基于ANSYS的H65黃銅擠壓過程分析

摘要：基于ANSYS軟件平臺，實現了對H65黃銅擠壓過程分析。通過建立有限元模型，劃分網格，施加約束和載荷，然后求解；最后得到擠壓過程中坯料和模具的等效應力場等值線圖和摩擦應力等值線圖。

關鍵詞：H65黃銅；擠壓；等值線圖

Analysis of H65 Brass Extrusion Process Based on ANSYS

Peng Xianfeng Xie Weihua

（Taizhou Vocational College of Science and Technology， Zhejiang， 318020 China）

Abstract： the extrusion process for H65 Brass was simulated on ANSYS software， By establishing the finite element model，mesh，defined the constraint and load for solution； Finally， we used the postprocessor to acquire the contour charts of the equivalent stress and friction stress of the blank and mould during the extrusion.

Key words： H65 Brass； Extrusion； contour charts

在整個H65黃銅擠壓過程中，坯料在一個相對封閉的環境中發生復雜的變化，如擠壓模具不是很好或模具擠壓過多，銅材表面會產生擠壓痕，用手可能觸摸到其表面不平，因此，對H65黃銅擠壓過程進行數值分析是十分必要的，這對現代化生產中擠壓模具的設計，產品的成本的降低，具有十分重要的意義[2]。

1.擠壓模型的建立

圖1 HT65擠壓模型

2.有限元建模及網格劃分

黃銅的擠壓過程是一個很大的塑性變形過程[5]，為了提高數值分析精度，采用ANSYS作為有限元分析軟件，以HT65黃銅坯料作為研究對象。在ANSYS中建立模型的方法主要由四種，即建立實體模型，直接建模法，從CAD軟件進行模型導入以及參數化建模。該問題屬于狀態非線性大變形接觸問題，在分析過程中根據軸對稱性，選擇擠壓試樣和模具截面的1/2建立幾何模型：選擇CONTA172接觸單元和TARGE169目標單元以及PLANE182結構單元進行求解[4]。由于模具結構較為簡單，采用直接建模法，建立有限元模型及網格劃分如圖所示。

3.施加約束和位移載荷

在坯料軸線、模具側面施加UX約束，限制其X方向的位移；在模具底面施加UY約束，限制其Y方向的位移；在坯料頂面施加UY方向位移為-0.03，表示坯料沿Y軸向向下移動。最后，選擇坯料側面和模具擠出面為接觸表面，并施加接觸類型為表面接觸。施加約束和位移載荷后的模型如圖所示。

4.數值模擬結果及分析

求解后，得到結果如下圖所示。

圖2等效應力圖

圖3 摩擦應力圖

由圖2可以看出，坯料所受最大應力的部位是在模具所受最大應力部位在整個擠壓過程中，而模具所受最大應力出現在與坯料接觸的中間位置，遠離中間位置則所受應力依次下降。圖3顯示最大摩擦應力是在坯料和模具接觸的中間部位。通過上述分析，不僅可以直觀地從結果圖中看出擠壓過程中的應力和位移分布，而且得知在模具受應力最大部位采用高強度耐磨材料，能增加模具的使用壽命，這為提高擠壓模具設計與制造水平提供了依據。

5.結論

本文基于ANSYS有限元分析軟件，構建了擠壓過程模型，對HT65黃銅擠壓過程中的模具和坯料進行了有限元分析，得到了應力圖和位移圖。根據上述的分析表明，模具和坯料在擠壓過程中所受的應力較大，這就對模具材料提出了一定要求。因此選擇合適的模具材料，這對延長模具的使用壽命，提供了一定的理論指導。

參考文獻：

[1]劉靜安.擠壓模具技術的理論與實踐[M] .重慶：科學技術文獻出版社重慶分社， 1989.

[2]孟凡中.彈塑性有限變形理論和有限元法[M] . 北京： 清華大學出版社， 1985.

[3]閏洪，包忠詡，羅忠民，柳和生.型材擠壓理論研究[J].機械工程學報，2000，36（7）：27～30.

[4]馬思群，孫彥彬，李紅.金屬擠壓成型的數值模擬技術 研究[J] 大連鐵道學院學報， 2002，23，（2）8-l1.

[5]洪深澤.擠壓工藝及模具設計[M].北京：機械工業出版社，1995.

作者簡介：

彭賢峰（1983- ）男，山東聊城人，助教，主要從事CAD/CAM/CAE研究。

解衛華（1985- ）男，臺州黃巖人，助教，主要從事CAD/CAM/CAE研究。