De模擬實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、第一章 擠壓模具尺寸及工藝參數(shù)的制定1.1實(shí)驗(yàn)任務(wù) 已知：空心坯料9025mm，材料是黃銅（DINCuZn40Pb2），內(nèi)徑與擠壓針直徑相同。所要完成成品管直徑26mm，?？坠ぷ鲙е睆?6mm，模孔出口帶直徑46mm。 完成如下操作： （1）根據(jù)所知參數(shù)設(shè)計(jì)擠壓模具主要尺寸和相關(guān)工藝參數(shù)，并運(yùn)用AUTOCAD(或Pro/E)繪制坯料擠壓過(guò)程平面圖。 （2）根據(jù)所繪出的平面圖形，在三維空間繪出三維圖。并以STL格式分別輸出各零件圖形，并保存。 （3）運(yùn)用DEFORM-3D模擬該三維造型，設(shè)置模擬參數(shù)，生成數(shù)據(jù)庫(kù)，最終完成模擬過(guò)程。 1.2擠壓溫度的選取 擠壓溫度對(duì)熱加工狀態(tài)的組織、性能的影響極大

2、，擠壓溫度越高，制品晶粒越粗大，擠制品的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度的值下降，延伸率增大。由于黃銅在730時(shí)塑性最高，而在擠壓過(guò)程中由于變形、摩擦產(chǎn)熱使配料溫度升高，若把黃銅預(yù)熱到730，坯料可能超過(guò)最佳塑性成型溫度，所以選取坯料初始溫度為500。擠壓筒、擠壓模具也要預(yù)熱，以防止過(guò)大的熱傳遞導(dǎo)致金屬溫度分布不均，影響制品質(zhì)量，預(yù)熱溫度與坯料溫度不能相差太大，故選取為300。 擠壓速度的選取 擠壓速度對(duì)制品組織與性能的影響，主要通過(guò)改變金屬熱平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)。擠壓速度低，金屬熱量逸散較多，致使擠壓制品尾部出現(xiàn)加工組織；擠壓速度高，錠坯與工具內(nèi)壁接觸時(shí)間短，能量傳遞來(lái)不及，有可能形成變形區(qū)內(nèi)的絕熱擠壓過(guò)程，

3、使金屬的速度越來(lái)越高，導(dǎo)致制品表面裂紋。而且在保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備能量允許的前提下盡可能提高擠壓速度。根據(jù)擠壓流程可計(jì)算得擠壓比為=13，故擠壓墊速度為為1.5 mm/s。 第八章 工模具尺寸 擠壓筒尺寸確定2.12.1.1考慮坯料擠壓過(guò)程中的熱膨脹，取擠壓筒內(nèi)徑為mm； 擠壓筒外徑為，故擠壓筒外徑為mm； 2.2.2 2.2.3擠壓筒長(zhǎng)度 (2-1) 式中：錠坯最大長(zhǎng)度，對(duì)重金屬管材為； 錠坯穿孔時(shí)金屬增加的長(zhǎng)度； 模子進(jìn)入擠壓筒的深度； 擠壓墊厚度。 由于金屬的內(nèi)徑與擠壓針的直徑相等，則錠坯穿孔時(shí)金屬增加的長(zhǎng)度L=0，改例 中模子進(jìn)入擠壓筒的深度t=0，擠壓墊厚度s=5mm mm 模子尺寸設(shè)

4、計(jì) 模子的外形尺寸 模子的外圓直徑和厚度主要是根據(jù)其強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)系列化來(lái)考慮的。它與擠壓的型材類型和難擠壓的程度及合金的性質(zhì)有關(guān)。一般所擠壓的材料的外接圓最大直徑 等于擠壓筒內(nèi)徑的倍 ，故mm。對(duì)管材， 模子的外徑，故模子外徑為mm。從提高 模子的厚度和減輕彈性變形方面考慮，H由擠壓機(jī)能力的大小選取，一般為20、25、30、40、50、70和100mm，取模子的高度mm。 模角 因?yàn)槠侥５臄D壓力較大，特別在擠壓高溫和高強(qiáng)度的合金時(shí)，?？讜?huì)因塑性 變形而變小，所以選擇錐模。錐模的最佳模角為，在此范圍內(nèi)的擠壓力 ，故選取錐角為。最小，而且在擠壓有色金屬時(shí)常采用 工作帶長(zhǎng)度 工作帶又稱為定徑帶，是用以

5、穩(wěn)定制品尺寸表面質(zhì)量的關(guān)鍵部分。由實(shí)踐知道，擠壓黃銅時(shí)工作帶的長(zhǎng)度取mm，故取工作帶長(zhǎng)度為mm。 工作帶直徑 根據(jù)尺寸偏差、冷卻收縮量、?？壮叽绲淖兓_定其數(shù)值，工作帶直徑為 (2-2) 式中：棒材名義直徑； 裕量系數(shù)，一般黃銅取。 mm 出口直徑 模子的出口直徑一般應(yīng)比工作帶直徑大mm，因過(guò)小會(huì)劃傷制品表面。 故出口直徑取為41mm。 2.2.6 入口圓角半徑 入口圓角半徑r的作用是為了防止低塑性合金在擠壓時(shí)產(chǎn)生表面裂紋和減輕金屬在進(jìn)入工作帶時(shí)所產(chǎn)生的非接觸變形，同時(shí)也是為了減輕在高溫下擠壓時(shí)模子的入口棱角被壓頹而很快改變?？诔叽缬玫摹Ｈ肟趫A角半徑r值的選取與金屬的強(qiáng)度、擠壓溫度和制品的尺寸

6、有關(guān)，對(duì)于黃銅取mm，故取。. 擠壓墊尺寸設(shè)計(jì) 擠壓墊是用來(lái)防止高溫的錠坯直接與擠壓桿接觸，消除其端面磨損和變形的工具。該設(shè)計(jì)中已知擠壓墊厚度為5mm,直徑為90mm。 擠壓桿尺寸設(shè)計(jì) 擠壓桿是用于傳遞主柱塞壓力的，它在擠壓時(shí)承受很大的壓力，由本工藝流程可知是采用正向擠壓管材。擠壓桿的外徑取決于擠壓筒內(nèi)徑的大小，對(duì)立式擠壓機(jī)比擠壓筒內(nèi)徑小mm，故擠壓桿外徑為92 mm，并取其長(zhǎng)度為400 mm。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，在PROE、UG環(huán)境下繪出平面，填充各個(gè)剖切面，平面 圖如圖2-1，由下圖可以清晰地看出擠壓各工模具的裝備位置，也可以看出采用的是正向擠壓管材工藝。 圖2-1黃銅管擠壓過(guò)程平面圖 第三章

7、 數(shù)值模擬 根據(jù)平面圖利用UG（PROE）進(jìn)行三維造型。DEFORM-3D默認(rèn)每點(diǎn)坐標(biāo)為正值，故在三維造型時(shí)應(yīng)保證在各坐標(biāo)軸的正方上，且保證各零件準(zhǔn)確對(duì)位，造型使用坐標(biāo)定位。擠壓模中各倒角設(shè)置為半徑為3mm，本步主要運(yùn)用了實(shí)體圓柱，圓錐造型。將三維圖中的各個(gè)零件分開(kāi)保存，并將每個(gè)零件以STL格式輸出，并分別命名為middle die,bottom die,top die,wick,workpiece。運(yùn)用DEFORM-3D進(jìn)行成型模擬，主要分為三步，即前處理，模擬運(yùn)算，后處理。 DEFORM前處理過(guò)程（Pre Processer） 1.建立新問(wèn)題：程序DEFORM軟件FileNew Probl

8、emNext在Problem Name欄中填寫(xiě)“jy” Finish進(jìn)入前處理界面。 添加對(duì)象：點(diǎn)擊按鈕添加對(duì)象，依次為“2.workpiece”,“top die”,“bottom die”,“object 4”，在Object Name欄中填入pl點(diǎn)擊Change按鈕點(diǎn)擊geometry點(diǎn)擊選擇pl實(shí)體文件打開(kāi)；重復(fù)操作，依次添加jyd ,jyt, jyz 。 3.定義對(duì)象的材料模型：在對(duì)象樹(shù)上選擇pl點(diǎn)擊General按鈕選中Plastic選項(xiàng)（塑型）點(diǎn)擊Assign Temperature按鈕填入溫度，如500（本組溫度500）點(diǎn)擊OK按鈕在對(duì)象樹(shù)上選擇jyd點(diǎn)擊General按鈕選中

9、Rigid選項(xiàng)（剛性）點(diǎn)擊Assign Temperature按鈕填入溫度，如300（本組溫度300）點(diǎn)擊OK按鈕勾選Primary Die選項(xiàng)（定義為jyd為主動(dòng)工具）如此重復(fù)，定義其它工模具的材料模型（不勾選Primary Die選項(xiàng)）。 4.高速對(duì)象位置關(guān)系：在工具欄點(diǎn)擊Object Positioning按鈕進(jìn)入對(duì)象位置關(guān)系調(diào)整對(duì)話框根據(jù)擠壓要求及實(shí)體造型調(diào)整相互位置關(guān)系點(diǎn)擊OK按鈕完成。 對(duì)象，使之高亮顯示，打開(kāi)對(duì)話框，劃分網(wǎng)格：選中對(duì)象樹(shù)中的“pl”5.在“Number of Elements”輸入欄中，輸入“8000”，單擊Preview按鈕，預(yù)覽毛坯對(duì)象網(wǎng)格劃分是否理想，如果網(wǎng)

10、格達(dá)到要求，則單擊Generate Mesh按鈕，生成網(wǎng)格。 6.定義材料：選中對(duì)象樹(shù)中的“pl”對(duì)象，使之高亮顯示，打開(kāi)General對(duì)話 中的other材料，Material“”欄中，選擇框，在 然后單擊按鈕，完成材料數(shù)據(jù)輸入。 7.工件體積補(bǔ)償：在對(duì)象樹(shù)上選擇pl點(diǎn)擊Property在Target Volume卡上 選項(xiàng)點(diǎn)擊按鈕點(diǎn)擊Yes按鈕勾選Compensate 選中Activeduring remeshing 8.設(shè)置主動(dòng)工具運(yùn)行速度：選中對(duì)象樹(shù)中的“jyd”對(duì)象，使之高亮顯示，打開(kāi)Movement在speed/force選項(xiàng)卡的type欄上選中Speed選項(xiàng)在Directiont

11、選中主動(dòng)工具運(yùn)行，如-Y（本組駐動(dòng)工具運(yùn)動(dòng)方向?yàn)?X）在speed卡上選中 )1.5mm/s本組數(shù)值為(填入數(shù)度值,Constant選項(xiàng)，其性質(zhì)選為Define 模擬控制設(shè)置：點(diǎn)擊按鈕點(diǎn)擊Step按鈕在9. Number of Simulation Steps欄中填入“50”(模擬步數(shù))Stemp Increment to Save欄中填入“2”(每隔2步就保存模擬信息)在Primary Die欄中選擇“2-jyd”(以擠壓墊為主動(dòng)工具) 在With Constant Time Increment欄中填入“0.5”(步長(zhǎng))點(diǎn)擊Stop按鈕在Primary Die Displacement欄的X

12、方向輸入“25”（擠壓終止時(shí)的長(zhǎng)度）點(diǎn)擊“OK”按鈕完成模擬設(shè)置。 10.邊界條件定義：在工具欄上點(diǎn)擊Inter-Object按鈕在對(duì)話框上選擇jyd-pl 點(diǎn)擊Edit按鈕點(diǎn)擊Deformation卡Friction欄上選中Shear和Constant選項(xiàng)，選擇摩擦類型如Warm forming點(diǎn)擊Thermal選中Constant選項(xiàng)，填入傳熱系數(shù)點(diǎn)擊Close按鈕如此重復(fù)，依次設(shè)置其它接觸關(guān)系點(diǎn)擊Generate all按鈕點(diǎn)擊tolerace按鈕點(diǎn)擊OK按鈕完成邊界條件設(shè)置。 單擊按鈕，在出現(xiàn)的窗口中，單擊Check生成數(shù)據(jù)庫(kù):按鈕，開(kāi)始對(duì)各11.項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。若顯示Datebase

13、 can be generated，則表示檢查無(wú)誤，再單擊Generate按鈕生成數(shù)據(jù)庫(kù)。單擊Close按鈕，退出該窗口。 模擬運(yùn)算 在主控程序界面上，單擊項(xiàng)目欄中的jy,db文件單擊Run按鈕單擊Start單擊Summary,Preview,Message,Log按鈕可以觀察模擬運(yùn)行情況。 后處理 模擬運(yùn)算結(jié)束后，在主控界面上單擊stick extrusion文件在Post Processor欄中單擊DEFORM-3D_Post按鈕，進(jìn)入后處理界面。觀察后處理結(jié)果。 第四章 數(shù)據(jù)分析 觀察溫度變化 后處理中在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇觀看成型過(guò)程中溫點(diǎn)擊播放按鈕,Temperature,如圖度

14、變化情況，截取其中一步的溫度變化圖,所示。從下圖可以看出，中心溫度分布較均4-1這是因?yàn)楣ぜ行牟慌c擠壓模具和空勻且較高，同時(shí)在整氣相接觸，熱量散失與熱傳遞都很小。而遠(yuǎn)離擠壓墊一端的溫度最高，個(gè)擠壓過(guò)程中，主要是由于在與擠壓墊相接觸的一端溫度最低，擠壓過(guò)程中與擠壓墊接觸的一端存在著熱交換，不接觸的一端在整個(gè)過(guò)程中金屬流動(dòng)使溫度低， 較激烈，且因散熱不好和時(shí)間短，溫度較接觸端步溫度變化圖 第30圖4-1 高且變化不大。 觀察等效應(yīng)力分布 點(diǎn)擊播放按鈕選中,Effective 后處理中在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Stress所示。從圖中可以清晰地看出，中-2第30步查看應(yīng)力分布及變化情況，如圖4從中

15、部可以看出擠壓且數(shù)值較大，為三向壓應(yīng)力狀態(tài)，間部位應(yīng)力分布較均勻，因?yàn)樵诖颂幱捎诠ぜ^(guò)程中應(yīng)力最大的位置出現(xiàn)在工件剛剛進(jìn)入擠壓模的位置， 的直徑急劇變化，金屬流動(dòng)的阻力最大，不均勻變形也最大，在此處將產(chǎn) 生較大的附加應(yīng)力。在擠壓與工件的接觸部位殘余應(yīng)力和應(yīng)力都影響最小。 觀察等效應(yīng)變分布 步點(diǎn)擊播放按鈕選中第30StrainEffective,在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇在整個(gè)擠壓從圖中可以清晰的看出，如圖4-3所示。的應(yīng)變分布及其變化情況：此時(shí)工件部的主變形過(guò)程中應(yīng)變最大的位置出現(xiàn)在工件剛剛進(jìn)入擠壓模的位置，量最大，也即應(yīng)變最大。中間位置應(yīng)變其次，中心內(nèi)部位應(yīng)變較小，兩端應(yīng)變最 小。 步等效應(yīng)

16、變分布圖30 第 圖4-3 步等效應(yīng)力分布圖圖4-2 第30 成型過(guò)程載荷 點(diǎn)擊Load Stroke按鈕，生成變形工具加載曲線圖，如圖4-4。從圖中可以看出，整個(gè)擠壓過(guò)程的成型載荷總體上是沿直線逐漸增加的，為隨著擠壓過(guò)程的進(jìn)行，工件和擠壓模的接觸面積越多，則受擠壓模具的摩擦力就會(huì)逐漸增大，同時(shí)還會(huì)受到金屬內(nèi)部原子的相互作用力，隨著擠壓過(guò)程的進(jìn)行金屬流動(dòng)越來(lái)越困難，要求的擠壓力也越大。圖形中出現(xiàn)的很小的起伏，主要是因?yàn)樵跀D壓過(guò)程中DEFORM-3D成型軟件進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)的重劃分，產(chǎn)生了均勻應(yīng)變，擠壓力小幅度降低，擠壓力總體上呈上升趨勢(shì)。 變形工具載荷曲線 圖4-4 4.5成型過(guò)程中的破壞系數(shù)分布

17、擇選單中菜量在狀態(tài)變的下拉步的點(diǎn)擊播放按鈕選中第30Damage,可以看出，4-5破壞系數(shù)分布曲線，由圖破壞系數(shù)整體是增大的，因?yàn)殡S著擠壓過(guò)程的進(jìn)行工件的應(yīng)變?cè)絹?lái)越大，不均同時(shí)殘余應(yīng)力也增加，勻變形也越嚴(yán)重，金屬內(nèi)部晶格畸變也是越來(lái)越嚴(yán)重，則擠壓變形的進(jìn)行舊越容易破壞，所以工件的破壞系數(shù)是逐漸增加的。 圖4-5 第30步破壞系數(shù)分布圖 第五章 小 結(jié) DEFORM是對(duì)在一個(gè)集成環(huán)境內(nèi)綜合建模、成形、熱傳導(dǎo)和成形設(shè)備特性，并給予工藝模擬系統(tǒng)的有限元模擬仿真分析軟件，是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限分析（FEM），專門設(shè)計(jì)用于分析各種金屬成形過(guò)程的三維（3D）流動(dòng)，提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)，及有關(guān)成

18、形過(guò)程中的材料應(yīng)力、溫度等分布圖。典型的DEFORM-3D應(yīng)用包括鍛造、擠壓、鐓粗、軋制、自由鍛、彎曲和其他成形加工手段。本次實(shí)驗(yàn)就是應(yīng)用了DEFORM-3D的擠壓成形加工模擬手段。本次實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用DEFORM-3D的擠壓成形加工模擬手段，并分析成型過(guò)程中工件的溫度、等效應(yīng)力、等效應(yīng)變、破壞系數(shù)及擠壓工具載荷的變化。 通過(guò)這次模擬訓(xùn)練，我們學(xué)會(huì)了許多知識(shí)。再一次復(fù)習(xí)了以前學(xué)習(xí)的AUTOCAD、UG(PROE)等繪圖軟件的使用，學(xué)會(huì)了DEFORM-3D的基本操作，熟悉了它實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，DEFORM-3D圖形界面既強(qiáng)大又靈活，能夠分析金屬成型過(guò)程中多個(gè)關(guān)聯(lián)對(duì)象的變形和熱特性，而且它還有自動(dòng)重新網(wǎng)格劃分的功能。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同學(xué)交流，每一個(gè)過(guò)程都是對(duì)自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。同時(shí)，在運(yùn)用office完成材料成形過(guò)程模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，練習(xí)了office軟件的Word等常用編輯軟件的使用方法。 在這次實(shí)驗(yàn)中我們學(xué)會(huì)了如何運(yùn)用DEFORM-3D對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行模擬、解決實(shí)際問(wèn)題。在這兩周的DEFORM課程模擬中，我遇到了較多的困難，在此我非常感謝指導(dǎo)老師張金標(biāo)為我講解整過(guò)過(guò)程中我不清楚的地方，還有一些同