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文檔簡介
1、精選文檔材料成型軟件應(yīng)用課程上機(jī)報告之四 題目:道釘熱鍛造成形模擬分析報告專 業(yè):材料成型及把握工程班 級:2014 學(xué) 號:2014姓 名: 精選文檔一、問題描述 模擬道釘熱鍛造成形,這里將會在3D環(huán)境下利用模具和坯料的軸對稱只使用它的1/4進(jìn)行模擬。半徑為1高為2.25的道釘經(jīng)行熱鍛造分析,如下圖 1、圖 2所示。坯料溫度2000F,坯料材料為AISI-1025(1800-2200F(1000-1200C),上下模具材料為Carbide (24%Cobalt)。 圖1 圖2二、問題分析對坯料及上下模進(jìn)行劃分10000個網(wǎng)格,首先階段進(jìn)行模擬把握模具的總移動時間是10s,將操作劃分為50步,
2、所以每一步的時間為0.2s。下一個階段進(jìn)行鐓粗模擬,設(shè)置好模擬參數(shù)進(jìn)行鐓粗,接受下模不動上模運(yùn)動的方式,設(shè)置Top Die 沿Z方向以2in/sec的速度運(yùn)動,最終對模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。三、模擬計算過程1.創(chuàng)建一個新文件:File | New problem | Next | Next,在彈框內(nèi)輸入“SPK-SIM”,點(diǎn)擊Finish按鈕,進(jìn)入前處理窗口。如圖 3圖4所示:圖3圖 42.設(shè)定模擬把握:單擊 按鈕,打開模擬把握窗口,將Simulation Title改為Spike forging,并將Operation Name改為heat transfer。確定這個單元被設(shè)置為English,而
3、且只有Heat Transfer被激活。如圖5所示:圖 5模具的總移動時間是10s,既然這是一個熱傳遞的分析,需要定義步驟為一個時間的功能和一個模具的行程。將操作劃分為50步,所以每一步的時間為0.2s。單擊來進(jìn)行步驟把握的觀看,設(shè)置Number of Simulation Steps為50,設(shè)置Step Increment to Save為5,a Constant Time Increment為1秒。如圖6所示:圖 63.創(chuàng)建新的物體:單擊 兩次按鈕,直到完成上、下模如圖7所示:圖 74.添加坯料、上模、下模:選擇中Workpiece,單擊按鈕,單擊 ,定義溫度為2000F。如圖8所示:圖
4、8坯料材料類型的選擇:同樣單擊 按鈕,選擇 ,在彈框中,選擇Steel中的AISI-1025(1800-2200F(1000-1200C),單擊Load按鈕,如圖9所示:圖 9單擊 按鈕,選擇 ,X | Program file | SFTC | V10.0 | 3D | LABS(X為安裝磁盤),選擇“Spike_Billet.STL”,添加坯料;選擇目標(biāo)樹下Top Die,單擊 按鈕,選擇 ,X | Program file | SFTC | V10.0 | 3D | LABS,選擇“Spike_TopDie1.STL”,添加上模;同樣方法添加下模。如圖10至圖13所示:圖 10圖 11圖
5、 12圖 135. 測量坯料尺寸:單擊按鈕,在坯料上選點(diǎn),如下圖14所示:圖 14測量得半徑為1,高為2.256. 坯料劃分網(wǎng)格:選中“Workpiece”,單擊 按鈕,在“Number of Element”中輸入10000,將實體網(wǎng)格劃分為10000個網(wǎng)格,單擊Generate Mesh,如圖15、圖16所示:圖 15圖 167. 定義坯料的邊界傳導(dǎo)條件:單擊 按鈕,然后選擇Heat Exchange with Environment,坯料和被選中的特征線將被顯示出來。選取坯料彎曲側(cè)面、上表面、下表面為熱交換邊界面,被選中的顏色變?yōu)榫G色,在選中 Workpiece的前提下,點(diǎn)擊按鈕設(shè)定毛坯
6、的初始溫度為2000°F,如下圖17所示:圖 178.劃分模具網(wǎng)格:選中上模然后單擊輸入網(wǎng)格數(shù)為10000,單擊Generate按鈕確認(rèn)生成網(wǎng)格。同理選中下模進(jìn)行同樣操作,如下圖18、圖19所示:圖 18圖199.上下模材料類型的選擇:選中Top Die,單擊按鈕,點(diǎn)擊 ,彈框中在Die_Material項中選擇Carbide (24%Cobalt).std,點(diǎn)擊Load按鈕導(dǎo)入材料,選中下模用同樣方法導(dǎo)入Bottom Die材料,如下圖20、圖21所示:圖 19圖 2010.定義模具的熱邊界條件: 選中Top Die,單擊 按鈕,然后選擇Heat Exchange with Env
7、ironment,選取上模彎曲側(cè)面、上表面、下表面為熱交換邊界面,被選中的顏色變?yōu)榫G色,如下圖22所示:圖 21選中Bottom Die,作如上述操作,如下圖23所示:圖 2211.調(diào)整毛坯和模具的位置關(guān)系: 單擊跳出Object Posioning窗口,選中Interference,在Apporach Direction中選擇Z方向單擊其右側(cè),Interference值為0.0001,單擊apply,如下圖24、圖25所示:圖 23圖 24然后單擊OK,跳出一個對話框再單擊OK。12.定義毛坯和模具的接觸關(guān)系: 單擊Inter object按鈕,會消滅一個提示選擇YES,彈出Inter ob
8、ject窗口。如下圖26所示:圖 25 定義物間從屬關(guān)系,點(diǎn)擊按鈕Edit,在Constant 后面選擇Free resting,模具和毛坯之間的傳遞系數(shù)自動設(shè)為0.0003,單擊Close返回上一窗口,如下圖27所示:圖 26點(diǎn)擊按鈕,這個操作的意義是將TopDie- Workpiece的接觸關(guān)系直接等效到 Bottom die- Workpice的關(guān)系上,在單擊按鈕,最終選擇General all 按鈕,如下圖28所示:圖 2713.調(diào)整毛坯和模具的位置關(guān)系: 單擊 跳出Object Posioning窗口,選擇 Position object(要移動的物體): Top die,選擇 Re
9、ference(參照物): Workpiece,選中Interference,在Apporach Direction中選擇-Z方向Interference值為0.0001,單擊apply,如下圖29所示:圖 2814.定義毛坯和模具的接觸關(guān)系: 這個步驟與第12個步驟前操作相同,這里就不再重復(fù)描述,如下圖30所示:圖 2915.保存問題并進(jìn)行模擬運(yùn)行:單擊 按鈕,選擇Check(檢查),檢查是否有遺漏,當(dāng)顯示中消滅 ,說明可以進(jìn)行運(yùn)算,如下圖31、圖32所示:圖 30圖 31再點(diǎn)擊Generate,生成“.DB”文件,圖 32關(guān)閉窗口。然后在界面左上角點(diǎn)擊File | Save as,生成“.
10、key”文件,將文件名保存為“SPK-SIM.key”。之后單擊 按鈕,選擇Yes,退出前處理窗口。16.第一次后處理:進(jìn)入后處理界面:退出前處理后進(jìn)入DEFORM 3D的主界面,點(diǎn)擊“SPK-SIM.DB”文件,單擊“Run”,進(jìn)行結(jié)果計算,當(dāng)完成第50步運(yùn)算后結(jié)束,單擊Post Processor(后處理)下的“DEFORM-3D Post”,進(jìn)入后處理界面。17.觀看溫度變化圖:單擊按鈕,分別選擇坯料和上下模然后選擇Thermal下的“Temperature”,如圖34、圖35、圖36所示:圖 33 圖 34 圖 3518.進(jìn)入前處理界面: 回到DEFORM 3D主界面,選中“SPK-S
11、IM.DB”文件,點(diǎn)擊DEFORM-3D Pre,選擇最50步進(jìn)入前處理界面。如圖37、圖38所示:圖 36圖 3719.轉(zhuǎn)變把握參數(shù):單擊按鈕,打開模擬把握窗口,將Simulation Title改為Spike forging,并將Operation Name改為outsetting。Operation Number設(shè)為2 確定這個單元被設(shè)置為English,選中Deformation和 Heat Transfer被激活。如圖39所示:圖 38單擊來進(jìn)行步驟把握的觀看,設(shè)置Number of Simulation Steps為60,設(shè)置Step Increment to Save為5,P r
12、imary Die 為2,With Die Displacement為0.015。如圖40所示:圖 39單擊按鈕,在后Z處輸入-0.9,如下圖41所示:圖 4020.定義毛坯速度邊界條件:單擊按鈕,由于這是一個關(guān)于YZ和XZ平面對稱的物體。所以分別選擇兩個對稱面,選一個面然后點(diǎn)擊按鈕,如下圖42、圖43所示:圖 41圖 4221. 設(shè)置毛坯和模具的摩擦系數(shù):選擇按鈕 Inter object.,選中Edit然后在Deformation中將Constant設(shè)為0.3,在Thermal中Constant設(shè)為Forming,然后點(diǎn)擊,如下圖44圖45圖46所示:圖 43圖 44圖 4522. 轉(zhuǎn)變上
13、模的速度在成形階段,模具需要運(yùn)動,所以要轉(zhuǎn)變 Top diel的速度選中 Top die,點(diǎn)擊 Movement按鈕, speed大小設(shè)為2in/sec方向為-Z,如下圖47所示:圖 46之后單擊按鈕,選擇Yes,退出前處理窗口。進(jìn)行模擬Run,如下圖48所示:圖 47四、模擬結(jié)果分析.進(jìn)入后處理界面:點(diǎn)擊“SPK-SIM.DB”文件,單擊Post Processor下的“DEFORM-3D Post”,進(jìn)入后處理界面。1.等效應(yīng)變分析:單擊Summary,選擇Deformation,如圖49、圖50所示:圖 48圖 49單擊,選擇Deformation,Strain-Effective,生成
14、等效應(yīng)變圖,如圖51圖52所示:圖 50圖 512、等效應(yīng)力分析:單擊summary ,選擇Deformation ,單擊Stress,選擇Effection,生成等效應(yīng)力曲線,如圖53所示:圖 52單擊,選擇Stress,Effective,分別選擇第90步和110步再單擊Apply,如圖54、圖55所示:圖 53 圖 54從上面兩個圖可以看出變形結(jié)束后整體應(yīng)力達(dá)到變形過程中最大值,最大應(yīng)力集中在邊緣等尖銳邊角處,坯料中心處應(yīng)力最小3.溫度分析:單擊按鈕,選擇Thermal下的“Temperature”然后選擇Deformation下的Stress中的Effective,單擊Apply。單擊
15、按鈕,將在顯示界面只顯示坯料。如圖56、圖57所示:圖 55圖 56再選擇Top Die和Bottom Die重復(fù)上面操作如下圖58圖59所示:圖 57 圖 58從圖中可以看出上下模均是中心處熱量最高,四周漸漸降低。4、點(diǎn)追蹤:單擊,在毛坯上選擇具有代表性的6個點(diǎn),選擇Next,將會在后處理窗口顯示6個點(diǎn)的受壓變化曲線,當(dāng)進(jìn)行受壓演示時,可在曲線上觀看到所選點(diǎn)的受力狀況,如圖60、圖61、圖62所示:圖 59圖 60圖625、力行程曲線:單擊,選擇stroke,點(diǎn)擊ok,如圖63所示:圖 63曲線前半部分為彈性過程,此段曲線斜率較大,很大的載荷形變比較小,而在后段塑形變形曲線,較小的載荷變形比
16、較大。五、分析結(jié)論1.在應(yīng)力方面,坯料的上下底面與彎曲側(cè)面相交處所受的力比較大,由于該處產(chǎn)生應(yīng)力集中比較嚴(yán)峻,而且與上、下模接觸處同樣由于摩擦力的存在而導(dǎo)致坯料所受應(yīng)力變大。毛坯剛開頭受鍛壓時,金屬流淌較為猛烈,有應(yīng)力集中的部位變形尤為明顯,在鍛壓后期,坯料基本成型,基本不發(fā)生塑性變形。2.在溫度方面,坯料的下底面溫度變化最大,其次是上底面與彎曲側(cè)面相交的圓弧處,再其次彎曲側(cè)面,最不猛烈的是心部溫度。3.由于下模不發(fā)生運(yùn)動,只有上模運(yùn)動鍛壓坯料,所以坯料的下底面很慢發(fā)生位移變化,只有坯料上底面部分發(fā)生,而且坯料上底面與上模接觸處發(fā)生的位移最大,說明接觸處的金屬流淌最猛烈,并且由上到下以此削減。4.在點(diǎn)追蹤方面,由點(diǎn)追蹤變化曲線可以知道,坯料在之前的步驟里,六個點(diǎn)均不受力,但是隨后由于鍛壓操作作用時間特殊短,所以
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