DEFORM-2D有限元模拟正反挤压

1、学生学号实验课成绩武汉理工大学学生实验报告书实验课程名称材料成型CAE综合实验开课学院材料学院指导老师姓名学生姓名 学生专业班级成型0802班20112012 学年第*学期实验课程名称：材料CAE综合实验实验项目名称DEFORM-2D软件的操作与实例演练实验成绩实验者专业班级成型0802组别同组者实验日期年 月 日第一部分：实验分析与设计（可加页）一、实验内容描述（问题域描述）了解认识DEFORM-2D软件的窗口界面。了解DEFORM-2D界面中各功能键的作用。掌握利用DEFORM-2D有限元建模的基本步骤 。学会进入前处理、后处理操作。学会对DEFORM-2D模拟得出的图像进行数值分析，得出

2、结论二、实验基本原理与设计（包括实验方案设计，实验手段的确定，试验步骤等，用硬件逻辑 或者算法描述）DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种 成形工艺和热处理工艺。通过在计算机上模拟整个加工过程，帮助工程师和设计人员：设 计工具和产品工艺流程，减少昂贵的现场试验成本。提高工模具设计效率，降低生产和材 料成本。缩短新产品的研究开发周期。DEFORM-2D 适用于各种常见的 UNIX工作站平台（HP，SGI，SUN，DEC，IBM） 和Windows-NT微机平台。可以分析平面应变和轴对称等二维模型。它包含了最新的 有限元分析技术，既适用于生产设计，又方便科学

3、研究。三、主要仪器设备及耗材计算机DEFORM-2D 软件第二部分：实验调试与结果分析（可加页）一、调试过程（包括调试方法描述、实验数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等） DEFORM-2D软件操作流程：一、前处理创建新的问题打开DEFORM-2D软件，单击上如，“New Problem” |班心|,设置好存储路径， 文件名改为英文。设置模拟控制、魅、Cl单击 ，打开Simulation Control窗口，设置单位为SI，如图，其他默认不变。添加新对象单击+两下，添加工件，凸模，凹模。如图1所示二岛 I OPERATION 1 Step -1h-WorkpieceBottom Die

4、建立工件模型可导入工件模型，单击序ImpMDbi丸t.按钮，也可以新建工件模型，单击I VorkpbceGeometry进入编辑界面，输入各参数，如图2划分网格单击此此，设置网格数，如图3所示选择材料单击诸加，这材料列表选择材料，如图4所示，材料选择后单击即如顽丽 确定。(1) WorkpieceTool | Detailed Settings | Remesh Criteria 曲 Import Mesh.Name| Type+ User Library1 System Library十- QjAlunninjrnCategoryj jB&tsMaterialsCategory+ IDie_

5、materialCategory十” potherCategory+ jSt3inles：5_s：teelCategoryjl贤1$启1Category十”Super al IojjCategory. jTitariiunriCatEgory图4设置边界条件：s单击，选择工件上顶点和下顶点，如图5所示，单击如图6所示。iI H HBCC TypeDeJorrmadon-由V目cci也!: X, F四dHPq Pressure L-Fq Force ；-MMoyement p-Shrink Fit -Contact建立凸模、凹模模型。方法如步骤4,输入参数建立。设置挤压步数单击，设置挤压步数，如

6、图7.Simulation ControlMainStepG topRerresh CriteriaIteralicmProcess CorditionAdvancedGeneral Advanced 1Starting Step NumberNumber of Simulation StepsStep Incremtnt to SavePrimary DieSobtion Steps DefinitionAdvanced 2QK |Cancel2 Top DieC*- With EqualDieD虑placementwilh Equal Time Incrementrrm设置凸模挤压速度单击

7、顷叩眠Movement，设置速度，如图8.sMouie- diii/tn宅Inieifei&nceRelefenEe | 1 -Woikpiece |Drecihnr 7Olkd:lRoliordl图811.设置各几何模型的位置关系广 Dlher |d图9单击二进行设置，如图9 12.设置摩擦因子单击口进入界面，点击“Edit”，设置摩擦因子，单击T，单击-eneratea，单击“OK”完StepSI 151gp i51图14图15图16二、实验结果及分析（包括结果描述、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等） 在实验过程中，应遵循实验步骤进行建模，任何参数的设置都必须正确有序，例如先进

8、行模型 的参数设置，再设置几何模型的位置关系，不然运算将会出错。在运算过程中程序本身会进行 自我修复，遇到不可修复的问题时将停止运行，这时需要进入前处理进行改正。三、实验小结、建议及体会通过本次实验，我掌握了利用DEFORM-2D有限元建模的基本步骤。在此过程中了解了各功 能键的作用并能熟稔运用，学会进入前处理、后处理操作。学会对DEFORM-2D模拟得出的图像 进行数值分析，得出结论。在生成数据库时运算中止过，通过进入前处理进行修改，和同学讨论，再次运行获得成功。1)2)3)4)5)挤压凹模D 1=29mm，挤压凹模d1=14mm1.计算机2.DEFORM-2D 软件实验课程名称：材料成型C

9、AE综合实验实验项目名称正挤成型有限元模拟实验成绩实验者专业班级 成型0802班组别同组者实验日期年 月 日第一部分：实验分析与设计（可加页）一、实验内容描述（问题域描述）主要研究影响正挤压变形力的主要因素不同金属材料:10 45 70变形温度：20C 800C 1200C摩擦因子m： 0.1 0.2 0.4挤压速度：10mm/s, 20 mm/s, 40 mm/s正挤压示意图二、实验基本原理与设计（包括实验方案设计，实验手段的确定，试验步骤等，用硬件逻辑或 者算法描述）本次实验是主要研究影响正挤压变形力的主要因素，研究对象有不同金属材料、变形温度、摩 擦因子、挤压速度、凹模锥角。故采用控制变

10、量法进行实验研究。最后根据运算结果进行分析 得出结论。三、主要仪器设备及耗材第二部分：实验调试与结果分析（可加页）一、调试过程（包括调试方法描述、实验数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）本次实验是主要研究影响正挤压变形力的主要因素，研究对象有不同金属材料、变形 温度、摩擦因子、挤压速度、凹模锥角。故采用控制变量法进行实验研究。实验给出的挤压 凹模D 1=29mm，挤压凹模d1=14mm步骤如下：研究不同金属材料其中固定变形温度20C，摩擦因子0.1，挤压速度20mm/S,凹模锥角90。挤压凹模D1=29mm， 挤压凹模d1=14mm，取工件高度为15mm，凹模高度42mm，窄度10m

11、m。划分网格数1000，尺 寸比例取1，下压步数150步，每步下压0.1mm。1）材料为10号钢，牌号AISI-1010,C0LD（20C），运算结果如图1由图可读出最大挤压力为9.03X 105N。Load PredictionQ ODO 3.1580 316 口 4网 0.E320.789Tme (sec)图12）材料为45号钢，牌号为牌号AISI-1045,C0LD（20C），运算结果如图2 由图可读出最大挤压力为1.23X 106N。Load PredictionY Load (N)I ：le-HHGC.3C03.16D_ 0.3193 1790.6393 T98Time (sec)图

12、23）材料为70号钢，牌号为牌号AISI-1070,C0LD（20-500C），运算结果如图3 由图可读出最大挤压力为1.28X 106N。Load Prediction丫 Load (N)1.3504036Time （se匚）图3研究不同变形温度其中固定材料AISI-4210 （20-1200C）摩擦因子0.1,挤压速度20 mm/S,凹模锥角90。挤压 凹模D1=29mm，挤压凹模d1=14mm，取工件高度为15mm，凹模高度42mm，窄度10mm。 划分网格数1000，尺寸比例取1,下压步数150步，每步下压0.1mm。1）变形温度为20C，运算结果如图4，由图可读出最大挤压力为1.23

13、X 106 NLoad PredictianYLaad 叫1.29G4O3GOIED 0 1590J190.477D.63E0 795Time (sec)图42）变形温度为800C，运算结果如图5，由图可读出最大挤压力为4.29X 105 NY Lo-ad (N)i 5 I C-KJJ5Load PrdictiooO.OJD0/1600.3190.J79O.B30Time (sec)3）变形温度1200C，运算结果如图6,由图可读出最大挤压力为1.47X105 N71 |1 5TII，Load Prediction:03：. ?_ C.31ECi.三60.7?5-ii ： ； ； ! ：i图6

14、研究摩擦因子其中固定材料45号钢，牌号AISI-10451650-2200F（900-1200C）,摩擦因子0.1,变形温度 1200C,挤压速度20 mm/S,凹模锥角90。挤压凹模D1=29mm,挤压凹模d1=14mm,取工件 高度为15mm，凹模高度42mm，窄度10mm。划分网格数1000，尺寸比例取1,下压步数 150步，每步下压0.1mm。1）摩擦因子为0.1,运算结果如图7,由图可读出最大挤压力为1.56X105 N _jad (N)1 ,G5b4LLLgd PredictionJ 000 a I58_ L.316O.i75 Li.E33 TTTime (sec)图72）摩擦因子

15、为0.2，运算结果如图8,由图可读出最大挤压力为1.62X105 NLoad Prediction-一ir-SE：一.图 83）摩擦因子为0.4，运算结果如图9,如图可读出最大挤压力为1.84X105 NLoad Predicaon LCD口州L陌C1.JB3 0E4J 0 305 m 图 9YLaad (N)汕小osLoa甘 PredtcEfir*.D.319 DE38 D9571 3BTitre (sec)1 BO研究挤压速度其中固定材料45号钢，牌号AISI-10451650-2200F（900-1200C）,摩擦因子0.4,变形温度 1200C,凹模锥角90。挤压凹模D1=29mm，挤

16、压凹模d1=14mm,取工件高度为15mm，凹 模高度42mm，窄度10mm。划分网格数1000，尺寸比例取1，下压步数150步，每步下压 0.1mm。1）挤压速度10mm/s，运算结果如图10，由图可读出最大挤压速度为1.56X105 N图10 2）挤压速度20mm/s，运算结果如图11，由图可读出最大挤压力为1.77X105 NLe1 Prediction0.00 O.lfiO 0 3330 4810 641 DEO1Time (sec)图113）挤压速度40mm/s，运算结果如图12，由图可读出最大挤压力为2.01X105 NLoad PredictionD.oroDOT1胡D.1E00

17、 2390.3190 39Time (sec)Load PredictionTime (sec)图12研究凹模锥角其中固定材料10号钢，牌号AISI-1010,COLD（20C）,摩擦因子0.1,变形温度20C。挤压凹 模D1=29mm，挤压凹模d1=14mm，取工件高度为15mm，划分网格数1000，尺寸比例取1。1）凹模锥角60，运算结果如图13所示，由图可读出最大挤压力为7.86X105 N图13 2）凹模锥角90，运算结果如图14所示，由图可读出最大挤压力为9.2X105 NLoad PredictionTime (sec)图14 3)凹模锥角120，运算结果如图15所示，由图可读出最

18、大挤压力为9.90X105 NLoad PredictionV Load (N)1 D4e-H3DE0.0000 1E30.327U.4900 6530J316Time (sec)图15凹模锥角180，运算结果如图16所示，由图可读出最大挤压力为1.01X106NLoad (H)27:：i03c-W图 16Load Prediction二、实验结果及分析（包括结果描述、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等） 本次实验是主要研究影响正挤压变形力的主要因素，研究对象有不同金属材料、变形温度、 摩擦因子、挤压速度、凹模锥角。分析如下：1）不同材料。10号钢，45号钢，70号钢，所需最大挤压力

19、分别为9.03X 105N，1.23X 106N。， 1.28X 106N，钢含碳量越高，所需最大挤压力越大。2）变形温度。变形温度20C，800C，1200C，所需的最大挤压力分别是1.23X 106 N，4.29 X105 N，1.47X 105 N实验结果差异明显，说明变形温度越高，挤压难度减小。3）摩擦因子。摩擦因子0.1，0.2, 0.4，三次模拟中最大挤压力分别为1.56X105 N，1.62 X105 N，1.84X105 N。摩擦愈大，挤压力愈大。4）挤压速度。在挤压速度为10mm/s,20mm/s和40mm/s时所对应的最大挤压力分别为1.56 X 105N，1.77X 10

20、5N，2.01X105N，挤压速度越大，最大挤压力略微增加。5）凹模锥角。凹模锥角为60，90，120，180时对应最大挤压力分别为7.86X105 N， 9.2X105 N，9. 90X105 N，1.01X106 N。说明随着锥角增大，挤压力变大。三、实验小结、建议及体会通过本次实验，研究影响正挤压力的主要因素，我对DEFORM-2D面板的各功能键的操作更为 熟悉了，在实验运算过程中出现过很多次的中止，经过与同学的讨论我都一一改正过来，有 时是材料的原因，不断的选择不同的材料，有时通过修正模具与工件的位置关系进行改正， 最后运算成功。实验课程名称：材料成型CAE综合实验实验项目名称反挤成型

21、的有限元模拟实验成绩实验者专业班级 成型0802班组别同组者实验日期年 月 日第一部分：实验分析与设计（可加页）一、实验内容描述（问题域描述）1)2)研究反挤压杯形件毛坯内部的金属流动分区和流线分布；研究反挤压杯形件毛坯内部的多物理场分布；和2对成形力和金属流动的影响。反挤压凹模D2=55mm反挤压凸模d2=33mm二、实验基本原理与设计（包括实验方案设计，实验手段的确定，试验步骤等，用硬件逻辑或 者算法描述）建立模型后运算，通过观察模拟过程，从而研究反挤压杯形件毛坯内部的金属流动分区和流线 分布以及反挤压杯形件毛坯内部的多物理场分布，然后通过控制变量法，改变高径比，模拟运 算后研究不同高径比

22、对成型力和金属流动的影响。四、主要仪器设备及耗材DEFORM-2D软件2.计算机第二部分：实验调试与结果分析（可加页）一、调试过程（包括调试方法描述、实验数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等） 1.研究反挤压杯形件毛坯内部的金属流动分区和流线分布1）建立反挤压模型，如图1，参数如下：材料，10号钢，牌号AISI-1010,C0LD70F（20C）， 变形温度20C，挤压速度20mm/s，摩擦因子0.1。网格数1000，挤压步数330步，每10 步存储一次，每次挤压0.3mm。2）生成数据库，运算完成后进入后处理，单击，设置好起始步和终止步，划分网格10X18,-口 Velcicity设置完成后模拟挤压过程，观察金属流动情况，如图2。单击！泪htM，律谜g pgt 模拟挤压过程，观察流线分布，如图3。Ugity-TEml23.915.9图1图2图32、研究反挤压杯形件毛坯内部的多物理场分布。- 口 Strain运算完成后进入后处理，单击丁，选择：广口 EfEi呢，得到应变图，如图4所示；选择