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1、 deform课程实验报告实验名称 棒材热挤压过程模拟 实验课程 材料成型计算机模拟 指导教师 . 专业班级 .姓 名 .学 号 .2012年05月02日实验二 棒材热挤压过程模拟1 实验目的与内容1.1 实验目的进一步熟悉DEFORM软件前处理、后处理的操作方法，掌握热力耦合数值模拟的模拟操作。深入理解并掌握DEFORM软件分析热挤压的塑性变形力学问题。1.2 实验内容挤压模挤压筒挤压垫140100406012045059601525图2 棒材热挤压示意图运用DEFORM模拟如图2所示的黄铜(DIN_CuZn40Pb2)棒挤压过程（已知：坯料f9860mm）。（一）挤压条件与参数挤压工具：尺
2、寸如图所示，材质DIN-D5-1U,COLD，温度3500。坯料：材质DIN_CuZn40Pb2，尺寸f9860，温度6300。工艺参数：挤压速度10mm/s，摩擦系数0.1。（二）实验要求（1）运用AUTOCAD或PRO/e绘制各模具部件及棒料的三维造型，以stl格式输出；（2）设计模拟控制参数；（3）DEFORM前处理与运算；（4）DEFORM后处理，观察圆柱体压缩变形过程，载荷曲线图，通过轴对称剖分观察圆柱体内部应力、应变及损伤值分布状态；（5）运用DEFORM后处理Flow Net（流动栅格）功能观察金属流动的不均匀性，说明原因；（6）提交分析报告（纸质和电子版）、模拟数据文件、日志文
3、件。2 实验过程2.1挤压工模具及工件的三维造型根据给定的几何尺寸，运用AUTOCAD或PRO/E分别绘制坯料、挤压模、挤压垫、挤压筒的几何实体，文件名称分别为extrusion workpiece，extrusion die，extrusion mandrel，extrusion dummy block，extrusion chamber。输出STL格式。 说明：上述几何形体尽量在一个空间体系下用相对尺寸绘制，保证它们的装配关系；所有实体造型都要在空间体系的第一象限内，即几何点的坐标值非负。2.2 挤压模拟2.2.1 前处理建立新问题：程序DEFORM5.03FileNew Problem
4、Next在Problem Name栏中填写“stick extrusion ” Finish进入前前处理界面；单位制度选择：点击Simulation Control按钮Main按钮在Units栏中选中SI（国际标准单位制度）。添加对象：点击+按钮添加对象，依次为“workpiece”、“top die”、“bottom die”和“object 4”，在Object Name栏中填入extrusion workpiece点击Change按钮点击 geometry 点击import选择extrusion workpiece.stl实体文件打开；重复操作，依次添加extrusion die，ext
5、rusion mandrel，extrusion dummy block，extrusion chamber。定义对象的材料模型：在对象树上选择extrusion workpiece点击General按钮选中Plastic选项（塑性）点击Assign Temperature按钮填入温度630点击OK按钮在对象树上选择extrusion dummy block点击General按钮选中Rigid选项（刚性）点击Assign Temperature按钮填入温度350点击OK按钮勾选Primary Die选项（定义为extrusion dummy block主动工具）如此重复，定义其它工模具的材料模
6、型（不勾选Primary Die选项）；模拟控制设置：点击Simulation Control按钮Main按钮在Simulation Title栏中填入“stick extrusion ” 在Operation Title栏中填入“deform heat transfer” 选中SI选项，勾选“Heat transfer”点击Step按钮在Number of Simulation Steps栏中填入模拟步数50Step Increment to Save栏中填入每隔3步就保存模拟信息在Primary Die栏中选择extrusion dummy block（以挤压垫为主动工具）在With Di
7、e Displacement栏中填入步长1点击OK按钮完成模拟设置；实体网格化：在对象树上选择workpiece点击 Mesh （采用绝对划分）点击Detail Settings选择Absolute将Min Element Size中数据改为3点击Surface MeshSolid Mesh，工件网格生成；设置对象材料属性：在对象树上选择extrusion workpiece点击Material点击other选择DIN-CuZn40Pb2点击Assign Material完成材料属性的添加；设置主动工具运行速度：在对象树上选择extrusion dummy block点击Movement在sp
8、eed/force选项卡的type栏上选中Speed选项在Direction选中主动工具运行，如-Y在speed卡上选中Define选项，其性质选为Constant，填入数度值，如10mm/s；工件体积补偿：在对象树上选择extrusion workpiece点击Property在Target Volume卡上选中Active选项点击Calculate Volume按钮点击Yes按钮。边界条件定义：在工具栏上点击Inter-Object按钮在对话框上选择extrusion workpieceextrusion dummy block点击Edit按钮点击Deformation卡Friction栏
9、上选中Shear和Constant选项，填入摩擦系数0.1 点击Thermal选中Constant选项，填入传热系数或选择传热类型Forming 点击Close按钮点击Apply to other Relations，点击Generate all按钮点击OK按钮完成边界条件设置；保存k文件：在对象树上选择extrusion workpiece点击Save按钮点击保存按钮保存工件的前处理信息重复操作，依次保存各工模具的信息。2.2.2 生成库文件在工具栏上点击Database generation按钮 在Type栏选中New选项选择路径（英文）填入数据库文件名（英文），如stick extrus
10、ion 点击Check按钮没有错误信息则点击Generate按钮完成模拟数据库的生成。2.2.3 退出前处理程序在工具栏上点击Quit按钮，退出前处理程序界面。2.2.4 模拟运算在主控程序界面上，单击项目栏中的stick extrusion.DB 文件单击Run按钮，进入运算对话框单击Start按钮开始运算单击Stop按钮停止运算单击Summary，Preview，Message，Log按钮可以观察模拟运算情况。2.3 后处理模拟运算结束后，在主控界面上单击stick extrusion.DB 文件在Post Processor栏中单击DEFORM-3D Post按钮，进入后处理界面。（1）
11、观察变形过程：点击播放按钮查看成型过程；（2）观察温度变化：在状态变量的下拉菜单中选择Temperature，点击播放按钮查看成型过程中温度变化情况；（3）观察最大应力分布：在状态变量的下拉菜单中选择Max Stress，点击播放按钮查看成型过程中最大应力分布及其变化情况；（4）观察最大应变分布：在状态变量的下拉菜单中选择Max Strain，点击播放按钮查看成型过程中最大应变分布及其变化情况；（5）观察破坏系数分布：在状态变量的下拉菜单中选择Damage，点击播放按钮查看成型过程中可能产生破坏的情况；（6）成型过程载荷：点击Load Stroke按钮，生成变形工具加载曲线图，保存图形文件为l
12、oad.png；（7）点跟踪分析：点击Point Tracking按钮，根据上图点的位置，在工件上依次点击生成跟踪点，点击Save按钮，生成跟踪信息，观察跟踪点的最大应力、最大应变、温度、破坏系数，保存相应的曲线图。（8）流动网格分析：点击Flow Net按钮，在对话框中分别选择Starting step和Ending step的数值，点击Next，选择Surface net，点击Next，选中Parallel，点击Next，确定起点平面、终点平面，输入方向矢量和分割面的数量，点击Next，点击Finish，生成金属流动网格数据，点击播放按钮查看流动格变化情况。图1：黄铜挤压的变形过程3 实验
13、结果与分析图2：黄铜坯料在挤压变形过程中的温度变化从图2可以看出：与压板接触的一端温度明显比另一端的温度低，一方面是由于压板的温度比坯料的温度低热量向压板传递，另一方面与压板接触的一端没有什么变形，所以没有什么热量产生。而远离压板的另一端在整个过程中金属流动较激烈，而且挤压时间较短热量来不及散失，所以在挤压头温度有所上升。在中部区域由于和挤压模有摩擦产生热，另外还有变形产生的热所以出于温度上升过程，温度处于两端面之间。图3：坯料的最大应力分布图4：坯料的最大应变分布从图3可以看出：中间部位颜色较均匀，说明其应变分布比较均匀，且通过颜色对比来看数值比上端面大。在坯料进入挤压模的时候，由于工件被挤
14、压过程中直径急剧变小，金属向外流动的时候阻力最大，不均匀变形也达到最大，在此处将产生较大的附加应力。从图4可以看出：工件刚刚进入挤压模的位置附近的颜色对应的应变值最大，中间位置的颜色对应的应变值相对挤压模出口处的应变小一些，坯料上端面和挤压出来的头部的颜色对应的应变值最小。图5：坯料的损伤分布图6：追踪点的分布从图5可以看出：坯料的上端面的损伤系数是最小的，这是因为在挤压开始时与压板接触的一端的坯料不受挤压模的作用，而且受外力作用影响较小，此区两向压缩一向拉伸，满足自由变形的条件，所以与挤压垫接触的的一端损伤系数几乎为零。在坯料进入45变形区以后金属进行强烈的变形，挤压模与坯料间之间也存在摩擦，产生不均匀变形，所以破坏系数急剧变大。图7：坯料在挤压过程中的载荷行程曲线从图7中可以看出，整个挤压过程的成型载荷基本上是沿直线逐渐增加的，为随着挤压过程的进行，工件和挤压模的接触面积越多，则受挤压模具的摩擦力就会逐渐增大，同时还会受到金属内部原子的相互作用力，随着挤压过程
