1.3 反挤压模具与工件毛胚的三维建模

有了简化的模具结构便可以对模具与毛胚进行三维建模。利用三维建模常用软件，如Pro/E，UG，Solidworks，Autodesk Inventor等。模拟用的模具三维模型如图1-4所示。

2 反挤压模拟

2.1 模拟参数设置

1)      工件与模具的数字建模及导入

1)            网格划分

由于工件类型属于塑性变形对象，因此"对象类型"必须设置为"塑性(Plastic)"，才可以进行网格划分。模具由于不属于塑性变形对象，因此应设置为"刚性"。由于工件(毛坯)尺寸不大，因此网格划分的网格数也可以选择小一点，有利于提高模拟效率。本例选择网格数8000，见图 2-3。

1)            工件与模具材料的参数设置

工件(毛坯)选用冷挤压常用材料，碳素结构钢，其牌号为 AISI 1010。这种材料是接近低碳钢10钢的国家标准，但性能比10钢。AISI 1010 这种钢材的优点是机械强度低，塑性、韧性好，冷状态下容易模压成形，容易切削加工，焊接性能好，为提高表面硬度可进行渗碳和氧化处理，是一种优质碳素结构钢。优质碳素结构钢，用于焊接件制造，强度较低的冷冲压，锻造、渗碳零件如螺栓，垫圈，隔板，壳体等。化学成份: 碳 C:    硅 Si:    锺 Mn:    硫 S :     磷 P   :       铭 Cr:      保 Ni:       铜 CU: 

2)            模具参数设置

模具参数设置分上模参数设置和下模参数设置，上模参数设置主要有上模运动设置，包括运动方向、运动行程。本例设置运动方向为"-Z"，运动行程为 "10mm"。

 下模参数设置主要是下模固定设置。由于下模是不应该运动的，因此在外力作用下，作用在下模的力是通过模架和机床工作台传递并吸收。因此需要进行下模固定设置，以防止下模在外力作用下飞出。

3)            模具运动速度设置

上模运动方向和运动行程设置完后，还需要对运动速度进行设置。冷挤压工艺，一般是在液压机和机械压力机。液压机的速度较慢一般在 20-50mm/min，机械压力机速度快，一般在200-500mm/min。总所周知，变形速度对于塑性成形时有一定影响的，但对于冷挤压来说，影响很小，本例采用 250mm/min的速度。运动方向设置很重要，一般情况下，默认为-Z方向，由于凸模三维建模时没有事先确定好运动方向，造成实际运动方向与默认的-Z 不一致时，就需要进行方向设置，使实际运动方向与坐标位置一致。

下模运动方向默认为"0"。

4)            模具与工件的定位设置

模具与工件的相对位置按实际操作状态，即初始状态进行定位。相对位置正确并确保毛坯与模具完全接触，参考图3-4。

5)            摩擦边界条件设置

摩擦现象是金属成形中，普遍存在又极其复杂的问题。因此正确设置摩擦边界条件，合理选择摩擦系数是有限元数值模拟是否准确的关键。常用的摩擦模型有，库伦摩擦模型、剪切摩擦模型、粘性摩擦模型、能量摩擦模型和反正切摩擦模型等。金属塑性成形主要是剪切摩擦模型，因此本例选用剪切摩擦。

t=mk

式中: t---摩擦应力

           m---摩擦因子

           k---剪切屈服极限

由于金属冷挤压需要对毛坯进行软化润滑处理，润滑质量的好坏将直接影响毛坯与模具间的摩擦系数。因此摩擦系数选择正确与否对金属冷挤压至关重要。本例选择两个不同摩擦系数进行模拟比较，来验证冷挤压润滑质量对金属冷挤压成形的影响。

   本例选择的剪切摩擦系数为，

mt=0.12

6)      模拟步数设置

因为成形分析是一个连续的过程，分析采用时间步来进行计算，所以需要定义一定的基本数据。其中包括总步数、步长、主动模具和存储步长。由于总步数决定模拟总的时间和行程，因此应适当选取，过长的总步数，往往会造成工作效率低下。但过低的总步数会造成模拟精度不够。

一般冷挤压成形模拟步数设置为100 步，并每10 步进行保存，并指定主动模具为上模。

7)            数据库的创建

上述设置完成后可以进行数据库的创建，在创建前，先进行数据检查，发现问题进行调整，检查后，如果没有问题，软件会提示，数据库可以创建，这时再创建数据库。整个前处理宣告完成。

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