Deform棒材熱擠壓過程模擬

銅陵學(xué)院課程實驗報告實驗名稱 棒材熱擠壓過程模擬實驗課程 材料成型計算機(jī)模擬指導(dǎo)教師 張金標(biāo).TOC\o"1-5"\h\z專業(yè)班級10材控（2） .姓名彭建新 .\o"CurrentDocument"學(xué)號1010121064 .2012年04月23日實驗二棒材熱擠壓過程模擬1實驗?zāi)康呐c內(nèi)容1.1實驗?zāi)康倪M(jìn)一步熟悉DEFORM軟件前處理、后處理的操作方法，掌握熱力耦合數(shù)值模擬的模擬操作。深入理解并掌握DEFORM軟件分析熱擠壓的塑性變形力學(xué)問題。1.2實驗內(nèi)容運用DEFORM模擬如圖2所示的黃銅（DIN_CuZn40Pb2）棒擠壓過程（已知：坯料890x25mm）。（一）擠壓條件與參數(shù)——5|9 60 15 25―圖1棒材熱擠壓示意圖擠壓工具：尺寸如圖所示，材質(zhì)DIN-D5-1U,COLD，溫度3500。坯料：材質(zhì)DIN_CuZn40Pb2，尺寸^98X60，溫度630。。工藝參數(shù)：擠壓速度10mm/s，摩擦系數(shù)0.1。（二）實驗要求（1）運用AUTOCAD或PRO/e繪制各模具部件及棒料的三維造型，以st格式輸出;（2） 設(shè)計模擬控制參數(shù)；（3） DEFORM前處理與運算；（4） DEFORM后處理，觀察圓柱體壓縮變形過程，載荷曲線圖，通過軸對稱剖分觀察圓柱體內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變及損傷值分布狀態(tài)；（5） 運用DEFORM后處理FlowNet（流動?xùn)鸥瘢┕δ苡^察金屬流動的不均勻性，說明原因；（6） 提交分析報告（紙質(zhì)和電子版）、模擬數(shù)據(jù)文件、日志文件。2實驗過程2.1擠壓工模具及工件的三維造型根據(jù)給定的幾何尺寸，運用AUTOCAD或PRO/E分別繪制坯料、擠壓模、擠壓墊、擠壓筒的幾何實體，文件名稱分別為extrusionworkpiece，extrusiondie，extusionmandrel，extusiondummyblock，extusionchamber。輸出STL格式。說明：上述幾何形體盡量在一個空間體系下用相對尺寸繪制，保證它們的裝配關(guān)系；所有實體造型都要在空間體系的第一象限內(nèi)，即幾何點的坐標(biāo)值非負(fù)。2.2擠壓模擬前處理建立新問題：注：單位制度選擇：點擊SimulationConrol按鈕rMain按鈕T在Units欄中選中SI（國際標(biāo)準(zhǔn)單位制度）。添加對象：點擊+按鈕添加對象，依次為“workpiece"、“topdie"、“bottomdie^和“object4"，在ObjectName欄中填入extrusionworkpieces點擊Change按鈕T點擊geometryT點擊imports選擇extrusionworkpiece.stl實體文件T打開；重復(fù)操作，依次添加extrusiondie，extusionmandrel，extusiondummyblock，extusionchambero定義對象的材料模型模擬控制設(shè)置實體網(wǎng)格化說明：工模具不作分析，可以不進(jìn)行網(wǎng)格劃分。設(shè)置對象材料屬性：在對象樹上選擇extrusionworkpieceT點擊MeterialT點擊otherT選擇DIN-CuZn40Pb2T點擊AssignMeterial完成材料屬性的添加；設(shè)置主動工具運行速度:在對象樹上選擇extusiondummyblockT點擊MovementT在speed/force選項卡的type欄上選中Speed選項T在Directiont選中主動工具運行，如-Yt在speed卡上選中Define選項，其性質(zhì)選為Constant，填入數(shù)度值，如10mm/s；工件體積補償：在對象樹上選擇extrusionworkpieceT點擊PropertyT在TargetVolume卡上選中Active選項T點擊CalculateVolumer按鈕tt點擊Yes按鈕T勾選Compensateduringremeshing10.邊界條件定義：在工具欄上點擊Inter-Object按鈕T在對話框上選擇extrusionworkpiece—extusiondummyblocks點擊Edit按鈕7點擊Deformation卡Friction欄上選中Shear和Constant選項，填入摩擦系數(shù)或選擇摩擦類型如HotForging（Lubricated）T點擊Thermal選中Constant選項，填入傳熱系數(shù)或選擇傳熱類型如FomgingT點擊Close按鈕T如此重復(fù)，依次設(shè)置其它接觸關(guān)系T點擊Generateall按鈕點擊tolerace按鈕T點擊OK按鈕完成邊界條件設(shè)置；保存k文件：在對象樹上選擇extrusionworkpieces點擊Save按鈕T點擊保存按鈕T保存工件的前處理信息T重復(fù)操作，依次保存各工模具的信息。2.2.1生成庫文件2.2.2退出前處理程序在工具欄上點擊Exi按鈕，退出前處理程序界面。2.2.3模擬運算在主控程序界面上，單擊項目欄中的stickextrusion.DB或tubleextrusion.DB文件T單擊Run按鈕，進(jìn)入運算對話框T單擊Start按鈕開始運算T單擊Stop按鈕停止運算T單擊Summary，Preview，Message，Log按鈕可以觀察模擬運算情況。2.3后處理模擬運算結(jié)束后，在主控界面上單擊stickextrusion.DB或tubleextrusion.DB文件T在PostProcessor欄中單擊DEFORM-3DPost按鈕，進(jìn)入后處理界面。（1） 觀察變形過程：點擊播放按鈕查看成型過程；（2） 觀察溫度變化：在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Temperature，點擊播放按鈕查看成型過程中溫度變化情況；（3） 觀察最大應(yīng)力分布：在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇MaxStress，點擊播放按鈕查看成型過程中最大應(yīng)力分布及其變化情況；（4） 觀察最大應(yīng)變分布：在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇MaxStrain，點擊播放按鈕查看成型過程中最大應(yīng)變分布及其變化情況；（5） 觀察破壞系數(shù)分布：在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Damage，點擊播放按鈕查看成型過程中可能產(chǎn)生破壞的情況；（6） 成型過程載荷：點擊LoadStroke按鈕，生成變形工具加載曲線圖，保存圖形文件為load.png；（7） 點跟蹤分析：點擊PointTracking按鈕，根據(jù)上圖點的位置，在工件上依次點擊生成跟蹤點，點擊Save按鈕，生成跟蹤信息，觀察跟蹤點的最大應(yīng)力、最大應(yīng)變、溫度、破壞系數(shù)，保存相應(yīng)的曲線圖。（8） 流動網(wǎng)格分析：點擊FlowNet按鈕，在對話框中分別選擇Startingstep和Endingstep的數(shù)值，點擊Next，選擇Surfacenet，點擊Next，選中Parallel，點擊Next，確定起點平面、終點平面，輸入方向矢量和分割面的數(shù)量，點擊Next，點擊Finish，生成金屬流動網(wǎng)格數(shù)據(jù)，點擊播放按鈕查看流動格變化情況，如圖3所示。3實驗結(jié)果與分析

3.1黃銅擠壓變形過程step Step100〔匚,匚二圖2黃銅擠壓的變形過程3.2黃銅擠壓過程中溫度變化在整個擠壓過程中，中部的溫度分布比較均勻且較高，因為工件中心不與空氣和擠壓模具接觸，散熱和傳熱都很少；遠(yuǎn)離擠壓墊一端的溫度最高，而與擠壓墊相接觸的一端溫度最低，主要是由于在擠壓過程中與擠壓墊接觸的一端存在著熱交換，散熱較快，使溫度降低，不接觸的一端在整個過程中金屬流動較激烈，且因傳熱不好和時間短，溫度較接觸端高且變化不大。Sitp23AKf圖3黃銅擠壓變形過程中溫度變化3.3黃銅擠壓終止時最大應(yīng)力分布Sitp23AKf圖3黃銅擠壓變形過程中溫度變化3.3黃銅擠壓終止時最大應(yīng)力分布圖4擠壓終止時最大應(yīng)力分布從圖中可以清晰地看出，中間部位應(yīng)力分布較均勻，且數(shù)值較大，為三向壓應(yīng)力狀態(tài)，從中還可以看出擠壓過程中應(yīng)力最大的位置出現(xiàn)在工件剛剛進(jìn)入擠壓模的位置，因為在此處由于工件的直徑急劇變化，金屬流動的阻力最大，不均勻變形也最大，在此處將產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力。在擠壓筒與工件的接觸部位殘余應(yīng)力和應(yīng)力

都影響最小。3.4都影響最小。3.4黃銅擠壓終止時最大應(yīng)變分布3.5黃銅擠壓終止時損傷系數(shù)分布如圖6所示胚料破壞系數(shù)幾乎分布均勻，且為0。理論上隨著坯料變成程度的增大，在變形區(qū)出破壞應(yīng)該最大，這是坯料在變形區(qū)變形程度很大，晶體發(fā)生畸變，破壞其點陣結(jié)構(gòu)從而產(chǎn)生破壞。另外，由于物體變形協(xié)調(diào)性會使變形區(qū)對周圍金屬產(chǎn)生附加應(yīng)力，從而在變形區(qū)出存在附加拉應(yīng)力，使坯料破壞。而本次模擬效果不是很明顯，可能是由于擠壓模設(shè)計不合理，摩擦力小和不當(dāng)?shù)牟僮饔嘘P(guān)，也可能與deform軟件有關(guān)。3.6擠壓過程中載荷曲線圖5擠壓終止時最大應(yīng)變分布圖6黃銅擠壓終止時的損傷分布從圖中可以看出，從0-4.05秒，上模的載荷曲線為0，在此時間段內(nèi)，擠壓墊與圓棒還未接觸。4.05秒至6.08秒整個擠壓過程的成型載荷總體上是沿直線逐漸增加的趨勢，這是因為主延伸變形隨著壓出制品長度的增加而增大，而擠壓力與主延伸變形量大小大致成正比，然而變形過程中應(yīng)變不均勻造成曲線有點小起伏；隨著擠壓過程的進(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逐漸增大，同時還會受到金屬內(nèi)部原子的相互作用力，金屬流動越來越困難，要求的擠壓力也越大。在圖5擠壓終止時最大應(yīng)變分布圖6黃銅擠壓終止時的損傷分布3.7點追蹤分析3.7.1點追蹤最大應(yīng)力分布圖7黃銅擠壓過程中載荷圖8點追蹤最大應(yīng)力分布圖從圖8可以看出，應(yīng)力分布不均勻，且變化幅度較大，因為在擠壓過程中工件的變形區(qū)部位有很大的不均勻變形，同時附帶了大量的殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力在整個工件上的分布也是不均勻的，所以也就出現(xiàn)了如圖所示的情況。從上圖中可以分析出坯料表面的一直處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，變形比較均勻。圖7黃銅擠壓過程中載荷圖8點追蹤最大應(yīng)力分布圖3.7.2點追蹤最大應(yīng)變分布從圖9點追蹤最大應(yīng)變分布圖可以看出，應(yīng)變整體上市呈上升趨勢，由于擠壓過程中變形不斷增加，故各處的最大應(yīng)變均呈現(xiàn)出上升趨勢3.7.3點追蹤破壞系數(shù)分布從上圖10可以看出，破壞系數(shù)的變化趨勢整體是增大的，因為隨著擠壓過程的進(jìn)行工件的應(yīng)變越來越大，不均勻變形也越嚴(yán)重，同時殘余應(yīng)力也增加，金屬內(nèi)部晶格畸變也是越來越嚴(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。3.8.4點追蹤溫度分析此次試驗，擠壓后，胚料的溫度均勻幾乎不變，因而溫度分布系數(shù)為一條縱坐標(biāo)為0的曲線。與理論上有差別，可能是因為擠壓產(chǎn)生的熱量不足以產(chǎn)生顯著地溫度變化造成的。FortTrK^Int圖9點追蹤最大應(yīng)力分布圖rglntrra^rig妙||圖10擠壓終止時破壞系數(shù)分布3.9流動?xùn)鸥馞ortTrK^Int圖9點追蹤最大應(yīng)力分布圖rglntrra^rig妙||圖10擠壓終止時破壞系數(shù)分布4實驗小結(jié)通過本次模擬，是我學(xué)會了怎樣去設(shè)計擠壓模具，擠壓工藝基本流程，擠壓參數(shù)。采用DEFORM三維有限元模擬軟件，能夠準(zhǔn)確地計算黃銅擠壓過程中的擠壓力、溫度、擠壓速度、應(yīng)力和應(yīng)變，輸出便于觀察的各種等值線圖，形象地展示黃銅熱擠壓變形過程，并精確地揭示變形過程中各參數(shù)的演變規(guī)律。通過這次實驗，驗證了擠壓變形的特點，即擠壓過程變形不均勻，應(yīng)力分布也不均勻。把書本的知識應(yīng)用到模擬當(dāng)中，使我對課本的知識有了更進(jìn)一步的理解。本次模擬棒材熱擠壓訓(xùn)練，使我熟悉并