挤压过程模拟分析.docx

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挤压过程模拟分析

挤压过程模拟分析

1.几何模型制造

利用PRO-E软件，建立毛坯，上、下模的实体模型，将实体模型

文件以“*stl”的格式进行保存。

2.将模具坯料导入有限元分析平台

a.打开DEFORlM件，进入DEFOR主界面，单击新建图标，进入

DEFOR前处理界面。

口Import...I

b.打开Gb阿刚对话框，单击'•按钮，弹出“Import

c.接着单击

Geometry”对话框，在所保存的文件中调入毛坯。

按钮，插入上模，在“ObjectType”中选中“Rigid”,

即定义上模的对象类型为刚体。

选中“PrimaryDie”，激活主模具开关。

d用同样的方法调入下模。

结果如下:

3.坯料，模具设置

运动万向、

速度等）

（1）设置“Workpiece”的物理属性、运动方向、速度

单击

Generd

对话框,在温度一栏里输入500。

即坯料的初始温度

为500。

忖應*h对话框，在“NumberofElement”栏中输入

“10000”，

然后点击

preview

按钮，待毛坯出现网格后，单击

Current□bipc|fl）Workpiece

S3

General

Tool

detailedSettings|RemeshCriteria|

□

Geomelry

4“■•—■■■■—_■

Inpoft...i

M—•••■H■■■■■H.M■4

Mesh

B

Material

tt

Movemenl

—5ummary

Numberof：

討od酬11542

SurfacePolegans11380

-NunbetofElements=

4-l

1000

（loom

Elements|G771

300000

E

Advarced

Pieview

GenerateMesh

CheckMeshIManualRemeshI

XDeleteM&shl

单击

■

Material

图标，在弹出的对话框中，选择材料

、按

..„rr，一—一rrI'Assignmaterial

AISI-1045,COLD[70F（20C）]”即卩45钢，然后点击

钮即可。

General

□

Geometry

裁

Mesh

■

Material

些

McMvemenl

ffl

ECC

g

Property

逐

Adv^nc^d

—Current

Name|Al£l-1O4ErOLD（?

0F（；2DCJ]

/Libray¥Defiri曲\

Nanne

吉Assi^erial

l^-'UserLibrary

p■ll■■lll■■Illi■““■Illi■JBIIIHIIIBIHBIIIHIIBIIHIlIBHIBIIiaillBHIBIIIHIIIBIHBIIIHIIBIIHIlIBHIBIIWIII■■IlliHU“■IlliHIIIHBIIIHIl■l■■lll■■IlliMil“■心嚼童迥也到j

t■■O^AIurninumCat住gor»

[*]■■Die_matei（el匚日t&gwji

*-（5l0lherCd嗣ary

衽◎SteirTless_steelCategor』

Category）

*■■QlSLiperalbyCet&gorjj

由■©LTitaniumO剧削

单击乐咖图标，在弹出的对话框中，在“TargetVolume”栏中选择“Active”,然后点击按钮即可。

（2）设置“TopDie”的物理属性（Rigid），运动方向，速度

（1）。

单击

M忌卅图标，在弹出的对话框中，在“Direction”栏中选择“-Y”；在“Speec”栏中，选择“Defined”，在框里输入“1”，结果如下:

HotshorlRotation^

Speed/ForcePress/Hjmmer

General

□

Geomehty

S

Mesh

T心

fIIII■■II■

'f*Speed!

I

UBIIIHIIIBIHBIIIHIIBIIHIIIB

CFarce

Dirsttion

r-z

Mlalerial

|o

w

Movement

s

ECC

Proper^

Advanced

厂Speed

（*Delined|Consent

CUserRoutine|o

CurrentDieStroke

fo

|o

mm

fnm丿sec

厂JpeedLimit

Define...

（3）设置“BottomDie”的物理属性（Rigid），运动方向，速度

（1）。

单击

图标，在弹出的对话框中，在“Direction”栏中选择“+Y”在“Speed'栏中，选择“Defined”在框里输入“1”结果如下:

S3

General

□

beometiii

Mesh

Speed/Fofce

Press/H^mmer

Rotaliorl|Rotation?

-Type

*fT；Speed

ilBllimilBIHBIIIHIIBirHIIli

CForce

0irection

rXPYrz

r-轉

广-Y

r-7

M湎iai

W

Movement

ffi

ECC

囲

Property

&

Advanced

r口画

r

|o

Speed

（*'Dehned

Constant

mm/aec

CUserRoutinep

fo

Define..

=一厂SpeedLimit

mm

—CurrentDre5troke=

fofo

4.模具与坯料关系

（1）选择Input>>lnter-Object

命令（或直接点击韦图标），弹出

如图所示的接触询问对话框，询问：

“目前对象间的关系不存在，是否按默认值建立对象间的关系？

”单击“Yes”按钮。

（2）进入对象间关系设置对话框，系统已默认了上模与毛坯，下模与毛坯的主仆关系。

（3）单击“

（2）TopDie-

（1）Workpiec”关系图标，使其高亮显示,

/Edit...

单击按钮。

（4）进入对象间关系信息设定对话框，在“Constant”栏里选择“Cold

forming（carbidedies）”；接着点击“Thermal”，在“Constant”

栏里选择“Forming”，然后点击“Close”按钮即可。

Inter-ObjectDataDefinition

Close

DeformationThermal|Heating|ToolWeai

Friciion^=

T,pe

J—P0“0・“F•、

f*iShear：

t_l■■■■HJIIIUJll

LCoulomb

Vallie

住Cm?

忖rit

|ao€

厂Function

|f（Time）

cConformingcouplingAdvanced..

S'

Sefwratidn

Separable

Dteri^|SiJslemDefault三]fi

Mon-Separable

生3旳to

/rVt-polherrelations

（4）单击按钮，将上述已定义好的关系信息复制到第二个

关系对中。

如下图所示

韦Inttr-Qbjed：

QK

Cancel

IRelatiori（Mastei-Skw）Sep.|Friction11rterfaceHeat

O

（2）TopDie[1]V/oikpiecYESD.03e（3）B'oHomD-（1JWorkpiecVESDl09

ContactBCC

创二］

/Edit...

Applyto

otki刨relatioTis

roleiflnce器

~mngeneratemilI

Ma£t&rI2-lopDie

Slave11■Workpiece

a-

iniliafee

Restoreraesbt

contactBC匚

单击“OK按钮，退出对象间关系信息设定对话框。

命令（或点击图标鱼）,

li

am

NameandNumber

Unh

OK

RemeshCriteria

Stop

SimulaliortI*le：

|N諭Simddiion□perabonName；lOPERATION1

OperalionNumber:

a51

CEn^ish

-Type

（*IncremenJalC匪歸S⑻e

i-Mode

HeatTrinsfer

CancelI

Iteratcn

ProcessCondition

爲江Advanced

ControlFite

MeshNumber:

Defoimation

|[

Trmnstormaton

Dilfusion

Guin

Heating|Re$閉ance

（2）点击图标进行如下设置:

SimulationControl

Ma卄

OK

Stop

Step

Remesb口i画槁

Iteration

ProccisCortdition

Advanced

1^1ControlFile

sec

GfliwralIAdvanted1|Advanced2

CV/ithConstantTimeIncrementfo

CancelI

5.模拟控制设置

（1）选择Input>>SimulationControls

出现如下界面，选取“Main”菜单进行如下设置：

a.定义单位

制：

点击“Sl”；b.设置模拟类型：

在“Mode栏中在“Deformation”

和“HeatTransfer”上打勾。

simulationControl

（3）点击HI

Iteration

图标进行如下设置:

智SimulationControl

HuMair

Deformation|Temperature|

0K

7Step

Solver

■IlerartionMethod

Cancel1

CConjugate-Gradient

CDirectIteration

t*Sparse

忖Newiton-Raphsor

厂匚onvergenceEriorLimit

'rocessCondition

Advanced

a

ControlFile

VelocityEiror

ForceError

SandV/icfthOptimization

阳5

[0.06

Defoimation

点击

图标，在“Solver”栏中，将“Sparse”

选中；在“IterationMethod”栏中将“Newton-Raphson”选中。

（4）点击壌E

Advanced

图标，在“PrimaryWorkpiece”栏中,

选择“1-Workpiece”。

最后点击『

按钮即可。

选择Input>>Database命令（或点击°图标），弹出数据库生成对话框，选择保存路径，我选择默认保存路径。

点击

Check

按钮，检查数据库文件是否能够生成，当出现

Databasecanbegenerated

时，表示设置的条件合适，数

据库可以生成，如下图所示（若出现错误，应重新修改）

Type

□ose

厂New

|E-\PROBLEMVDEFORM^DEFCFiMlei.DB

BilTQiAISe...

DataChecking

Check

QpataChedking

NumberofotiecU.3卜•智CfieckingSimulalionConlfols□-JCheckingMaterialPropertiesjJ腿CheckingIntei'Mat引i目IDMt

白-9Ctieckin^ObiectData

Obi已Ct1

Object2

._Obiect3

Q-S^CheckingIriterObjedData

!

L”ORebGon1and2

II

\OFielaiion1and3HQDurteChecking■■■■■^^Databasec^nbegenerated

接着点击上竺」按钮，生成数据库文件，单击“7.运算

Generate

StepInfo

Current-1

Fw

Stored60

Close”按钮。

返回前处理界面，返回DEFOR主界面，单击主界面右侧“Simulator”栏的“Start”命令，或单击工按钮，进入提前运算对话框，在本文件上出现“Running”绿色高亮显示标志。

分析运算完成后，此标志消失。

8.后处理在DEFOR主界面中,选中本文件，单击主界面右下角的

PostProcessor

栏下的

DEFORM-BDPost

，进入后处理窗口。

（1）查看等效应变:

在£下拉菜单中，选择“Strain-Efective（等效应变分析状态）”在卫』下拉菜单中，选择“SteP-1”作为起始步，单击■按钮，可在图形显示窗口动态的查看模拟各个步骤的连续的变化过程。

Ibf]fl

St»p1

Strain-Efftztrve

_nfl!

7

-JTI

H

iVI

OBK

Q理

■OKSSI

i0』画

n0305

■c_x«

Au*L^

口“

F

H

亡am□...

■

A

•m

h

Od.

口U1

◎

«dl

I:

込JM.

QRill

step6

0.743

0466

L4

1

6

□

strain-EHMm102

0J9O

0,190

102

㈠

Step14

Strain-EflMn

155

k

113

fTBrj*-JF「■

:

斜

0.773

6

□

0386

0.386

1.55

㈠

step80

Strain-EfMM

363

I

—■

297

2.31

1.65

1.65

3.63

step143

Straini-Effective

551

46S

i-,4;.

w

361

296

2.96

551

单击越按钮，弹出点追踪对话框，用鼠标连续单击工件上的三

个点，各点的坐标会显示在点追踪对话框中，单击“Next”按钮，接受系统默认值，单击“Finish”按钮，系统自动提取这三个点的数据信息。

Strain-Effective

1,49

P4*

1J5

0.803

△

□、飞、

随着挤压过程的不断进行，工件的变形逐渐扩大,

0.458

0.458

1.49

由此图可以看出:

即应变逐渐增大;

由1点和3点的工作状态和曲线变化可知，此两处

的应变虽然呈上升状态，但波浪形表示很不均匀，由于此两处为上、下模边缘与工件的接触部位，容易产生应力集中，更容易产生残余应力，所以图线呈上图状态。

（2）查看最大应变分布:

在垄下拉菜单中，选择“Strain--MaxPrincipal”，点击播放按钮

查看成型过程中的最大应变分布及其变化情况,

接近终了的最大应变

分布如下:

Step110

strain-MaxPmui”

_1.63

120

0774

C

0.347

0347

1.63

从图中可以清晰地看出，在整个挤压过程中应变最大的位置大

都集中在下模与工件接触的边缘的尖的位置。

此时工件部位的变形最

大，即变形最大。

所以在挤压过程中，最容易损坏的部位是这些地方,

应注意。

（3）查看最大应力分布:

在I蒙下拉菜单中，选择“Stress--MaxPrincipal”点击播放按钮

查看成型过程中的最大应力分布及其变化情况,

接近终了的最大应力

分布如下:

Step110

Stress-MaxPrinc

_2150

342

-1460

-3270

-3270

2150

△

□我

V'

从图中可以看出，最大应力出现的区域与最大应变出现的区域大

致相同。

（4）成型载荷分析:

PlotOb|sets

Name

aTne

0WorkpieceRUSTIC

0TopDieF^GID_

-■■■■■■—-■II!

■■-—■!

■—■!

■—■■■n—P"—

rStroke

厂ShowSelectedObiech

SifokeUbiect||尸「和日卅0応

pDi&plajj0ptian-

丽StepTracei

丽AbiolUs

-V-A?

矗

r

YLoad

f?

ELmcJ

XSpeed

YSpeed

ZSpeed

Angnl^rVelcci^

Volume

pOverlay

点击匕■按钮，在弹出的对话框（上图）中，选择“Z-Load”，然后点击“OK按钮生成下图:

LoadPrediction

ZLoad（N）

46914

成型载荷分布

（5）点追踪分析:

单击®按钮，弹出点追踪对话框，用鼠标连续单击工件上的几

个点，各点的坐标会显示在点追踪对话框中，单击“Next”按钮，接受系统默认值，单击“Finish”按钮，系统自动提取这几个点的数据信息。

Step110

P3

P2■

P4

a.在爭下拉菜单中，选择“Strain--MaxPrincipal”，生成下图:

PointTracking

strain（MaxPrincipal）（mm/mm）

跟踪点最大应变分布

由上图可知：

应变整体上市呈上升趋势，因为材料的成型过程中每个质点都产生了小的应变程度，所有质点应变的总和便构成了整个工件的应变，所以总应变是逐渐增大的。

b.在二^下拉菜单中，选择“Stress--MaxPrincipal”，生成下图:

StBp110

Stress-MaxPrincj

2150

342

-1460

-3270

-3270

2150

Stress（MaxPrincipal）（MPa）

1919

PointTracking跟踪点最大应力分布由上图可知：

应力分布是不均匀的，且变化幅度相对较大，因为

在挤压过程中工件的某些部位有很大的不均匀变形，同时附带了大量

的残余应力，然而残余应力在整个工件上的分布也是不均匀的，所以

也就出现了如图所示的情况。

C.在

Damage（）

鲨下拉菜单中，选择“Damage，生成下图:

PointTracking

跟踪点破坏系数分布

由上图可知：

破坏系数整体是增大的，因为随着挤压过程的进行

工件的应变越来越大，不均匀变形也越严重，同时残余应力也增加,金属内部晶格畸变也是越来越严重，则挤压变形的进行就越容易破坏,所以工件的破坏系数是逐渐增加的。