De实验报告——挤压

《De实验报告——挤压》由会员分享，可在线阅读，更多相关《De实验报告——挤压（12页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、铜陵学院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张 金 标专业班级09材控（1）.姓 名万 伟学 号 09101210592012年04月29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 实验内容运用DEFORM模拟如图2所示的黄铜（DIN_CuZn40Pb2）棒挤压过程（已知：坯料 98x60mm）。（一）挤压条件与参数5 960 _挤压垫1525挤压筒-挤压模0O7T图1棒材热挤压示

2、意图挤压工具：尺寸如图所示，材质DIN-D5-1U,COLD，温度350。 坯料：材质 DIN_CuZn40Pb2，尺寸98X60，温度 630。 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st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FlowNet （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

3、子版）、模拟数据文件、日志文件。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TDE

4、F0RM6.1TFileTNew Problem NextT在 Problem Name 栏中填写“ stick extrusion ” t FinishT进入前前处理界面；单位制度选择：点击Simulation Control按钮TMain按钮T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 workpieceT点击 Change 按钮T 点击 geometry T点击importT选择extrusion wor

5、kpiece.stl实体文件T打开；重复操 作，依次添加 extrusion die， extrusion mandrel， extrusion dummy block， extrusion chamber。定义对象的材料模型：在对象树上选择extrusion workpieceT点击General按钮 T选中Plastic选项（塑性）T点击Assign Temperature按钮T填入温度630T点击 OK按钮T在对象树上选择extrusion dummy blockT点击General按钮T选中Rigid 选项（刚性）T点击Assign Temperature按钮T填入温度350T点击OK

6、按钮T勾选 Primary Die选项（定义为extrusion dummy block主动工具）T如此重复，定义其它 工模具的材料模型（不勾选Primary Die选项）；模拟控制设置：点击Simulation Control按钮TMain按钮T在Simulation Title栏 中填入“ stick extrusion T在 Operation Title 栏中填入“ deform heat transfer t选 中 SI 选项，勾选“Heat transfer T点击 Step 按钮T在 Number of Simulation Steps 栏中填入模拟步数50TStep Incre

7、ment to Save栏中填入每隔3步就保存模拟信息T 在Primary Die栏中选择extrusion dummy block（以挤压垫为主动工具）T在 With Die Displacement栏中填入步长It点击OK按钮完成模拟设置；实体网格化：在对象树上选择workpieceT点击Mesh （采用绝对划分）T点击 Detail SettingsT选择 AbsoluteT将 Min Element Size 中数据改为 3t点击 Surface MeshTSolid Mesh，工件网格生成；设置对象材料属性：在对象树上选择extrusion workpieceT点击MaterialT

8、点击 otherT选择DIN-CuZn40Pb2T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 blockT点击 MovementT在speed/force选项卡的type栏上选中Speed选项T在Direction选中主 动工具运行，如-Yt在speed卡上选中Define选项，其性质选为Constant，填入数 度值 10mm/s；工件体积补偿：在对象树上选择extrusion workpieceT点击PropertyT在Target Volume卡上选中Active选项T点击Calculate Volume按

9、钮T点击Yes按钮。边界条件定义：在工具栏上点击Inter-Object按钮T在对话框上选择extrusion workpiece一extrusion dummy blockT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0.1 T 点击ThermalT选中Constant 选项，填入传热系数或选择传热类型Forming T点击Close按钮T点击Apply to other Relations,点击Generate all按钮T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 wor

10、kpieceT点击Save按钮T点击保存 按钮T保存工件的前处理信息T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 T在Type栏选中New选项T选择路 径（英文）T填入数据库文件名（英文），如stick extrusion 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T单击Run按钮， 进入运算对话框t单击Start按钮

11、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。2.3 后处理模拟运算结束后，在主控界面上单击stick extrusion.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；（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

12、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load.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

13、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。3实验结果与分析3.1黄铜挤压变形过程seep =1图2黄铜挤压的变形过程3.2黄铜挤压过程中温度变化Step ；Teniiw血阳G4031即 13口010酊血皆（CG4DStep 2357UG3D财的5?0E32刖抽Tern阴阪1阳(C64057UG40 fAtaTempgrunetC5

14、S?0E33 ManTBinpigrau(C64081 即 345?DTenipBrsiLir9(C5S?i：iG3I Man图3黄铜挤压变形过程中温度变化如上图3所示黄铜挤压过程中温度变化。从上图可以看出，当坯料开始进入变 形区后，坯料的部分与挤压模相接触，坯料的温度由中心向边缘逐渐降低，中心温 度分布较均匀且较高，这是因为工件中心不与挤压模具和空气相接触，热量散失与 热传递都很小。同时在整个挤压过程中，远离挤压垫一端的温度最高，而与挤压垫相接触的一端温度最低，主要是由于在挤压过程中与挤压垫接触的一端存在着热交 换，使温度低，不接触的一端在整个过程中金属流动较激烈，原子间摩擦产生的热 量较大

15、，且因散热不好和时间短，温度较接触端高且变化不大。3.3黄铜挤压终止时最大应力分布如下图4所示。从图中可以清晰地看出，中间部位应力分布较均匀，且数值较 大，为三向压应力状态，从中海可以看出挤压过程中应力最大的位置出现在工件刚 刚进入挤压模的位置，因为在此处由于工件的直径急剧变化，金属流动的阻力最大, 不均匀变形也最大，在此处将产生较大的附加应力。在挤压筒与工件的接触部位残 余应力和应力都影响最小。Step 73252 Mai:51兀TcrtBl- prTcl阴ninYmi)Esa4 33S图4挤压终止时最大应力分布图5挤压终止时最大应变分布3.4黄铜挤压终止时最大应变分布黄铜挤压终了最大应变分

16、布如图5所示。从上图中可以清晰的看出，在整个挤 压过程中应变最大的位置出现在工件刚刚进入挤压模的位置，此时工件部的主变形 量最大，也即应变最大。中间位置应变其次，中心内部位应变较小，两端应变最小。3.5黄铜挤压终止时损伤系数分布黄铜挤压终了最大应变分布如图6所示。如下图6所示，在远离挤压垫的一端 损伤系数较小，这是刚开始挤压时坯料的下端不受任何外力作用，与挤压模不相接 触，此区两向压缩一向拉伸，满足自由变形，故在远离的挤压垫的一端几乎无损伤。 在皮料进入变形区影后破坏系数逐渐变大，因为在此变形区内，金属进行强烈的变 形，挤压模与坯料间存在着摩擦，产生不均匀变形，故变形区内破坏系数大。位于 挤压

17、模出口处的一段温度较高，破坏系数较大。Step 7A0.097onnmi mi-iZ D 697 Mai:图6黄铜挤压终止时的损伤分布3.6挤压过程中形成曲线曲线Load Prediction图7黄铜挤压过程中载荷曲线从上图7中可以看出，整个挤压过程的成型载荷总体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，随着挤压过程的进行金属 流动越来越困难，要求的挤压力也越大。图形中出现的很小的起伏，主要是因为在 挤压过程中DEF0RM-3D成型软件进行了网络的重划分，产生了均匀应变，挤压力小 幅度降低

18、，挤压力总体上呈上升趋势。由于坯料只压下50mm，没有完全压下，故载 荷曲线一直呈现上升趋势。3.7点追踪分析1）点追踪最大应力分布Point TrackingStress Max principal (MPa95J5Step 73FF5FFTFTp 9P10306-345-9961651_56L.0s1.05申6Time (sec)0.0D0图8点追踪最大应力图8可以看出，应力分布不均匀，且变化幅度较大，因为在挤压过程中工件的 某些部位有很大的不均匀变形，同时附带了大量的残余应力，然而残余应力在整个 工件上的分布也是不均匀的，所以也就出现了如图所示的情况。从上图中可以分析 出坯料表面的一直处

19、于三向压应力状态，且压应力随着挤压量的增加而增加，由于 坯料与挤压筒间存在着摩擦力，使金属流动不均匀，易产生飞边。2）点追踪最大应变分布从下图9点追踪最大应变分布图可以看出，应变整体上市呈上升趋势，由于挤 压过程中变形不断增加，故各处的最大应变均呈现出上升趋势。从图中可以明显看 出，Step 73P 10Point Tracking尸F甲，图9点追踪最大应变分布3）点追踪温度分布图10可以看出，所选的每个点的温度分布整体上是呈小幅度的下降趋势主要在 模拟成型过程中存在工件和工具以及外界的热交换、热量损失，所以温度会有所下 降但幅度很小，因为在热传递和热量散失的过程中同样还有接触摩擦所产生的量的

20、 部分损失，所以跟踪点的温度很小。但是在挤压至一定阶段时，温度呈较快上升趋 势，这是由于坯料在进入变形区后出现强烈的金属流动，且坯料与挤压模之间摩擦 力较大，产生的摩擦热较多，故会出现温度回升阶段。Step 73p卩*3F9FIDTemperature (C)6425.00 ,话即Poiirrt Tirsucking6cm5666294910 0001 052.10Time (sec)3.154.2D5 254）点追踪损伤系数Step 71F F ? ：p IQPoint Traching图11点追踪损伤系数分布从上图11可以看出，破坏系数的变化趋势整体是增大的，因为随着挤压过程的 进行工件的

21、应变越来越大，不均匀变形也越严重，同时残余应力也增加，金属内部 晶格畸变也是越来越严重，则挤压变形的进行旧越容易破坏，所以工件的破坏系数 是逐渐增加的。3.8流动栅格凱即263.8黄铜挤压过程金属流动网格划分Step 沛图12挤压过程金属流动栅格4 实验小结通过模拟棒材热挤压训练，使我熟悉并掌握AUTOCAD、DEF0RM-3D、OFFICE(Word、 Excel)等软件的实用方法，同时也提高了专业知识和计算机技术综合分析问题、解 决问题的能力。学习并掌握了 DEFORM-3D软件的实用的环境，学会了使用DEFORM-3D 进行简单的材料成型模拟，DEFORM-3D是模拟3D材料流动的理想工具。DEFORM在进行数值模拟时，可对金属塑性成形过程进行实时点跟踪描述，并演 示整个成型过程，揭示了金属流动规律、各种因素对变形行为的影响及成形过程中 变形体的应力、应变等分布。利用DEFORM可获得金属成形过程中的速度场、应力场、应变场、温度场结果， 可帮助设计人员缩短产品的开发周期、提高产品的质量、降低产品开发成本。