deform3d课程设计(棒材)

PAGE1-目录TOC\o"1-3"\h\u15826第一章模具尺寸及工艺参数的确定 2187441.1模具尺寸的确定 26891.1.1尺寸选择 240851.1.2根据尺寸绘制平面图形 253931.1.3绘图 3126001.2挤压模拟工艺参数的确定 39591.2.1温度的确定 3232671.2.2速度的确定 3第二章24127Deform模拟过程与模拟分析 469192.1Deform模拟过程 4114012.1.1建立新问题 428522.1.2添加对象 4137972.1.3模拟控制设置 487302.1.4定义对象的材料模型 460142.1.5高速对象位置关系 4191882.1.6网格化划分 4288292.1.7设置对象材料属性 437632.1.8设置主动工具运行速度 4229572.1.9工件体积补偿 5209272.1.10边界条件定义 5175282.1.11生成数据库文件 5270582.2Deform模拟结果分析 559532.2.1观察温度变化 6139692.2.2观察应力分布 786062.2.3观察应变分布 86862.2.4观察金属破坏系数 9167112.2.5速度分析 10181262.2.6载荷分析 11323082.3分析成品棒尺寸对挤压变形的影响 127236总结 1324760参考文献 14第一章模具尺寸及工艺参数的确定1.1模具尺寸的确定选择模具与坯料部分尺寸，并根据给定的主要尺寸，运用AutoCAD绘出挤压过程平面图形；并设计挤压工艺参数。1.1.1尺寸选择模角的选择：锥模的模角为30°工作带长度：挤压黄铜时，工作带一般取8～12mm，考虑到模子的强度取=10mm。工作带直径：工作带直径与实际所挤出的制品直径并不相等。按公式计算，制品直径为=50mm，裕量系数取0.015,则=51mm。出口直径：模子的出口直径一般比工作带直径大3～5mm，因过小会划伤制品表面，取=56mm。过度圆角：工作带与出口的过渡部分：可以做成斜面或以3～5mm的圆弧连接，以增加工作带厚度，取r=3mm。入口圆角半径：为了保证制品表面质量，应在模具入口处用圆弧过渡，入口圆角半径与制品的尺寸、挤压温度金属的强度有关，对黄铜应取2～5mm，取r=3mm。模子的外形尺寸和H：对于棒材、棒材,(1.25～1.45),为棒材最大外径,=50mm，所以100mm，H由挤压机能力的大小选取，一般为20、25、30、40、50、70和100mm,取H=70mm。挤压垫：垫片的外径比挤压筒内径小，卧式挤压机取=0.5～1.5mm，若采用卧式挤压机，取=1mm，所以挤压垫外径为93mm，挤压垫的厚度等于其直径的0.2～0.7倍，取h=20mm。挤压筒：由于挤压制品的外径为90mm,考虑到挤压坯料预热后的装配，所以取挤压筒内径为92mm，挤压筒外径应大致等于其内径的4～5倍，所以取挤压筒外径为374mm,挤压筒长度：按公式(2～3.5)L—锭坯穿孔时金属增加的长度，t—模子进入挤压筒的深度，s—挤压垫厚度，取200mm,=0,t=0,s=20mm,所以=220mm。1.1.2根据尺寸绘制平面图形1.1.3绘图根据绘出的二维产品图，在三维空间绘出三维实体图，成形模具工作部分和所需坯料进行造型，将所得三维实体模型，以stl格式分别输出各零件图形，取好相应的文件名。1.2挤压模拟工艺参数的确定1.2.1温度的确定黄铜在730℃左右塑性最高，挤压过程中的大变形和摩擦产生的热量使挤压温度升高，所以坯料的预热温度定为550℃；挤压模具也要进行预热，如果不预热的话，坯料与挤压模具间温差较大，会产生较大的热转递，从而使坯料的温度分布不均匀，影响成品棒的性能，所以挤压模具也要提前预热，定为400℃。1.2.2速度的确定由于坯料的尺寸较小，为了较为细致地观察到黄铜棒挤压模拟过程，取挤压垫的运动速度为1mm/s。第二章Deform模拟过程与模拟分析2.1Deform模拟过程2.1.1建立新问题程序→DEFORM5.03→File→NewProblem→Next→在ProblemName栏中填写“cfjy”→Finish→进入前处理界面。2.1.2添加对象点击按钮添加对象，依次为“workpiece”,“topdie”,“bottomdie”,，在ObjectName栏中填入mp→点击Change按钮→点击geometry→点击import→选择mp.stl→打开；重复操作，依次添加jyd.stl、jym.stl。2.1.3模拟控制设置点击SimulationControl按钮→Main按钮→在SimulationTitle栏中填入“cfjy”→在OperationTitle栏中填入”deformheattransfer”→选中SI选项，勾选“Heattransfer”和“Defromation”选项→点击Step按钮→在NumberofSimulationSteps栏中填入模拟步数80→StempIncrementtoSave栏中填入每隔2步保存模拟信息→在PrimaryDie栏中选择jyd(以挤压垫为主动工具)→在WithConstantDieDisplacement栏中填入距离步长0.5→点击OK按钮完成模拟设置。2.1.4定义对象的材料模型在对象树上选择mp→点击General按钮→选中Plastic选项（塑型）→点击AssignTemperature按钮→填入温度，如550→点击OK按钮→在对象树上选择jyd→点击General按钮→选中Rigid选项（刚性）→点击AssignTemperature按钮→填入温度，如400→点击OK按钮→勾选PrimaryDie选项（定义jyd主动工具）→如此重复，定义其它工模具的材料模型（不勾选PrimaryDie选项）。2.1.5高速对象位置关系在工具栏点击ObjectPositioning按钮进入对象位置关系调整对话框→根据挤压要求及实体造型调整相互位置关系→点击OK按钮完成。2.1.6网格化划分在对象树上选择mp→点击Mesh→在DetailedSetting选项中打开General标签，选取Absolute绝对划分网格→在SizeRatio栏中，设置尺寸比率为2，MinElementSize中，设置最小单元尺寸为2。→单击SurfaceMesh按钮，进行对象表面网格划分，再单击SoldMesh按钮，生成体网格。2.1.7设置对象材料属性在对象树上选择mp→点击Meterial→点击→点击完成材料属性的添加。2.1.8设置主动工具运行速度在对象树上选择jyd→点击Movement→在speed/force选项卡的type栏上选中Speed选项→在Directiont选中主动工具运行方向+X，在speed卡上选中Define选项，其性质选为Constant,设置速度值1mm/s。2.1.9工件体积补偿在对象树上选择mp→点击Property→在TargetVolume卡上选中Active选项→点击按钮→点击Yes按钮→勾选Compensateduringremeshing。2.1.10边界条件定义在工具栏上点击Inter-Object按钮→在对话框上选择jyd-（1）mp→点击Edit按钮→点击Deformation选项Friction栏上选中Shear和Constant选项，选择摩擦类型HotForging→点击Thermal→选中Constant选项，选择传热类型Fomging→点击Close按钮→单击Applytootherrelations把定义好的关系信息应用到其他对象关系中→点击Generateall按钮点击tolerace按钮→点击OK按钮完成边界条件设置。2.1.11生成数据库文件单击按钮，→单击Check按钮，检查数据库是否生成，当出现Databasecanbegenerated时，表示设置的条件合适，数据库可以生成→单击Generate按钮，生成数据库文件。退出前处理界面，返回DEFORM主界面。单击右侧Simulator栏的Run命令，进行分析求解。2.2Deform模拟结果分析完成模拟的后处理过程，观察模拟过程中工件及挤压工具主要参数的变化，并进行简要的工艺参数对成形过程的影响分析。2.2.1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，从图3-1可以看出，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较高，而与挤压垫相接触的一端温度较低，主要是由于在挤压过程中与挤压垫接触的一端与外界存在着热交换，使温度降低，不接触挤压垫的一端在整个过程中金属流动较剧烈，且因为挤压速度低，散热性不好，温度较接触端高且变化不大。图2-1第80步温度分布图2.2.2观察应力分布在状态变量的下拉菜单中选择Stress-Maxprincipal,点击播放按钮查看成型过程中最大应力分布及变化情况，如图3-2所示。从图中可以清晰地看出，制品中间部位应力分布较均匀，且数值较大，为三向压应力状态，从中还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。图2-2第80步最大应力分布图2.2.3观察应变分布在状态变量的下拉菜单中选择StrainEffective,点击播放按钮查看成型过程中最大的应变分布及其变化情况：终了最大应变分布3-3所示。从图中可以清晰的看出，在整个挤压过程中在工件刚刚进入挤压模的位置的工件的表面部分，即图中黄色部位，主变形量最大，也即应变最大。表面中间位置应变其次，越往出口处应变越小，中心内部位应变较小且均匀，工件两端此时几乎不参与变形，所以应变最小。图2-3第80步等效应变图2.2.4观察金属破坏系数在状态变化下拉菜单中选择Damage，观察金属的破坏系数的变化。在整个过程中，金属受到破坏最大的时候是挤压过程的中间时段；在挤压的任意时刻，破坏只发生在金属刚进入模子的时刻且只发生在金属的表面，由应力应变图知，此处附加应力最大，所以破坏最大。图2-4第80步金属破坏系数图2.2.5速度分析在状态变化下拉菜单中选择VelocityTotalVel,观察金属速度变化，如图3-5所示。金属出模子后的速度，无论是金属内部还是表面都相同且是整个金属流动的最大速度；模子出口处的金属外表面的速度次之，因为此处的金属受到模具的阻力的作用，此部位金属内表面的所受阻力较小，所以速度比外表面大；蓝色部位速度最小，且几乎不变，此部位属于死区，金属难流动，所以速度较低。图2-5第80步速度图2.2.6载荷分析成型过程载荷：点击LoadStroke按钮，生成变形工具加载曲线图，从图3-6可以看出，整个挤压过程的成型载荷力虽然波动较大，但总体上是逐渐增加的，因为挤压前期锭坯填充挤压筒时需要较大的力，随着挤压过程的进行，金属开始流过模孔，此时的挤压力称为突破压力，为挤压力的最大值。达到最大挤压力后，挤压力开始下降，这是因为挤压时间较短，金属冷却的较慢，变形区内金属的温度升高，金属塑性较好，挤压力下降。图形中出现的起伏，主要是因为在挤压过程中DEFORM-3D成型软件进行了多次网络的重划分，产生了均匀应变，挤压力小幅度降低，但挤压力总体上呈上升趋势。图2-6载荷图2.3分析成品棒尺寸对挤压变形的影响成品棒尺寸的不同对应着变性程度或者挤压比的不同。使用同一规格锭坯以不同变性程度进行挤压时，随着模孔直径的减小，外层金属向模孔流动的阻力增大，从而增大了锭坯中心与外层的金属流动速度差。由网格实验知，当变形程度较小时，横向网格线向前弯曲的程度越大，变形与流动不均匀性越大。但是，随着变形程度的增加，横线弯曲的更为陡峭，即由抛物线转变为一条近似的折线。折线上各点的剪切变形值近似相等。对挤压制品断面取样进行机械性能测定知，当变形程度在60%时，制品内外层机械性能差别最大。当变形程度增大到90%时，因变形深入内部其内外性能趋于一致。所以成品棒尺寸变化时，即变形程度不同，会对制品表面质量以及制品内部机械性能产生一定的影响。此外，成品棒尺寸对挤压力也有一定的影响，其对挤压力的影响是通过摩擦力产生作用的。当制品尺寸较大时，金属坯料与挤压模工作带之间的接触面积也越大，导致摩擦力也增加，从而挤压力增大。总结作为一名机械系材控专业大三的学生，我觉得能做有关黄铜棒材在Deform软件中的课程设计是十分有意义。在已度过的两年半大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，我想说的是Deform黄铜棒材模拟挤压课程设计作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属运用全英文的Deform-3D模拟软件，这充分考查了我们的英语水品及运用软件熟练程度。为了让自己的设计更加完善，更加符合模拟要求，一次次翻阅参考书籍是十分必要的，同时也是必不可少的。作为一名专业学生掌握一门或几门制图软件同样是必不可少的，我在整个模拟设计过程中都用到了CAD实体绘图。用CAD制图方便简洁，易修改，速度快，我的设计工艺图就是在CAD上设计出来的，然后以stl格式输出保存，再运用Deform-3D模拟软件设置各项数据进行前处