deform3d課程設(shè)計(jì)(棒材)

PAGE1-目錄TOC\o"1-3"\h\u15826第一章模具尺寸及工藝參數(shù)的確定 2187441.1模具尺寸的確定 26891.1.1尺寸選擇 240851.1.2根據(jù)尺寸繪制平面圖形 253931.1.3繪圖 3126001.2擠壓模擬工藝參數(shù)的確定 39591.2.1溫度的確定 3232671.2.2速度的確定 3第二章24127Deform模擬過程與模擬分析 469192.1Deform模擬過程 4114012.1.1建立新問題 428522.1.2添加對(duì)象 4137972.1.3模擬控制設(shè)置 487302.1.4定義對(duì)象的材料模型 460142.1.5高速對(duì)象位置關(guān)系 4191882.1.6網(wǎng)格化劃分 4288292.1.7設(shè)置對(duì)象材料屬性 437632.1.8設(shè)置主動(dòng)工具運(yùn)行速度 4229572.1.9工件體積補(bǔ)償 5209272.1.10邊界條件定義 5175282.1.11生成數(shù)據(jù)庫(kù)文件 5270582.2Deform模擬結(jié)果分析 559532.2.1觀察溫度變化 6139692.2.2觀察應(yīng)力分布 786062.2.3觀察應(yīng)變分布 86862.2.4觀察金屬破壞系數(shù) 9167112.2.5速度分析 10181262.2.6載荷分析 11323082.3分析成品棒尺寸對(duì)擠壓變形的影響 127236總結(jié) 1324760參考文獻(xiàn) 14第一章模具尺寸及工藝參數(shù)的確定1.1模具尺寸的確定選擇模具與坯料部分尺寸，并根據(jù)給定的主要尺寸，運(yùn)用AutoCAD繪出擠壓過程平面圖形；并設(shè)計(jì)擠壓工藝參數(shù)。1.1.1尺寸選擇模角的選擇：錐模的模角為30°工作帶長(zhǎng)度：擠壓黃銅時(shí)，工作帶一般取8～12mm，考慮到模子的強(qiáng)度取=10mm。工作帶直徑：工作帶直徑與實(shí)際所擠出的制品直徑并不相等。按公式計(jì)算，制品直徑為=50mm，裕量系數(shù)取0.015,則=51mm。出口直徑：模子的出口直徑一般比工作帶直徑大3～5mm，因過小會(huì)劃傷制品表面，取=56mm。過度圓角：工作帶與出口的過渡部分：可以做成斜面或以3～5mm的圓弧連接，以增加工作帶厚度，取r=3mm。入口圓角半徑：為了保證制品表面質(zhì)量，應(yīng)在模具入口處用圓弧過渡，入口圓角半徑與制品的尺寸、擠壓溫度金屬的強(qiáng)度有關(guān)，對(duì)黃銅應(yīng)取2～5mm，取r=3mm。模子的外形尺寸和H：對(duì)于棒材、棒材,(1.25～1.45),為棒材最大外徑,=50mm，所以100mm，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H=70mm。擠壓墊：墊片的外徑比擠壓筒內(nèi)徑小，臥式擠壓機(jī)取=0.5～1.5mm，若采用臥式擠壓機(jī)，取=1mm，所以擠壓墊外徑為93mm，擠壓墊的厚度等于其直徑的0.2～0.7倍，取h=20mm。擠壓筒：由于擠壓制品的外徑為90mm,考慮到擠壓坯料預(yù)熱后的裝配，所以取擠壓筒內(nèi)徑為92mm，擠壓筒外徑應(yīng)大致等于其內(nèi)徑的4～5倍，所以取擠壓筒外徑為374mm,擠壓筒長(zhǎng)度：按公式(2～3.5)L—錠坯穿孔時(shí)金屬增加的長(zhǎng)度，t—模子進(jìn)入擠壓筒的深度，s—擠壓墊厚度，取200mm,=0,t=0,s=20mm,所以=220mm。1.1.2根據(jù)尺寸繪制平面圖形1.1.3繪圖根據(jù)繪出的二維產(chǎn)品圖，在三維空間繪出三維實(shí)體圖，成形模具工作部分和所需坯料進(jìn)行造型，將所得三維實(shí)體模型，以stl格式分別輸出各零件圖形，取好相應(yīng)的文件名。1.2擠壓模擬工藝參數(shù)的確定1.2.1溫度的確定黃銅在730℃左右塑性最高，擠壓過程中的大變形和摩擦產(chǎn)生的熱量使擠壓溫度升高，所以坯料的預(yù)熱溫度定為550℃；擠壓模具也要進(jìn)行預(yù)熱，如果不預(yù)熱的話，坯料與擠壓模具間溫差較大，會(huì)產(chǎn)生較大的熱轉(zhuǎn)遞，從而使坯料的溫度分布不均勻，影響成品棒的性能，所以擠壓模具也要提前預(yù)熱，定為400℃。1.2.2速度的確定由于坯料的尺寸較小，為了較為細(xì)致地觀察到黃銅棒擠壓模擬過程，取擠壓墊的運(yùn)動(dòng)速度為1mm/s。第二章Deform模擬過程與模擬分析2.1Deform模擬過程2.1.1建立新問題程序→DEFORM5.03→File→NewProblem→Next→在ProblemName欄中填寫“cfjy”→Finish→進(jìn)入前處理界面。2.1.2添加對(duì)象點(diǎn)擊按鈕添加對(duì)象，依次為“workpiece”,“topdie”,“bottomdie”,，在ObjectName欄中填入mp→點(diǎn)擊Change按鈕→點(diǎn)擊geometry→點(diǎn)擊import→選擇mp.stl→打開；重復(fù)操作，依次添加jyd.stl、jym.stl。2.1.3模擬控制設(shè)置點(diǎn)擊SimulationControl按鈕→Main按鈕→在SimulationTitle欄中填入“cfjy”→在OperationTitle欄中填入”deformheattransfer”→選中SI選項(xiàng)，勾選“Heattransfer”和“Defromation”選項(xiàng)→點(diǎn)擊Step按鈕→在NumberofSimulationSteps欄中填入模擬步數(shù)80→StempIncrementtoSave欄中填入每隔2步保存模擬信息→在PrimaryDie欄中選擇jyd(以擠壓墊為主動(dòng)工具)→在WithConstantDieDisplacement欄中填入距離步長(zhǎng)0.5→點(diǎn)擊OK按鈕完成模擬設(shè)置。2.1.4定義對(duì)象的材料模型在對(duì)象樹上選擇mp→點(diǎn)擊General按鈕→選中Plastic選項(xiàng)（塑型）→點(diǎn)擊AssignTemperature按鈕→填入溫度，如550→點(diǎn)擊OK按鈕→在對(duì)象樹上選擇jyd→點(diǎn)擊General按鈕→選中Rigid選項(xiàng)（剛性）→點(diǎn)擊AssignTemperature按鈕→填入溫度，如400→點(diǎn)擊OK按鈕→勾選PrimaryDie選項(xiàng)（定義jyd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PrimaryDie選項(xiàng)）。2.1.5高速對(duì)象位置關(guān)系在工具欄點(diǎn)擊ObjectPositioning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。2.1.6網(wǎng)格化劃分在對(duì)象樹上選擇mp→點(diǎn)擊Mesh→在DetailedSetting選項(xiàng)中打開General標(biāo)簽，選取Absolute絕對(duì)劃分網(wǎng)格→在SizeRatio欄中，設(shè)置尺寸比率為2，MinElementSize中，設(shè)置最小單元尺寸為2?！鷨螕鬝urfaceMesh按鈕，進(jìn)行對(duì)象表面網(wǎng)格劃分，再單擊SoldMesh按鈕，生成體網(wǎng)格。2.1.7設(shè)置對(duì)象材料屬性在對(duì)象樹上選擇mp→點(diǎn)擊Meterial→點(diǎn)擊→點(diǎn)擊完成材料屬性的添加。2.1.8設(shè)置主動(dòng)工具運(yùn)行速度在對(duì)象樹上選擇jyd→點(diǎn)擊Movement→在speed/force選項(xiàng)卡的type欄上選中Speed選項(xiàng)→在Directiont選中主動(dòng)工具運(yùn)行方向+X，在speed卡上選中Define選項(xiàng)，其性質(zhì)選為Constant,設(shè)置速度值1mm/s。2.1.9工件體積補(bǔ)償在對(duì)象樹上選擇mp→點(diǎn)擊Property→在TargetVolume卡上選中Active選項(xiàng)→點(diǎn)擊按鈕→點(diǎn)擊Yes按鈕→勾選Compensateduringremeshing。2.1.10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-（1）mp→點(diǎn)擊Edit按鈕→點(diǎn)擊Deformation選項(xiàng)Friction欄上選中Shear和Constant選項(xiàng)，選擇摩擦類型HotForging→點(diǎn)擊Thermal→選中Constant選項(xiàng)，選擇傳熱類型Fomging→點(diǎn)擊Close按鈕→單擊Applytootherrelations把定義好的關(guān)系信息應(yīng)用到其他對(duì)象關(guān)系中→點(diǎn)擊Generateall按鈕點(diǎn)擊tolerace按鈕→點(diǎn)擊OK按鈕完成邊界條件設(shè)置。2.1.11生成數(shù)據(jù)庫(kù)文件單擊按鈕，→單擊Check按鈕，檢查數(shù)據(jù)庫(kù)是否生成，當(dāng)出現(xiàn)Databasecanbegenerated時(shí)，表示設(shè)置的條件合適，數(shù)據(jù)庫(kù)可以生成→單擊Generate按鈕，生成數(shù)據(jù)庫(kù)文件。退出前處理界面，返回DEFORM主界面。單擊右側(cè)Simulator欄的Run命令，進(jìn)行分析求解。2.2Deform模擬結(jié)果分析完成模擬的后處理過程，觀察模擬過程中工件及擠壓工具主要參數(shù)的變化，并進(jìn)行簡(jiǎn)要的工藝參數(shù)對(duì)成形過程的影響分析。2.2.1觀察溫度變化在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Temperature,點(diǎn)擊播放按鈕查看成型過程中溫度變化情況，從圖3-1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(shí)在整個(gè)擠壓過程中，遠(yuǎn)離擠壓墊一端的溫度較高，而與擠壓墊相接觸的一端溫度較低，主要是由于在擠壓過程中與擠壓墊接觸的一端與外界存在著熱交換，使溫度降低，不接觸擠壓墊的一端在整個(gè)過程中金屬流動(dòng)較劇烈，且因?yàn)閿D壓速度低，散熱性不好，溫度較接觸端高且變化不大。圖2-1第80步溫度分布圖2.2.2觀察應(yīng)力分布在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇Stress-Maxprincipal,點(diǎn)擊播放按鈕查看成型過程中最大應(yīng)力分布及變化情況，如圖3-2所示。從圖中可以清晰地看出，制品中間部位應(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?yàn)樵诖颂幱捎诠ぜ闹睆郊眲∽兓?，金屬流?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。圖2-2第80步最大應(yīng)力分布圖2.2.3觀察應(yīng)變分布在狀態(tài)變量的下拉菜單中選擇StrainEffective,點(diǎn)擊播放按鈕查看成型過程中最大的應(yīng)變分布及其變化情況：終了最大應(yīng)變分布3-3所示。從圖中可以清晰的看出，在整個(gè)擠壓過程中在工件剛剛進(jìn)入擠壓模的位置的工件的表面部分，即圖中黃色部位，主變形量最大，也即應(yīng)變最大。表面中間位置應(yīng)變其次，越往出口處應(yīng)變?cè)叫?，中心?nèi)部位應(yīng)變較小且均勻，工件兩端此時(shí)幾乎不參與變形，所以應(yīng)變最小。圖2-3第80步等效應(yīng)變圖2.2.4觀察金屬破壞系數(shù)在狀態(tài)變化下拉菜單中選擇Damage，觀察金屬的破壞系數(shù)的變化。在整個(gè)過程中，金屬受到破壞最大的時(shí)候是擠壓過程的中間時(shí)段；在擠壓的任意時(shí)刻，破壞只發(fā)生在金屬剛進(jìn)入模子的時(shí)刻且只發(fā)生在金屬的表面，由應(yīng)力應(yīng)變圖知，此處附加應(yīng)力最大，所以破壞最大。圖2-4第80步金屬破壞系數(shù)圖2.2.5速度分析在狀態(tài)變化下拉菜單中選擇VelocityTotalVel,觀察金屬速度變化，如圖3-5所示。金屬出模子后的速度，無論是金屬內(nèi)部還是表面都相同且是整個(gè)金屬流動(dòng)的最大速度；模子出口處的金屬外表面的速度次之，因?yàn)榇颂幍慕饘偈艿侥＞叩淖枇Φ淖饔?，此部位金屬?nèi)表面的所受阻力較小，所以速度比外表面大；藍(lán)色部位速度最小，且?guī)缀醪蛔?，此部位屬于死區(qū)，金屬難流動(dòng)，所以速度較低。圖2-5第80步速度圖2.2.6載荷分析成型過程載荷：點(diǎn)擊LoadStroke按鈕，生成變形工具加載曲線圖，從圖3-6可以看出，整個(gè)擠壓過程的成型載荷力雖然波動(dòng)較大，但總體上是逐漸增加的，因?yàn)閿D壓前期錠坯填充擠壓筒時(shí)需要較大的力，隨著擠壓過程的進(jìn)行，金屬開始流過?？祝藭r(shí)的擠壓力稱為突破壓力，為擠壓力的最大值。達(dá)到最大擠壓力后，擠壓力開始下降，這是因?yàn)閿D壓時(shí)間較短，金屬冷卻的較慢，變形區(qū)內(nèi)金屬的溫度升高，金屬塑性較好，擠壓力下降。圖形中出現(xiàn)的起伏，主要是因?yàn)樵跀D壓過程中DEFORM-3D成型軟件進(jìn)行了多次網(wǎng)絡(luò)的重劃分，產(chǎn)生了均勻應(yīng)變，擠壓力小幅度降低，但擠壓力總體上呈上升趨勢(shì)。圖2-6載荷圖2.3分析成品棒尺寸對(duì)擠壓變形的影響成品棒尺寸的不同對(duì)應(yīng)著變性程度或者擠壓比的不同。使用同一規(guī)格錠坯以不同變性程度進(jìn)行擠壓時(shí)，隨著模孔直徑的減小，外層金屬向?？琢鲃?dòng)的阻力增大，從而增大了錠坯中心與外層的金屬流動(dòng)速度差。由網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)知，當(dāng)變形程度較小時(shí)，橫向網(wǎng)格線向前彎曲的程度越大，變形與流動(dòng)不均勻性越大。但是，隨著變形程度的增加，橫線彎曲的更為陡峭，即由拋物線轉(zhuǎn)變?yōu)橐粭l近似的折線。折線上各點(diǎn)的剪切變形值近似相等。對(duì)擠壓制品斷面取樣進(jìn)行機(jī)械性能測(cè)定知，當(dāng)變形程度在60%時(shí)，制品內(nèi)外層機(jī)械性能差別最大。當(dāng)變形程度增大到90%時(shí)，因變形深入內(nèi)部其內(nèi)外性能趨于一致。所以成品棒尺寸變化時(shí)，即變形程度不同，會(huì)對(duì)制品表面質(zhì)量以及制品內(nèi)部機(jī)械性能產(chǎn)生一定的影響。此外，成品棒尺寸對(duì)擠壓力也有一定的影響，其對(duì)擠壓力的影響是通過摩擦力產(chǎn)生作用的。當(dāng)制品尺寸較大時(shí)，金屬坯料與擠壓模工作帶之間的接觸面積也越大，導(dǎo)致摩擦力也增加，從而擠壓力增大?？偨Y(jié)作為一名機(jī)械系材控專業(yè)大三的學(xué)生，我覺得能做有關(guān)黃銅棒材在Deform軟件中的課程設(shè)計(jì)是十分有意義。在已度過的兩年半大學(xué)生活里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們?cè)谡n堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，我想說的是Deform黃銅棒材模擬擠壓課程設(shè)計(jì)作業(yè)就為我們提供了良好的實(shí)踐平臺(tái)。在做本次課程設(shè)計(jì)的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬運(yùn)用全英文的Deform-3D模擬軟件，這充分考查了我們的英語水品及運(yùn)用軟件熟練程度。為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，更加符合模擬要求，一次次翻閱參考書籍是十分必要的，同時(shí)也是必不可少的。作為一名專業(yè)學(xué)生掌握一門或幾門制圖軟件同樣是必不可少的，我在整個(gè)模擬設(shè)計(jì)過程中都用到了CAD實(shí)體繪圖。用CAD制圖方便簡(jiǎn)潔，易修改，速度快，我的設(shè)計(jì)工藝圖就是在CAD上設(shè)計(jì)出來的，然后以stl格式輸出保存，再運(yùn)用Deform-3D模擬軟件設(shè)置各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行前處