Deform模擬實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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O90X25mm，材料是黃銅（DIN—CuZn40Pb2）,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，?？壮隹趲е睆?6mm。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，最終完成模擬過程。1.2擠壓溫度的選取擠壓溫度對熱加工狀態(tài)的組織、性能的影響極大，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°C時塑性最高，而在擠壓過程中由于變形、摩擦產(chǎn)熱使配料溫度升高，若把黃銅預(yù)熱到730C，坯料可能超過最佳塑性成型溫度，所以選取坯料初始溫度為500C。擠壓筒、擠壓模具也要預(yù)熱，以防止過大的熱傳遞導(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300C。擠壓速度的選取擠壓速度對制品組織與性能的影響，主要通過改變金屬熱平衡來實(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)壁接觸時間短，能量傳遞來不及，有可能形成變形區(qū)內(nèi)的絕熱擠壓過程，使金屬的速度越來越高，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M3，故擠壓墊速度為為1.5mm/s。第二章工模具尺寸2.1擠壓筒尺寸確定2.1.1考慮坯料擠壓過程中的熱膨脹，取擠壓筒內(nèi)徑為6二注mm；2.2.2擠壓筒外徑為D:-,故擠壓筒外徑為 mm；2.2.3擠壓筒長度Lt=(Lg+L)+Lt=(Lg+L)+t+S(2-1)式中：L=::—錠坯最大長度，對重金屬管材為1.5--.5C：；L—錠坯穿孔時金屬增加的長度；:—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，則錠坯穿孔時金屬增加的長度L=0,改例中模子進(jìn)入擠壓筒的深度t=0，擠壓墊厚度s=5mm4=卩論+1)卄+￡=(2X9S-F0)-f0+5=1'^5mm模子尺寸設(shè)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。對管材,模子的外徑D=：：!.25-1.45jD.?故模子外徑為U=二厶：鼻二鼻^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H二=二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，模孔會因塑性變形而變小，所以選擇錐模。錐模的最佳模角為 ，在此范圍內(nèi)的擠壓力最小，而且在擠壓有色金屬時常采用 ，故選取錐角為盟：。工作帶長度工作帶又稱為定徑帶，是用以穩(wěn)定制品尺寸表面質(zhì)量的關(guān)鍵部分。由實(shí)踐知道，擠壓黃銅時工作帶的長度取 mm，故取工作帶長度為二二mm。工作帶直徑根據(jù)尺寸偏差、冷卻收縮量、模孔尺寸的變化確定其數(shù)值，工作帶直徑為dE=ddE=di^cid式中：g..—棒材名義直徑;=36-F0.015X36=厶mm-.-.5出口直徑模子的出口直徑一般應(yīng)比工作帶直徑大廠Emm,因過小會劃傷制品表面。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產(chǎn)生表面裂紋和減輕金屬在進(jìn)入工作帶時所產(chǎn)生的非接觸變形,同時也是為了減輕在高溫下擠壓時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有關(guān)，對于黃銅取「Emm,故取 。.擠壓墊尺寸設(shè)計(jì)擠壓墊是用來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，對立式擠壓機(jī)比擠壓筒內(nèi)徑小Umm，故擠壓桿外徑為92mm，并取其長度為400mm。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，在PRO\E、UG環(huán)境下繪出平面，填充各個剖切面，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黃銅管擠壓過程平面圖

第三章數(shù)值模擬根據(jù)平面圖利用UG（PRO\E）進(jìn)行三維造型。DEF0RM-3D默認(rèn)每點(diǎn)坐標(biāo)為正值，故在三維造型時應(yīng)保證在各坐標(biāo)軸的正方上，且保證各零件準(zhǔn)確對位，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。將三維圖中的各個零件分開保存，并將每個零件以STL格式輸出，并分別命名為middledie,bottomdie,topdie,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前處理過程（PreProcesser）建立新問題：程序一DEFORM軟件TFileTNewProblemTNextT在ProblemName欄中填寫“jy”一Finishf進(jìn)入前處理界面。添加對象：點(diǎn)擊+按鈕添加對象，依次為“workpiece”,“topdie”,“bottomdie”,“object4”，在ObjectName欄中填入p|f點(diǎn)擊Change按鈕一點(diǎn)擊geometry一點(diǎn)擊一選擇pl實(shí)體文件一打開；重復(fù)操作，依次添加jyd,jyt,jyz。定義對象的材料模型:在對象樹上選擇plf點(diǎn)擊General按鈕一選中Plastic選項(xiàng)（塑型）一點(diǎn)擊AssignTemperature按鈕一填入溫度，如500（本組溫度500）一點(diǎn)擊OK按鈕一在對象樹上選擇jyd—點(diǎn)擊General按鈕一選中Rigid選項(xiàng)（剛性）一點(diǎn)擊AssignTemperature按鈕一填入溫度，如300（本組溫度300）—點(diǎn)擊OK按鈕一勾選PrimaryDie選項(xiàng)（定義為jyd為主動工具）一如此重復(fù)，定義其它工模具的材料模型（不勾選PrimaryDie選項(xiàng)）。高速對象位置關(guān)系：在工具欄點(diǎn)擊ObjectPositioning按鈕進(jìn)入對象位置關(guān)系調(diào)整對話框一根據(jù)擠壓要求及實(shí)體造型調(diào)整相互位置關(guān)系一點(diǎn)擊OK按鈕完成。 畐劃分網(wǎng)格：選中對象樹中的“pl”對象，使之高亮顯示，打開 對話框，在“NumberofElements”輸入欄中，輸入“8000”，單擊Preview按鈕，預(yù)覽毛坯對象網(wǎng)格劃分是否理想，如果網(wǎng)格達(dá)到要求，則單擊GenerateMesh按鈕，生成網(wǎng)格。定義材料：選中對象樹中的“pl”對象，使之高亮顯示，打開General對話然后單擊 ^ssiEnmaterial材料,框,在“Material”欄中，選擇other中的、二」然后單擊 ^ssiEnmaterial材料,7.工件體積補(bǔ)償：在對象樹上選擇pl—點(diǎn)擊Property一在TargetVolume卡上選中Active選項(xiàng)一點(diǎn)擊J按鈕一點(diǎn)擊Yes按鈕一勾選Compensateduringremeshing設(shè)置主動工具運(yùn)行速度：選中對象樹中的“jyd”對象，使之高亮顯示，打開Movement—在speed/force選項(xiàng)卡的type欄上選中Speed選項(xiàng)一在Directiont選中主動工具運(yùn)行，如-Y（本組駐動工具運(yùn)動方向?yàn)?X）一在speed卡上選中Define選項(xiàng)，其性質(zhì)選為Constant,填入數(shù)度值（本組數(shù)值為1.5mm/s）模擬控制設(shè)置：點(diǎn)擊徐按鈕一點(diǎn)擊Step按鈕一在NumberofSimulationSteps欄中填入“50”（模擬步數(shù)）fStempIncrementtoSave欄中填入“2”（每隔2步就保存模擬信息）f在PrimaryDie欄中選擇“2-jyd”（以擠壓墊為主動工具）f在WithConstantTimeIncrement欄中填入“0.5”（步長）f點(diǎn)擊Stop按鈕f在PrimaryDieDisplacement欄的X方向輸入“25”（擠壓終止時的長度）f點(diǎn)擊“OK”按鈕完成模擬設(shè)置。邊界條件定義:在工具欄上點(diǎn)擊Inter-Object按鈕f在對話框上選擇jyd-plf點(diǎn)擊Edit按鈕f點(diǎn)擊Deformation卡Friction欄上選中Shear和Constant選項(xiàng)，選擇摩擦類型如Warmformingf點(diǎn)擊Thermal—選中Constant選項(xiàng)，填入傳熱系數(shù)f點(diǎn)擊Close按鈕f如此重復(fù)，依次設(shè)置其它接觸關(guān)系f點(diǎn)擊Generateall按鈕點(diǎn)擊tolerace按鈕f點(diǎn)擊OK按鈕完成邊界條件設(shè)置。生成數(shù)據(jù)庫:單擊。按鈕，在出現(xiàn)的窗口中，單擊Check按鈕，開始對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。若顯示Datebasecanbegenerated，則表示檢查無誤，再單擊Generate按鈕生成數(shù)據(jù)庫。單擊Close按鈕，退出該窗口。匯模擬運(yùn)算在主控程序界面上，單擊項(xiàng)目欄中的jy,db文件f單擊Run按鈕f單擊Startf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stickextrusion文件f在PostProcessor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。圖4-1第30圖4-1第30步溫度變化圖第四章數(shù)據(jù)分析4.1觀察溫度變化后處理中在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Temperature,點(diǎn)擊播放按鈕,觀看成型過程中溫度變化情況，截取其中一步的溫度變化圖,如圖4-1所示。從下圖可以看出，中心溫度分布較均勻且較高，這是因?yàn)楣ぜ行牟慌c擠壓模具和空氣相接觸，熱量散失與熱傳遞都很小。同時在整個擠壓過程中，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，使溫度低，不接觸的一端在整個過程中金屬流動較激烈，且因散熱不好和時間短，溫度較接觸端高且變化不大。4.2觀察等效應(yīng)力分布后處理中在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Stress－Effective,點(diǎn)擊播放按鈕選中第30步查看應(yīng)力分布及變化情況，如圖4-2所示。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)，從中部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?yàn)樵诖颂幱捎诠ぜ闹睆郊眲∽兓?，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。在擠壓與工件的接觸部位殘余應(yīng)力和應(yīng)力都影響最小。4.3觀察等效應(yīng)變分布在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Strain－Effective,點(diǎn)擊播放按鈕選中第30步的應(yīng)變分布及其變化情況：如圖4-3所示。從圖中可以清晰的看出，在整個擠壓過程中應(yīng)變最大的位置出現(xiàn)在工件剛剛進(jìn)入擠壓模的位置，此時工件部的主變形量最大，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。

圖4-2圖4-2第30步等效應(yīng)力分布圖圖4-3第30步等效應(yīng)變分布圖匚匚成型過程載荷點(diǎn)擊LoadStroke按鈕，生成變形工具加載曲線圖，如圖4-4。從圖中可以看出，整個擠壓過程的成型載荷總體上是沿直線逐漸增加的，為隨著擠壓過程的進(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，隨著擠壓過程的進(jìn)行金屬流動越來越困難，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。XLoad(N)LoadPredictionXLoad(N)LoadPrediction變形工具載荷曲線圖4-4變形工具載荷曲線4.5成型過程中的破壞系數(shù)分布在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Damage,點(diǎn)擊播放按鈕選中第30步的破壞系數(shù)分布曲線，由圖4-5可以看出，破壞系數(shù)整體是增大的，因?yàn)殡S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。圖4-5第30步破壞系數(shù)分布圖第五章小結(jié)DEFORM是對在一個集成環(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程的三維（3D）流動，提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)，及有關(guān)成形過程中的材料應(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。通過這次模擬訓(xùn)練，我們學(xué)會了許多知識。再一次復(fù)習(xí)了