De实验报告镦粗与挤压

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1、铜陵学院课程实验报告实验名称圆柱体压缩过程模拟实验课程材料成型计算机模拟指导教师张金标.专业班级10材控（2）.姓名吕志辉.学号1010121056.2013 年 05 月 19 日实验一 圆柱体压缩过程模拟1 实验目的与内容1.1 实验目的进一步熟悉 AUTOCAD 或 PRO/E 实体三维造型方法与技艺，掌握 DEFORM 软件 的前处理、后处理的操作方法与技能，学会运用 DEFORM 软件分析压缩变形的变 形力学问题。1.2 实验内容运用DEFORM模拟如图1所示的圆柱坯压缩过程。工件砧板锤头一）压缩条件与参数锤头与砧板：尺寸200X200X20mm，材质DIN-D5-1U,COLD,温

2、度室温。工件：材质DIN_CuZn40Pb2，尺寸如表1所示，温度室温。表 1 实验参数序号圆柱体直径，mm圆柱体高度，mm摩擦系数，滑 动摩擦锤头运动速度，mm/s压缩程度，%1100150012021001500.21203100250012041002500.2120(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st格式 输出；(2) 设计模拟控制参数；(3) DEFORM 前处理与运算(参考指导书)；(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) 比较方案 1 与

3、 2、3 与 4、1 与 3 和 2 与 4 的模拟结果，找出圆柱体变 形后的形状差别，说明原因；(6) 提交分析报告(纸质和电子版)、模拟数据文件、日志文件。2 实验过程2.1 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、锤头和砧 板的几何实体，文件名称分别为workpiece，topdie，bottomdie，输出STL格式。2.2 压缩过程模拟2.2.1 前处理建立新问题：程序TDEF0RM6.1TFileTNew Problem NextT在 Problem Name栏中填写“Forging T FinishT进入前处理界面。设置模拟控

4、制：点击工具栏中Simulation Controls按钮TMain按钮。在 Simulation Title 一栏中填入 Forging。在 Operation Name 一栏中填入 deform。在 Units栏中选中SI。在 Mode 一栏中只选Deformation。添加对象：点击 +按钮添加对象，依次为“Workpiece、“Top Die、“Bottom Die。定义对象的材料模型：在对象树上选择WorkpieceT点击General按钮T选 中Plastic选项T点击Assign Temperature按钮T填入温度为20t点击0K按钮； 选择Top DieT点击General按

5、钮T选中Rigid选项T点击Assign Temperature按 钮T填入温度为20t点击OK按钮T勾选Primary Die选项T如此重复，定义其 它工模具的材料模型(不勾选 Primary Die 选项)。导入毛坯几何文件：分别选中Workpiece、Top Die、Bottom Die，在操作窗 口中单击Geometry按钮TImport Geo按钮,导入在CAD中事先画好的造型文件。调整对象位置关系：在工具栏点击 Object Positioning 按钮进入对象位置关系 调整对话框T根据锻压要求及实体造型调整相互位置关系T点击OK按钮完成。实体网格化：在对象树上选择 Workpie

6、ceT点击 Mesh T选择Detailed Settings 的 General 选项卡T点击 Absolute， Size Ratio 改为 3， Element Size 选 Min Element Size，设为 3t点击 Surface Mesh，生成表面网格T点击 Solid Mesh 生成实体网络。设置对象材料属性:在对象树上选择WorkpieceT点击Material T点击otherT 选择 DIN-CuZn40Pb21050-1400F(550-750C)T点击 Load 完成材料属性的添加。设置主动工具运行速度：选择Top DieT点击Movement在type栏上选中

7、Speed选项T在Direction选中主动工具运行，如-Zt在speed卡上选中Define选 项，其性质选为Constant，填入速度值为1mm/s。设置坯料边界条件：选中物体WorkpieceT单击Bdry.Cnd按钮t选中Symmetry plane图标T然后分别选中坯料的对称面T单击添加按钮。工件体积补偿：选择 WorkpieceT点击PropertyT在Target Volume卡上选中 Active in FEM+meshing 选项T点击 Calculate Volume 按钮T点击 Yes 按钮。设置模拟参数：点击工具栏中Simulation Controls按钮T点击Ste

8、p按钮T在 Number of Simulation Steps 栏中填入模拟步数为 30TStep Increment to Save 栏中 填入每隔2步就保存模拟信息T在With Die Displacement栏中选Constant，填入 1t点击OK按钮完成模拟设置。边界条件定义：点击Inter-Object按钮T在对话框上选择WorkpieceTop DieT点击 Edit 按钮T点击 Deformation 卡 Friction 栏上选中 Shear 和 Constant 选 项，填入摩擦系数为0T点击Close按钮T如此重复，依次设置其它接触关系T 点击Generate all按

9、钮T点击Tolerance按钮T点击OK按钮完成边界条件设置。2.2.2 生成库文件在工具栏上点击Database generation按钮 T点击Check按钮T没有错误信 息则点击Generate按钮T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Exit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forging.DB文件T单击Run按钮，进入 运算对话框T单击Start按钮开始运算 T单击Stop按钮停止运算 T单击 Summary， Preview， Message， Log 按钮可以观察模拟运算情况。2.2.5 重复操作按表格1所列的

10、另外三种情况，改变摩擦系数跟坯料高度再做三次模拟操作。 2.3 后处理模拟运算结束后，在主控界面上单击forging.DB文件T在Post Processor栏 中单击DEFORM-3D Post按钮，进入后处理界面。1) 观察变形过程：点击播放按钮查看成型过程；方案一变形过程Step 36Step G7Step 95Stop 防方案二变形过程方案三变形过程Step 15Step 35Step RSStep 95方案四变形过程Step B5steP 15Siep 35Step a;?图2四种方案的变形过程2）观察最大应力分布：在状态变量的下拉菜单中选择Stress -Max principal

11、, 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；3）观察最大应变分布：在状态变量的下拉菜单中选择Strain -Total- Max principal，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；4）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；5）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load.png，并保存图表的数据；3实验结果与分析3.1观察最大应力分布Stress- principal |MPa|Stress - Plpnncipal MPajSte?p 35-

12、D 5450.121-2.02-1.31 MrSt卸0：沁-OS09-1.07图3方案一（高度150；摩擦系数0）图4方案二（高度150；摩擦系数0.2）Stress -胡“:princiFlilNIPsjStress - Max pircipai i*MPa)Step 80D.DOQI0 00591Step 800 Mas-0 0211-0.0109 Mri图5方案三（高度250；摩擦系数0）图6方案四（高度250；摩擦系数0.2）1）比较图3和图4的颜色分布并在每个区域随机用鼠标点击一些点查看最大应力值，可以看出： 摩擦系数为0时，坯料各部分应力分布较均匀，处于三向压应力状态，为 均匀变形

13、。 摩擦系数为0.2时，坯料各部分应力分布不均匀：圆柱体端部的接触面附 近处于强烈的三向压应力状态；在与垂直作用力轴线呈45交角的区域也处于 三向压应力状态，但应力值较前者较小；在与垂直作用力轴线呈45交角的区 域径向向外的区域里，最大应力逐渐由压应力变为拉应力，该区域为二压一拉应 力状态。该坯料的变形为不均匀变形。原因：镦粗时，由于受到接触表面摩擦力的影响，会使接触表面附近的金属 变形受阻。而接触表面摩擦力的影响，沿径向由侧边向中心逐渐增强，沿高度方 向由端面向中心逐渐减弱，故产生不均匀变形。为了保持物体完整性，会出现附 加应力，从而改变物体的应力状态。2）比较图5和图6,其与图3和图4应力

14、分布情况相似。再比较图3和图5， 可以看出：不同高度，在相同压下量下，应力分布同样较均匀，但最大应力的大 小有所差异。最后比较图4和图6可以看出：不同咼度，在相同压下量下，不均 匀变形所对应的各个区域的体积跟最大应力大小都有所差异。综上，高度对均匀 变形和不均匀变形的应力状态同样有影响。3.2观察最大应变分布图7方案一（高度150；摩擦系数0）Step 30Simin -Tstal - Vai prjidtal rmm.fm?n)Q.14QDI*OfflTEa他h咬图8方案二（高度150；摩擦系数0.2）Stan - loal- MSKpnndpai irwRim)D.II3Step 5D0.

15、113o.m阳1 Q1IJ 呛:Strain-伽-Mai：pindpfll|rYirMnm0.1520.126QB1700WZ D1S2图9方案三（高度250；摩擦系数0）图10方案四（高度250；摩擦系数0.2）1）比较图7和图8的颜色分布并在每个区域随机用鼠标点击一些点查看最 大应变值，可以看出： 摩擦系数为0时，坯料各部分应变分布较均匀，为均匀变形。由于坯料在 轴向上的为压缩变形且变形量为0.2,根据体积不变定律并参照图中最大应力值， 可知该坯料在径向和周向均为拉伸变形，所以该坯料处于一向压缩两相拉伸应变 状态。观察变形前后的坯料形状，还可以发现其形状在变形前后相似，这点符合 均匀变形的特点。 摩擦系数为0.2时，坯料各部分应变分布不均匀：位于圆柱体端部接触面附近，由于受接触面摩擦影响较大，且远离与垂直作用力轴线呈大致45交角 的最有利滑移