连接处应力过大的现象消失，开裂、填充不完整现象消除。挤压变形过程中，凸模所受载荷与时间的关系如图6，0~10s内，工件开始被挤压，发生急剧变形，导致载荷迅速上升；10~80s内，工件处于稳定变形阶段，载荷相对变化不大；当挤压进行到80s以后，工件即将成型，上下凸模之间的待挤压区很薄，因此两凸模挤压力相互作用，导致载荷波动，较之平稳变形阶段有较大提升。图6上下凸模所受载荷与时间的关系

5结论DEFORM-3D通过建立基础进行模具对冷设计零挤件成压及创新型变过程形有性优进限化。行模元针拟分对本文所；析并以模模型，利用选拟零结件果，为设计创新型模具结构，其主要创新点在于凹模与推出机构是根据所需零件的制作要求所专门设计出的：为在挤压完成后能将工件推出，考虑到工件结构，将凹模设计为分瓣式主体结构；推出机构内包括三套气缸，中其中一套负责推开模具；另一套负责开模时拉曳，并在合模时提供锁模力，剩余一套负责推出零件。此设计方案可为以后此类较为精密且结构复杂的零件的模具设计提供一种新的思路。参考文献社，2008.

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