基于ANSYS的H65黄铜挤压过程分析

摘要：基于ANSYS软件平台，实现了对H65黄铜挤压过程分析。通过建立有限元模型，划分网格，施加约束和载荷，然后求解；最后得到挤压过程中坯料和模具的等效应力场等值线图和摩擦应力等值线图。

关键词：H65黄铜；挤压；等值线图

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

在整个H65黄铜挤压过程中，坯料在一个相对封闭的环境中发生复杂的变化，如挤压模具不是很好或模具挤压过多，铜材表面会产生挤压痕，用手可能触摸到其表面不平，因此，对H65黄铜挤压过程进行数值分析是十分必要的，这对现代化生产中挤压模具的设计，产品的成本的降低，具有十分重要的意义[2]。

1.挤压模型的建立

图1 HT65挤压模型

2.有限元建模及网格划分

黄铜的挤压过程是一个很大的塑性变形过程[5]，为了提高数值分析精度，采用ANSYS作为有限元分析软件，以HT65黄铜坯料作为研究对象。在ANSYS中建立模型的方法主要由四种，即建立实体模型，直接建模法，从CAD软件进行模型导入以及参数化建模。该问题属于状态非线性大变形接触问题，在分析过程中根据轴对称性，选择挤压试样和模具截面的1/2建立几何模型：选择CONTA172接触单元和TARGE169目标单元以及PLANE182结构单元进行求解[4]。由于模具结构较为简单，采用直接建模法，建立有限元模型及网格划分如图所示。

3.施加约束和位移载荷

在坯料轴线、模具侧面施加UX约束，限制其X方向的位移；在模具底面施加UY约束，限制其Y方向的位移；在坯料顶面施加UY方向位移为-0.03，表示坯料沿Y轴向向下移动。最后，选择坯料侧面和模具挤出面为接触表面，并施加接触类型为表面接触。施加约束和位移载荷后的模型如图所示。

4.数值模拟结果及分析

求解后，得到结果如下图所示。

图2等效应力图

图3 摩擦应力图

由图2可以看出，坯料所受最大应力的部位是在模具所受最大应力部位在整个挤压过程中，而模具所受最大应力出现在与坯料接触的中间位置，远离中间位置则所受应力依次下降。图3显示最大摩擦应力是在坯料和模具接触的中间部位。通过上述分析，不仅可以直观地从结果图中看出挤压过程中的应力和位移分布，而且得知在模具受应力最大部位采用高强度耐磨材料，能增加模具的使用寿命，这为提高挤压模具设计与制造水平提供了依据。

5.结论

本文基于ANSYS有限元分析软件，构建了挤压过程模型，对HT65黄铜挤压过程中的模具和坯料进行了有限元分析，得到了应力图和位移图。根据上述的分析表明，模具和坯料在挤压过程中所受的应力较大，这就对模具材料提出了一定要求。因此选择合适的模具材料，这对延长模具的使用寿命，提供了一定的理论指导。

参考文献：

[1]刘静安.挤压模具技术的理论与实践[M] .重庆：科学技术文献出版社重庆分社， 1989.

[2]孟凡中.弹塑性有限变形理论和有限元法[M] . 北京： 清华大学出版社， 1985.

[3]闰洪，包忠诩，罗忠民，柳和生.型材挤压理论研究[J].机械工程学报，2000，36（7）：27～30.

[4]马思群，孙彦彬，李红.金属挤压成型的数值模拟技术 研究[J] 大连铁道学院学报， 2002，23，（2）8-l1.

[5]洪深泽.挤压工艺及模具设计[M].北京：机械工业出版社，1995.

作者简介：

彭贤峰（1983- ）男，山东聊城人，助教，主要从事CAD/CAM/CAE研究。

解卫华（1985- ）男，台州黄岩人，助教，主要从事CAD/CAM/CAE研究。