道釘熱鍛造成形模擬分析報(bào)告

1、材料成型軟件應(yīng)用課程上機(jī)報(bào)告之四 題目：道釘熱鍛造成形模擬分析報(bào)告專 業(yè)：材料成型及控制工程班 級(jí)：2014 學(xué) 號(hào)：2014姓 名： 24上機(jī)報(bào)告之四：DEFORM塑性成形實(shí)例道釘成形模擬一、問(wèn)題描述 模擬道釘熱鍛造成形，這里將會(huì)在3D環(huán)境下利用模具和坯料的軸對(duì)稱只使用它的1/4進(jìn)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(wèn)題分析對(duì)坯料及上下模進(jìn)行劃分10000個(gè)網(wǎng)格，首先階段進(jìn)行模擬控制模具的總

2、移動(dòng)時(shí)間是10s，將操作劃分為50步，所以每一步的時(shí)間為0.2s。下一個(gè)階段進(jìn)行鐓粗模擬，設(shè)置好模擬參數(shù)進(jìn)行鐓粗，采用下模不動(dòng)上模運(yùn)動(dòng)的方式，設(shè)置Top Die 沿Z方向以2in/sec的速度運(yùn)動(dòng)，最后對(duì)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。三、模擬計(jì)算過(guò)程1.創(chuàng)建一個(gè)新文件：File | New problem | Next | Next，在彈框內(nèi)輸入“SPK-SIM”，點(diǎn)擊Finish按鈕，進(jìn)入前處理窗口。如圖 3圖4所示：圖3圖 42.設(shè)定模擬控制：?jiǎn)螕?按鈕，打開(kāi)模擬控制窗口，將Simulation Title改為Spike forging，并將Operation Name改為heat transfer。

3、確定這個(gè)單元被設(shè)置為English，而且只有Heat Transfer被激活。如圖5所示：圖 5模具的總移動(dòng)時(shí)間是10s，既然這是一個(gè)熱傳遞的分析，需要定義步驟為一個(gè)時(shí)間的功能和一個(gè)模具的行程。將操作劃分為50步，所以每一步的時(shí)間為0.2s。單擊來(lái)進(jìn)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：?jiǎn)螕?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 ，

4、定義溫度為2000F。如圖8所示：圖 8坯料材料類型的選擇：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(shù)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

5、圖10至圖13所示：圖 10圖 11圖 12圖 135. 測(cè)量坯料尺寸：?jiǎn)螕舭粹o，在坯料上選點(diǎn)，如下圖14所示：圖 14測(cè)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(shí)體網(wǎng)格劃分為10000個(gè)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：?jiǎn)螕?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(lái)。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 Wor

6、kpiece的前提下,點(diǎn)擊按鈕設(shè)定毛坯的初始溫度為2000°F,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(jìn)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(diǎn)擊 ，彈框中在Die_Material項(xiàng)中選擇Carbide (24%Cobalt).std，點(diǎn)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Hea

7、t Exchange with Environment，選取上模彎曲側(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，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(gè)對(duì)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(huì)出現(xiàn)一

8、個(gè)提示選擇YES，彈出Inter object窗口。如下圖26所示：圖 25 定義物間從屬關(guān)系，點(diǎn)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(dòng)設(shè)為0.0003，單擊Close返回上一窗口，如下圖27所示：圖 26點(diǎn)擊按鈕，這個(gè)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(dòng)

9、的物體): Top die，選擇 Reference(參照物): 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(gè)步驟與第12個(gè)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(wèn)題并進(jìn)行模擬運(yùn)行：?jiǎn)螕?按鈕，選擇Check(檢查)，檢查是否有遺漏，當(dāng)顯示中出現(xiàn) ，說(shuō)明可以進(jìn)行運(yùn)算，如下圖31、圖32所示：圖 30圖 31再點(diǎn)擊Generate，生成“.DB”文件，圖 32關(guān)閉窗口。然后在界面左上角點(diǎn)擊

10、File | Save as，生成“.key”文件，將文件名保存為“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(jìn)入后處理界面：退出前處理后進(jìn)入DEFORM 3D的主界面，點(diǎn)擊“SPK-SIM.DB”文件，單擊“Run”，進(jìn)行結(jié)果計(jì)算，當(dāng)完成第50步運(yùn)算后結(jié)束，單擊Post Processor（后處理）下的“DEFORM-3D Post”，進(jìn)入后處理界面。17.觀察溫度變化圖：?jiǎn)螕舭粹o，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(jìn)入前處理界面： 回到DE

11、FORM 3D主界面，選中“SPK-SIM.DB”文件，點(diǎn)擊DEFORM-3D Pre，選擇最50步進(jìn)入前處理界面。如圖37、圖38所示：圖 36圖 3719.改變控制參數(shù)：?jiǎn)螕舭粹o，打開(kāi)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(gè)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(lái)進(jìn)行步驟控制的觀察，設(shè)置Number of Simulation Steps為60，設(shè)置Step Incr

12、ement to Save為5，P rimary Die 為2，With 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：?jiǎn)螕舭粹o，因?yàn)檫@是一個(gè)關(guān)于YZ和XZ平面對(duì)稱的物體。所以分別選擇兩個(gè)對(duì)稱面,選一個(gè)面然后點(diǎn)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(diǎn)擊，如下圖44圖45圖46所示：

13、圖 43圖 44圖 4522. 改變上模的速度在成形階段,模具需要運(yùn)動(dòng),所以要改變 Top diel的速度選中 Top die,點(diǎn)擊 Movement按鈕, speed大小設(shè)為2in/sec方向?yàn)?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(jìn)行模擬Run，如下圖48所示：圖 47四、模擬結(jié)果分析.進(jìn)入后處理界面：點(diǎn)擊“SPK-SIM.DB”文件，單擊Post Processor下的“DEFORM-3D Post”，進(jìn)入后處理界面。1.等效應(yīng)變分析：?jiǎn)螕鬝ummary，選擇Deformation，如圖49、圖50所示：圖 48圖 49單擊，選擇Deformation，

14、Strain-Effective，生成等效應(yīng)變圖，如圖51圖52所示：圖 50圖 512、等效應(yīng)力分析：?jiǎn)螕魋ummary ，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(gè)圖可以看出變形結(jié)束后整體應(yīng)力達(dá)到變形過(guò)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：?jiǎn)螕舭粹o，選擇Thermal下的“Temperature”然后選擇Deformation下的Stress中的E

15、ffective，單擊Apply。單擊按鈕，將在顯示界面只顯示坯料。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(diǎn)追蹤：?jiǎn)螕?，在毛坯上選擇具有代表性的6個(gè)點(diǎn)，選擇Next，將會(huì)在后處理窗口顯示6個(gè)點(diǎn)的受壓變化曲線，當(dāng)進(jìn)行受壓演示時(shí)，可在曲線上觀察到所選點(diǎn)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：?jiǎn)螕?，選擇stroke,點(diǎn)擊ok，如圖63所示：圖 63曲線前半部分為彈性過(guò)程，此段曲線斜率較大，很大的載荷形變比較小，

16、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?yàn)樵撎幃a(chǎn)生應(yīng)力集中比較嚴(yán)重，而且與上、下模接觸處同樣因?yàn)槟Σ亮Φ拇嬖诙鴮?dǎo)致坯料所受應(yīng)力變大。毛坯剛開(kāi)始受鍛壓時(shí)，金屬流動(dòng)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(yùn)動(dòng)，只有上模運(yùn)動(dòng)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(shuō)明接觸處的金屬流動(dòng)最劇烈，并且由上到下以此減少。4.在點(diǎn)追蹤方面，由點(diǎn)追蹤變化曲線可以知道，坯料在之前的步驟里，六個(gè)點(diǎn)均不受力，但是隨后由于鍛壓操作作用時(shí)間特別短，所