道钉热锻造成形模拟分析报告

1、材料成型软件应用课程上机报告之四 题目：道钉热锻造成形模拟分析报告专 业：材料成型及控制工程班 级：2014 学 号：2014姓 名： 24上机报告之四：DEFORM塑性成形实例道钉成形模拟一、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

2、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图 42.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。

3、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：图 63.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 74.添加坯料、上模、下模：选择中Workpiece，单击按钮，单击 ，

4、定义温度为2000F。如图8所示：图 8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

5、图10至图13所示：图 10图 11图 12图 135. 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2.256. 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 167. 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 Wor

6、kpiece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 178.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图199.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 2010.定义模具的热边界条件： 选中Top Die，单击 按钮，然后选择Hea

7、t 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 2211.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：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

8、个提示选择YES，弹出Inter object窗口。如下图26所示：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 2713.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

9、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：图 2814.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 2915.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

10、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：图 33 图 34 图 3518.进入前处理界面： 回到DE

11、FORM 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图 3719.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 Incr

12、ement to Save为5，P rimary Die 为2，With Die Displacement为0.015。如图40所示：图 39单击按钮，在后Z处输入-0.9，如下图41所示：图 4020.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图 4221. 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：

13、图 43图 44图 4522. 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：图 48图 49单击，选择Deformation，

14、Strain-Effective，生成等效应变图，如图51图52所示：图 50图 512、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：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E

15、ffective，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：图 59图 60图625、力行程曲线：单击，选择stroke,点击ok，如图63所示：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，

16、而在后段塑形变形曲线，较小的载荷变形比较大。五、分析结论1.在应力方面，坯料的上下底面与弯曲侧面相交处所受的力比较大，因为该处产生应力集中比较严重，而且与上、下模接触处同样因为摩擦力的存在而导致坯料所受应力变大。毛坯刚开始受锻压时，金属流动较为剧烈，有应力集中的部位变形尤为明显，在锻压后期，坯料基本成型，基本不发生塑性变形。2.在温度方面，坯料的下底面温度变化最大，其次是上底面与弯曲侧面相交的圆弧处，再其次弯曲侧面，最不剧烈的是心部温度。3.由于下模不发生运动，只有上模运动锻压坯料，所以坯料的下底面很慢发生位移变化，只有坯料上底面部分发生，而且坯料上底面与上模接触处发生的位移最大，说明接触处的金属流动最剧烈，并且由上到下以此减少。4.在点追踪方面，由点追踪变化曲线可以知道，坯料在之前的步骤里，六个点均不受力，但是随后由于锻压操作作用时间特别短，所