道釘熱鍛造成形模擬分析報告

1、材料成型軟件應(yīng)用課程上機報告之四 題目：道釘熱鍛造成形模擬分析報告專 業(yè)：材料成型及控制工程班 級：2014 學(xué) 號：2014姓 名： 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行劃分10000個網(wǎng)格，首先階段進行模擬控制模具的總移動時間是10s，將操作劃分為50步，所以每一步的時間

2、為0.2s。下一個階段進行鐓粗模擬，設(shè)置好模擬參數(shù)進行鐓粗，采用下模不動上模運動的方式，設(shè)置Top Die 沿Z方向以2in/sec的速度運動，最后對模型進行數(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”，點擊Finish按鈕，進入前處理窗口。如圖 3圖4所示：圖3圖 42.設(shè)定模擬控制：單擊 按鈕，打開模擬控制窗口，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，而且只有Heat

3、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。單擊來進行步驟控制的觀察，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 8坯料材料類型的

4、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 12圖 135

5、. 測量坯料尺寸：單擊按鈕，在坯料上選點，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,點擊按鈕設(shè)定毛坯的初始溫度為20

6、00F,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，點擊 ，彈框中在Die_Material項中選擇Carbide (24%Cobalt).std，點擊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 Environment，選取上模彎

7、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，會出現(xiàn)一個提示選擇YES，彈出Inter object窗口。如下圖26所示

8、：圖 25 定義物間從屬關(guān)系，點擊按鈕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，最后選擇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 Reference(參照物):

9、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.保存問題并進行模擬運行：單擊 按鈕，選擇Check(檢查)，檢查是否有遺漏，當(dāng)顯示中出現(xiàn) ，說明可以進行運算，如下圖31、圖32所示：圖 30圖 31再點擊Generate，生成“.DB”文件，圖 32關(guān)閉窗口。然后在界面左上角點擊File | Save as，生成“.key”文件，將文件名保存為

10、“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：進入后處理界面：退出前處理后進入DEFORM 3D的主界面，點擊“SPK-SIM.DB”文件，單擊“Run”，進行結(jié)果計算，當(dāng)完成第50步運算后結(jié)束，單擊Post Processor（后處理）下的“DEFORM-3D Post”，進入后處理界面。17.觀察溫度變化圖：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.進入前處理界面： 回到DEFORM 3D主界面，選中“SPK-SIM.DB”文件，點擊DEF

11、ORM-3D Pre，選擇最50步進入前處理界面。如圖37、圖38所示：圖 36圖 3719.改變控制參數(shù)：單擊按鈕，打開模擬控制窗口，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單擊來進行步驟控制的觀察，設(shè)置Number of Simulation Steps為60，設(shè)置Step Increment to Save為5，P rimary Die 為2，W

12、ith 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，因為這是一個關(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，然后點擊，如下圖44圖45圖46所示：圖 43圖 44圖 4522. 改變上模的速度在成形階段,模具需要

13、運動,所以要改變 Top diel的速度選中 Top die,點擊 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。進行模擬Run，如下圖48所示：圖 47四、模擬結(jié)果分析.進入后處理界面：點擊“SPK-SIM.DB”文件，單擊Post Processor下的“DEFORM-3D Post”，進入后處理界面。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，生成等效應(yīng)變圖，如圖51圖52所

14、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。單擊按鈕，將在顯示界面只顯示坯料

15、。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，周圍逐漸降低。4、點追蹤：單擊，在毛坯上選擇具有代表性的6個點，選擇Next，將會在后處理窗口顯示6個點的受壓變化曲線，當(dāng)進行受壓演示時，可在曲線上觀察到所選點的受力情況，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，較小的載荷變形比較大。五、分析結(jié)論1.在應(yīng)力

16、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，因為該處產(chǎn)生應(yīng)力集中比較嚴(yán)重，而且與上、下模接觸處同樣因為摩擦力的存在而導(dǎo)致坯料所受應(yīng)力變大。毛坯剛開始受鍛壓時，金屬流動較為劇烈，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，最不劇烈的是心部溫度。3.由于下模不發(fā)生運動，只有上模運動鍛壓坯料，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動最劇烈，并且由上到下以此減少。4.在點追蹤方面，由點追蹤變化曲線可以知道，坯料在之前的步驟里，六個點均不受力，但是隨后由于鍛壓操作作用時間特別短，所以