铜陵学院课程实验报告
实验课程材料成型计算机模拟
指导教师
专业班级
姓名
学号
2014年05⽉11⽇
1 实验⽬的与内容
1.1 实验⽬的
进⼀步熟悉AUTOCAD 或PRO/E 实体三维造型⽅法与技艺，掌握DEFORM 软件的前处理、后处理的操作⽅法与热能，学会运⽤DEFORM 软件分析压缩变形的变形⼒学问题。 1.2 实验内容 运⽤DEFORM 模拟如图1所⽰的圆柱坯压缩过程。
（⼀）压缩条件与参数
锤头与砧板：尺⼨200×200×20mm ，材质DIN-D5-1U,COLD ，温度室温。⼯件：材质DIN_CuZn40Pb2，尺⼨如表1所⽰，温度700℃。
（⼆）实验要求
（1）运⽤AUTOCAD 或PRO/e 绘制各模具部件及棒料的三维造型，以stl 格式输出；
砧板
⼯件
锤头
图1 圆柱体压缩过程模拟
（2）设计模拟控制参数；
（3）DEFORM前处理与运算（参考指导书）；
（4）DEFORM后处理，观察圆柱体压缩变形过程，载荷曲线图，通过轴对称剖分观察圆柱体内部应⼒、应变及损伤值分布状态；
（5）⽐较实验 1与2、3与4、1与3和2与4的模拟结果，出圆柱体变形后的形状差别，说明原因；
（6）提交分析报告（纸质和电⼦版）、模拟数据⽂件、⽇志⽂件。
2 实验过程
2.1⼯模具及⼯件的三维造型
根据给定的⼏何尺⼨，运⽤AUTOCAD或PRO/E分别绘制坯料、锤头和砧板的⼏何实体，⽂件名称分别为
workpiece，topdie，bottomdie，输出STL格式。
混凝土垫块2.2 压缩过程模拟
2.2.1 前处理
建⽴新问题：程序→DEFORM6.1→File→New Problem→Next→在Problem Name栏中填写“Forging”→ Finish→进⼊前前处理界⾯；
单位制度选择：点击Simulation Conrol按钮→Main按钮→在Units栏中选中SI（国际标准单位制度）。 添加对象：点击+按钮添加对象，依次为“workpiece”、“topdie”、“bottomdie”。
定义对象的材料模型：在对象树上选择workpiece →点击General按钮→选中Plastic 选项（塑性）→点击Assign Temperature 按钮→填⼊温度，→点击OK按钮；在对象树上选择topdie →点击General按钮→选中Rigid选项（刚性）→点击Assign Temperature 按钮→填⼊温度，→点击OK按钮→勾选Primary Die选项（定义为extusion dummy block 主动⼯具）→如此重复，定义其它⼯模具的材料模型（不勾选Primary Die选项）。
调整对象位置关系：在⼯具栏点击Object Positioning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；
模拟控制设置：点击Simulation Conrol按钮→Main按钮→在Simulation Title栏中填⼊“tuble extrusion”或“stick extrusion”→在Operation Title栏中填⼊“deform heat transfer”→选中SI选项，勾选“Defromation”选项，点击Stemp按钮→在Number of Simulation Stemps 栏中填⼊模拟步数→Stemp Increment to Save栏中填⼊每隔⼏步就保存模拟信息→在Primary Die栏中选择extusion dummy block（以挤压垫为主动⼯具）→在With Constant Time Increment栏中填⼊时间步长→点击OK按钮完成模拟设置；
实体⽹格化：在对象树上选择workpiece→点击Mesh →在Number of Elements卡上填⼊需要的⽹格数，如15000→点击Generate Mesh →⼯件⽹格⽣成；干油站
说明：⼯模具不作分析，可以不进⾏⽹格划分。
设置对象材料属性：在对象树上选择workpiece→点击Meterial→点击other→选择DIN-CuZn40Pb2→点击Assign Meterial完成材料属性的添加；
设置主动⼯具运⾏速度：在对象树上选择topdie →点击Movement→在speed/force选
膏药制作项卡的type栏上选中Speed选项→在Directiont选中主动⼯具运⾏，如-Y→在speed卡上选中Define选项，其性质选为Constant，填⼊速度值，如1mm/s；
⼯件体积补偿：在对象树上选择workpiece→点击Property→在Target V olume卡上选中Active选项→点击Calculate V olumer按钮→→点击Yes按钮→勾选Compensate during remeshing。
边界条件定义：在⼯具栏上点击Inter-Object按钮→在对话框上选择workpiece—topdie→点击Edit按钮→点击Deformation卡Friction栏上选中Shear和Constant选项，填⼊摩擦系数，如0.4 →点击Close按钮→如此重复，依次设置其它接触关系→点击Generate all按钮点击tolerace 按钮→点击OK按钮完成边界条件设置；
保存k⽂件：在对象树上选择extrusion workpiece→点击Save按钮→点击保存按钮→保存⼯件的前处理信息→重复操作，依次保存各⼯模具的信息。
2.2.2 ⽣成库⽂件
在⼯具栏上点击Database generation按钮→在Type栏选中New选项→选择路径（英⽂）→填⼊数据库⽂件名（英⽂），如forging →点击Check按钮→没有错误信息则点击Generate按钮→完成模拟数据库的⽣成。
2.2.3 退出前处理程序
在⼯具栏上点击Exi按钮，退出前处理程序界⾯。
2.2.4 模拟运算
在主控程序界⾯上，单击项⽬栏中的forging.DB⽂件→单击Run按钮，进⼊运算对话框→单击Start按钮开始运算→单击Stop按钮停⽌运算→单击Summary，Preview，Message，Log按钮可以观察模拟运算情况。
2.3 后处理
模拟运算结束后，在主控界⾯上单击forging.DB⽂件→在Post Processor栏中单击DEFORM-3D Post按钮，进⼊后处理界⾯。
铁硅铝3 实验结果与分析
（1）观察变形过程：点击播放按钮查看成型过程；
（1）（2）
（3）( 4)
（2）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；
(1)(2)
(3) (4)
（3）观察最⼤应⼒分布：在状态变量的下拉菜单中选择Stress—Max pricipal，点击播放
按钮查看成型过程中最⼤应⼒分布及其变化情况；
（1）（2）
（3）（4）
1）⽐较（1）和（2）的颜⾊分布并在每个区域随机⽤⿏标点击⼀些点查看最⼤应⼒值，可以看出：
①摩擦系数为0时，坯料各部分应⼒分布较均匀，处于三向压应⼒状态，为均匀变形。
②摩擦系数为0.4时，坯料各部分应⼒分布不均匀：圆柱体端部的接触⾯附近处于强烈的三向压应⼒状态；在与垂直作⽤⼒轴线呈45°交⾓的区域也处于三向压应⼒状态，但应⼒值较前者较⼩；在与垂直作⽤⼒轴线呈45°交⾓的区域径向向外的区域⾥，最⼤应⼒逐渐由压应⼒变为拉应⼒，该区域为⼆压⼀拉
应⼒状态。该坯料的变形为不均匀变形。
原因：镦粗时，由于受到接触表⾯摩擦⼒的影响，会使接触表⾯附近的⾦属变形受阻。⽽接触表⾯摩擦⼒的影响，沿径向由侧边向中⼼逐渐增强，沿⾼度⽅向由端⾯向中
⼼逐渐减弱，故产⽣不均匀变形。为了保持物体完整性，会出现附加应⼒，从⽽改变物体的应⼒状态。
2）⽐较（3）和（4），其与（1）和（2）应⼒分布情况相似。再⽐较（1）和（3），可以看出：不同⾼度，在相同压下量下，应⼒分布同样较均匀，但最⼤应⼒的⼤⼩有所差异。最后⽐较（2）和（4）可以看出：不同⾼度，在相同压下量下，不均匀变形所对应的各个区域的体积跟最⼤应⼒⼤⼩都有所差异。综上，⾼度对均匀变形和不均匀变形的应⼒状态同样有影响。（4）观察最⼤应变分布：在状态变量的下拉菜单中选择Strain—Effective，点击播放按钮查看成型过程中最⼤应变分布及其变化情况；
（1）（2）
（3）（4）
1）⽐较（1）和（2）的颜⾊分布并在每个区域随机⽤⿏标点击⼀些点查看最⼤应变值，可以看出：
①摩擦系数为0时，坯料各部分应变分布较均匀，为均匀变形。由于坯料在轴向上的为压缩变形且变形量为0.4，根据体积不变定律并参照图中最⼤应⼒值，可知该坯料在径向
和周向均为拉伸变形，所以该坯料处于⼀向压缩两相拉伸应变状态。观察变形前后的坯料形状，还可以发现其形状在变形前后相似，这点符合均匀变形的特点。led斗胆灯
②摩擦系数为0.4时，坯料各部分应变分布不均匀：位于圆柱体端部接触⾯附近，由于受接触⾯摩擦影响较⼤，且远离与垂直作⽤⼒轴线呈⼤致45°交⾓的最有利滑移区域，在此区域内产⽣塑性变形较为困难，为难变形区；处于与垂直作⽤⼒⼤致为45°交⾓的最有利变形区域，且受摩擦影响较⼩，因此在此区域内最易发⽣塑性变形，为易变形区。处于易变形区四周的区域，其变形量介于难变形区与易变形区之间，为⾃由变形区。观察变形前后的坯料形状，便可以发现其形状在变形后呈单⿎形，这正是由于不均匀变形。
2）⽐较（3）和（4），其与（1）和（2）应变分布情况相似。再⽐较（1）和（3），可以看出：不同⾼度，在相同压下量下，应变分布同样较均匀，但最⼤应变的⼤⼩有所差异。最后⽐较（2）和图（4）可以看出：不同⾼度，在相同压下量下，不均匀变形所对应的各个区域的体积跟最⼤应变⼤⼩都有所差异。综上，⾼度对均匀变形和不均匀变形的应变状态同样有影响。
（5）观察破坏系数分布：在状态变量的下拉菜单中选择Damage，点击播放按钮查看成型过程中可能产⽣破坏的情况；
（1）（2）
（3）（4）
由上⾯四幅图可以看出，1,2图破坏系数极⼩⼏乎为0，⽽3,4图破坏系数为0。说明在此镦粗过程中，晶格畸变不是很严重，坯料不容易被破坏。①坯料⽆摩擦，即均匀变形时，其对坯料的破坏很⼩；②坯料有摩擦时，即不均匀变形时，圆柱体侧⾯周向承受附加拉应⼒，但是由于变形程度不⼤，所以对坯料的破坏也很⼩。
（6）成型过程载荷：点击Load Stroke按钮，⽣成变形⼯具加载曲线图，保存图形⽂件为load.png；
(1) (2)
(3) （4）
1)⽐较上图中每条线段可以看出：在开始较短时间内载荷呈线性增⼤，该段时间内的变形为弹性变形，
载荷迅速增加，变形很⼩；在后⾯的所有时间内载荷呈⾮线性增长，该时间内的变形主要为塑性变形，变形较⼤，载荷增长较弹性变形慢。弹性变形阶段，载荷上升的主要原因是原⼦间相互作⽤⼒；塑性变形阶段，载荷上升的主要原因是加⼯硬化。
2)⽐较⽅案⼀和⽅案⼆对应的曲线可以看出：⽅案⼆接触表⾯有摩擦⼒即产⽣不均匀的坯料，塑性变形阶段的载荷曲线⾼于⽅案⼀接触表⾯⽆摩擦即产⽣均匀变形的坯料。这是由于不均匀变形产⽣的附加应⼒，使⾦属的塑性降低，变形抗⼒升⾼。
3)⽐较⽅案三和⽅案四对应的曲线，其与⽅案⼀和⽅案⼆的情况相似。只是载荷⼤⼩有所差异。
4)⽐较⽅案⼀和⽅案三对应的曲线可以看出：相同压下量，均⽆摩擦的这两种情况，⾼度为150的载荷曲线⽐⾼度为250的载荷曲线⾼很多。⽐较⽅案⼆和⽅案四对应的曲线可以看出：相同压下量，摩擦系数相同的这两种情况，⾼度为150的载荷曲线⽐⾼度为250的载荷曲线⾼很多。
（7）点跟踪分析：点击Point Tracking按钮，根据上图点的位置，在⼯件上依次点击⽣成跟踪点，点击Save按钮，⽣成跟踪信息，观察跟踪点的最⼤应⼒、最⼤应变、温度、破坏系数，保存相应的曲线图。
（1）
（2）
3
（4）
1）观察（1）和（3）各跟踪点在变形过程中最⼤应⼒和最⼤应变
里氏木霉
观察(1)中左图和(3)中左图，可以看出：在前⾯极短时间内，为弹性变形，应⼒呈线性变化；后⾯的时间内，主要为塑性变形，呈⾮线性变化。除表⾯⼏个点外，坯料其他各点均为三向压应⼒状态，且应⼒分布较均匀。
观察图(1)中右图和(3)中右图，可以看出：在变形过程中，所有点的最⼤应变呈线性增长，且应变⼤⼩也基本相同，这正符合均匀变形过程的特点。
2）观察（2）和（4）各跟踪点在变形过程中最⼤应⼒和最⼤应变
观察（2）中左图和（4）中左图，可以看出：在变形过程中，应⼒分布不均匀，且变化幅度较⼤。这是因为这两情况的变形为不均匀变形，产⽣⼤量附加应⼒，⽽这些附加应⼒的分布也是不均匀的，所以就出现了图⽰情况。
观察（2）中右图和（4）中右图，可以看出：在变形过程中，应变总体是呈上升趋势的，但是由于不均匀变形，所以各点处的应变⼤⼩不同。
4 实验⼩结
本实验通过ProE和DEFORM对镦粗过程进⾏了模拟，经过⽆摩擦镦粗和有摩擦镦粗之间的对⽐分析，验证了均匀变形和不均
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议