道钉热锻造成形模拟分析报告

材料成型软件应用材料成型软件应用 课程上机报告之四课程上机报告之四 题目 道钉热锻造成形模拟分析报告题目 道钉热锻造成形模拟分析报告 专专 业 材料成型及控制工程业 材料成型及控制工程 班班 级 级 2014 学学 号 号 2014 姓姓 名 名 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 1 一 问题描述一 问题描述 模拟道钉热锻造成形 这里将会在 3D 环境下利用模具和坯料的轴对称只使用它的 1 4 进行模拟 半径为 1 高为 2 25 的道钉经行热锻造分析 如下图 1 图 2 所示 坯料温度 2000F 坯料材料为 AISI 1025 1800 2200F 1000 1200C 上下模具材料为 Carbide 24 Cobalt 图 1 图 2 二 问题分析二 问题分析 对坯料及上下模进行划分 10000 个网格 首先阶段进行模拟控制模具的总移动时间是 10s 将操作划分为 50 步 所以每一步的时间为 0 2s 下一个阶段进行镦粗模拟 设置好 模拟参数进行镦粗 采用下模不动上模运动的方式 设置 Top Die 沿 Z 方向以 2in sec 的速度运动 最后对模型进行数据分析 三 模拟计算三 模拟计算过程过程 1 创建一个新文件 File New problem Next Next 在弹框内输入 SPK SIM 点击 Finish 按钮 进入前处理窗口 如图 3 图 4 所示 图 3 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 2 图 4 2 设定模拟控制 单击 按钮 打开模拟控制窗口 将 Simulation Title 改为 Spike forging 并将 Operation Name 改为 heat transfer 确定这个单元被设置为 English 而且只有 Heat Transfer 被激活 如图 5 所示 图 5 模具的总移动时间是 10s 既然这是一个热传递的分析 需要定义步骤为一个时间的 功能和一个模具的行程 将操作划分为 50 步 所以每一步的时间为 0 2s 单击来进行步骤控制的观察 设置 Number of Simulation Steps 为 50 设置 Step Increment to Save 为 5 a Constant Time Increment 为 1 秒 如图 6 所示 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 3 图 6 3 创建新的物体 单击 两次按钮 直到完成上 下模如图 7 所示 图 7 4 添加坯料 上模 下模 选择中 Workpiece 单击按钮 单击 定义温度为 2000F 如图 8 所示 图 8 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 4 坯料材料类型的选择 同样单击 按钮 选择 在弹框中 选择 Steel 中的 AISI 1025 1800 2200F 1000 1200C 单击 Load 按钮 如图 9 所示 图 9 单击 按钮 选择 X Program file SFTC V10 0 3D LABS X 为安装磁盘 选择 Spike Billet STL 添加坯料 选择目标树下 Top Die 单 击 按钮 选择 X Program file SFTC V10 0 3D LABS 选择 Spike TopDie1 STL 添加上模 同样方法添加下模 如图 10 至图 13 所示 图 10 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 5 图 11 图 12 图 13 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 6 5 测量坯料尺寸 单击按钮 在坯料上选点 如下图 14 所示 图 14 测量得半径为 1 高为 2 25 6 坯料划分网格 选中 Workpiece 单击 按钮 在 Number of Element 中输入 10000 将实 体网格划分为 10000 个网格 单击 Generate Mesh 如图 15 图 16 所示 图 15 图 16 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 7 7 定义坯料的边界传导条件 单击 按钮 然后选择 Heat Exchange with Environment 坯料和被选中的特征 线将被显示出来 选取坯料弯曲侧面 上表面 下表面为热交换边界面 被选中的颜色变 为绿色 在选中 Workpiece 的前提下 点击按钮设定毛坯的初始温度为 2000 F 如下图 17 所示 图 17 8 划分模具网格 选中上模然后单击输入网格数为 10000 单击 Generate 按钮 确认生成网格 同理选中下模进行同样操作 如下图 18 图 19 所示 图 18 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 8 图 19 9 上下模材料类型的选择 选中 Top Die 单击按钮 点击 弹框中在 Die Material 项中选择 Carbide 24 Cobalt std 点击 Load 按钮导入材料 选中下模用同样方法导入 Bottom Die 材料 如 下图 20 图 21 所示 图 19 图 20 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 9 10 定义模具的热边界条件 选中 Top Die 单击 按钮 然后选择 Heat Exchange with Environment 选取上模 弯曲侧面 上表面 下表面为热交换边界面 被选中的颜色变为绿色 如下图 22 所示 图 21 选中 Bottom Die 作如上述操作 如下图 23 所示 图 22 11 调整毛坯和模具的位置关系 单击跳出 Object Posioning 窗口 选中 Interference 在 Apporach Direction 中选择 Z 方 向单击其右侧 Interference 值为 0 0001 单击 apply 如下图 24 图 25 所示 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 10 图 23 图 24 然后单击 OK 跳出一个对话框再单击 OK 12 定义毛坯和模具的接触关系 单击 Inter object按钮 会出现一个提示选择 YES 弹出 Inter object 窗口 如下图 26 所示 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 11 图 25 定义物间从属关系 点击按钮 Edit 在 Constant 后面选择 Free resting 模具和毛坯之间 的传递系数自动设为 0 0003 单击 Close 返回上一窗口 如下图 27 所示 图 26 点击按钮 这个操作的意义是将 TopDie Workpiece 的接触关系 直接等效到 Bottom die Workpice 的关系上 在单击按钮 最后选择 General all 按钮 如下图 28 所示 图 27 13 调整毛坯和模具的位置关系 单击 跳出 Object Posioning 窗口 选择 Position object 要移动的物体 Top die 选 择 Reference 参照物 Workpiece 选中 Interference 在 Apporach Direction 中选择 Z 方向 Interference 值为 0 0001 单击 apply 如下图 29 所示 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 12 图 28 14 定义毛坯和模具的接触关系 这个步骤与第 12 个步骤前操作相同 这里就不再重复描述 如下图 30 所示 图 29 15 保存问题并进行模拟运行 单击 按钮 选择 Check 检查 检查是否有遗漏 当显示中出现 说明可以进行运算 如下图 31 图 32 所示 图 30 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 13 图 31 再点击 Generate 生成 DB 文件 图 32 关闭窗口 然后在界面左上角点击 File Save as 生成 key 文件 将文件名保存为 SPK SIM key 之后单击 按钮 选择 Yes 退出前处理窗口 16 第一次后处理 进入后处理界面 退出前处理后进入 DEFORM 3D 的主界面 点击 SPK SIM DB 文件 单击 Run 进行结果计算 当完成第 50 步运算后结束 单击 Post Processor 后 处理 下的 DEFORM 3D Post 进入后处理界面 17 观察温度变化图 单击按钮 分别选择坯料和上下模然后选择 Thermal 下的 Temperature 如图 34 图 35 图 36 所示 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 14 图 33 图 34 图 35 18 进入前处理界面 回到 DEFORM 3D 主界面 选中 SPK SIM DB 文件 点击 DEFORM 3D Pre 选择最 50 步进入前处理界面 如图 37 图 38 所示 图 36 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 15 图 37 19 改变控制参数 单击按钮 打开模拟控制窗口 将 Simulation Title 改为 Spike forging 并将 Operation Name 改为 outsetting Operation Number 设为 2 确定这个单元被设置为 English 选中 Deformation 和 Heat Transfer 被激活 如图 39 所示 图 38 单击来进行步骤控制的观察 设置 Number of Simulation Steps 为 60 设置 Step Increment to Save 为 5 P rimary Die 为 2 With Die Displacement 为 0 015 如图 40 所示 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 16 图 39 单击按钮 在后 Z 处输入 0 9 如下图 41 所示 图 40 20 定义毛坯速度边界条件 单击按钮 因为这是一个关于 YZ 和 XZ 平面对称的物体 所以分别选择两个 对称面 选一个面然后点击按钮 如下图 42 图 43 所示 图 41 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 17 图 42 21 设置毛坯和模具的摩擦系数 选择按钮 Inter object 选中 Edit 然后在 Deformation 中将 Constant 设为 0 3 在 Thermal 中 Constant 设为 Forming 然后点击 如下图 44 图 45 图 46 所示 图 43 图 44 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 18 图 45 22 改变上模的速度 在成形阶段 模具需要运动 所以要改变 Top diel 的速度选中 Top die 点击 Movement 按 钮 speed 大小设为 2in sec 方向为 Z 如下图 47 所示 图 46 之后单击按钮 选择 Yes 退出前处理窗口 进行模拟 Run 如下图 48 所示 图 47 四 模拟结果四 模拟结果分析分析 进入后处理界面 点击 SPK SIM DB 文件 单击 Post Processor 下的 DEFORM 3D Post 进入后处理界面 1 等效应变分析 单击 Summary 选择 Deformation 如图 49 图 50 所示 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 19 图 48 图 49 单击 选择 Deformation Strain Effective 生成等效应变图 如图 51 图 52 所示 图 50 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 20 图 51 2 等效应力分析 单击 summary 选择 Deformation 单击 Stress 选择 Effection 生成等效应力曲线 如图 53 所示 图 52 单击 选择 Stress Effective 分别选择第 90 步和 110 步再单击 Apply 如图 54 图 55 所示 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 21 图 53 图 54 从上面两个图可以看出变形结束后整体应力达到变形过程中最大值 最大应力集中在 边缘等尖锐边角处 坯料中心处应力最小 3 温度分析 单击按钮 选择 Thermal 下的 Temperature 然后选择 Deformation 下的 Stress 中的 Effective 单击 Apply 单击按钮 将在显示界面只显示坯料 如图 56 图 57 所 示 图 55 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 22 图 56 再选择 Top Die 和 Bottom Die 重复上面操作如下图 58 图 59 所示 图 57 图 58 从图中可以看出上下模均是中心处热量最高 周围逐渐降低 4 点追踪 单击 在毛坯上选择具有代表性的 6 个点 选择 Next 将会在后处理窗口 显示 6 个点的受压变化曲线 当进行受压演示时 可在曲线上观察到所选点的受力情况 如图 60 图 61 图 62 所示 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 23 图 59 图 60 图 62 5 力 行程曲线 单击 选择 stroke 点击 ok 如图 63 所示 上机报告之四 DEFORM 塑性成形实例 道钉成形模拟 24 图 63 曲线前半部分为弹性过程 此段曲线斜率较大 很大的载荷形变比较小 而在后段塑形变 形曲线 较小的载荷变形比较大 五 分析结五