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(duì)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(shí)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(duì)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(shí)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(duì)重金屬管材為1.5--.5C：；L—錠坯穿孔時(shí)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(shí)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(duì)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(shí)，?？讜?huì)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(shí)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(shí)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、?？壮叽绲淖兓_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(huì)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(shí)產(chǎn)生表面裂紋和減輕金屬在進(jìn)入工作帶時(shí)所產(chǎn)生的非接觸變形,同時(shí)也是為了減輕在高溫下擠壓時(shí)模子的入口棱角被壓頹而很快改變模口尺寸用的。入口圓角半徑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(duì)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(shí)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(duì)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(gè)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(shí)應(yīng)保證在各坐標(biāo)軸的正方上，且保證各零件準(zhǔn)確對(duì)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(gè)零件分開保存，并將每個(gè)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(duì)象：點(diǎn)擊+按鈕添加對(duì)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(duì)象的材料模型:在對(duì)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(duì)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(dòng)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(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(duì)象樹中的“pl”對(duì)象，使之高亮顯示，打開 對(duì)話框，在“NumberofElements”輸入欄中，輸入“8000”，單擊Preview按鈕，預(yù)覽毛坯對(duì)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(duì)象樹中的“pl”對(duì)象，使之高亮顯示，打開General對(duì)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(duì)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(dòng)工具運(yùn)行速度：選中對(duì)象樹中的“jyd”對(duì)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(dòng)工具運(yùn)行，如-Y（本組駐動(dòng)工具運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(shí)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(duì)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(duì)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(shí)在整個(gè)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(gè)過程中金屬流動(dòng)較激烈，且因散熱不好和時(shí)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饘倭鲃?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。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(gè)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(shí)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(gè)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(huì)逐漸增大，同時(shí)還會(huì)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(dòng)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(shì)。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?cè)絹碓酱?，不均勻變形也越?yán)重，同時(shí)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(duì)在一個(gè)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(dòng)，提供極有價(jià)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(huì)了許多知識(shí)。再一次復(fù)習(xí)了