实验一 典型零件的热模锻分析

一、实验目的

培养学生综合利用DEFORM有限元软件进行金属塑性成形加工手段的模拟能力。

二、实验任务

    (1) 熟悉DEFORM有限元软件的操作命令。

(2) 通过热模锻有限元模拟成形过程，了解热模锻的工艺特性，熟悉热模锻模拟前处理、求解和后处理等操作过程。

(3) 通过热模锻有限元模拟成形过程，了解工件在成形过程中的应力变化情况，工件几何尺寸的变化情况等。

三、实验要求

（1）实验报告需写上初始设置参数，如总模拟步数、模拟计算步长、对象网格数、对象材料、运动速度、摩擦系数等相关资料。

（2）实验报告上配有相应的分析结果模拟图及数据。

四、实验步骤

4.1 问题描述与分析

以DEFORM软件提供的几何体作为工件和模具，构成热模锻的分析对象，其中模具材料为热作模具钢，工件从加热炉中取出的初始温度为1000~2000F。（具体温度值由个人自己确定）

非等温热模锻仿真过程不仅要模拟模锻过程，还要模拟热传导过程。因此，整个仿真模拟过程分为以下三个阶段进行：

（1）第一个模拟阶段——热传导过程：工件加热后移动到模具的过程中，在空气中的移动时间为5~30秒（具体数值由个人自己确定），该阶段工件与外界环境发生热传导。

（2）第二个模拟阶段——热传导过程：工件移至到下模上后，在进行锻造之前，停留在下模具上的时间为2~10秒（具体数值由个人自己确定），该阶段工件与下模发生热传导。

（3）第三个模拟阶段——模锻过程：工件在上、下模作用下被锻压变形。

在分析过程中根据轴对称性，选择工件和模具的1/4对称面来进行分析，以此减小模拟时间。

4.2 第一个模拟阶段——工件与外界环境热传导模拟

1．创建新项目

打开DEFORM软件，进入DEFORM前处理界面。

2．设置模拟控制初始条件

注意：设置模拟计算步长：在“Solution Step Definition”栏中选中“With Time Increment”，下拉菜单中选择“Constant”，其输入栏中输入相应值，该值=。

3．输入对象模型

4．划分网格

注意：第一模拟阶段中，仅有工件与外界环境发生热传导，因此只对工件进行网格划分。

5．定义材料

6．设置热传导边界条件

第一模拟阶段中，仅有工件与外界环境发生热传导，因此只需对工件设置热传导边界条件，即进行工件的上表面、下表面、圆柱面的热传导边界条件设置。

7．生成数据库文件及分析求解

8．后处理

4.3 第二个模拟阶段——工件与下模热传导模拟

1．加载数据库

进入前处理界面，弹出的对话框，询问要打开数据库中的第几个模拟步，此处选择最后一步。

激活对象树中的工件，使其高亮显示，打开对话框，在“Temperature”栏显示目前系统默认的温度值不再是设置的初始温度。

2．设置模拟控制初始条件

注意：设置模拟计算步长：在“Solution Step Definition”栏中选中“With Time Increment”，下拉菜单中选择“Constant”，其输入栏中输入相应值，该值=。单击按钮，退出模拟控制菜单。

3．对象间定位

该模拟阶段中，工件位于下模上，即需要将工件移动到了下模的上表面。

4．设置模具属性

该模拟过程中，工件与下模发生热传导，因此需要设定模具的温度。

5．模具网格划分

6．定义模具材料

7．设置热传导边界条件

进行上模的上表面、内表面、圆柱面，即除了上模两个对称面以外的所有表面的热传导边界条件设置

进行下模的上表面、下表面、圆柱面这三个表面的热传导边界条件的设置。

8．设置对象间关系

该模拟阶段只分析工件与下模之间的热传导过程，因此仅涉及传热问题，而不存在摩擦问题。

9．生成数据库文件及分析求解

10．后处理

4.4 第三个模拟阶段——模锻过程

1．加载数据库

进入前处理界面，弹出数据库中模拟步选择对话框，询问要打开数据库中的第和个模拟步，此处选择最后一步。

2．设置模拟控制初始条件

注意：设置模拟计算步长：在“Solution Step Definition”栏中选中“With Die Displacement”，下拉菜单中选择“Constant”，其输入栏中输入模拟计算步长，该值为工件最小单元边长的1/3。

3．对象间定位

该模拟阶段中，上模向下移动到工件上表面，即工件与上模存在接触关系。

4．设置变形边界条件

前两个阶段设置了热传导边界条件，该模拟阶段涉及工件的变形，因此需要设置变形边界条件。

（1）选择工件的两个对称面完成变形边界条件设置

（2）设置模具的变形边界条件

1）选中上模的两个对称面完成上模的边界条件设置。

2）选中下模的两个对称面完成上模的边界条件设置。

5．设置驱动条件

设置上模的位移驱动。

6．设置对象间关系

同时设置摩擦和热传导关系。

7．生成数据库文件及分析求解

8．后处理

五、思考题

1、网格划分大小对仿真过程的影响？

2、步长设置对仿真分析过程的影响？

 

 

 

 

 

实验二 挤压过程模拟分析

一、实验目的

培养学生综合利用DEFORM有限元软件进行金属塑性成形加工手段的模拟能力。

二、实验任务

(1) 熟悉DEFORM有限元软件的操作命令。

(2) 通过有限元模拟成形过程，了解工件在成形过程中的应力变化情况，工件几何尺寸的变化情况等。

三、实验要求

（1）实验报告需写上初始设置参数，如总模拟步数、模拟计算步长、对象网格数、对象材料、运动速度、摩擦系数等相关资料。

（2）实验报告上配有相应的分析结果模拟图及数据。

四、实验内容

对挤压过程仿真过程 进行以下分析：

（1）进行变形分析；或变形+热分析。

（2）调用DEFORM软件安装目录下的C:\DEFORM3D\V6_1\LABS中的几何体，DEFORM软件提供以下5组几何体：

1）工件——nut-cutoff；模具——nut-die1；nut-punch1，如图1所示。

   

(a)组合模型                    (b)分析结果

图1 工件与模具几何体1

2）工件——nut-cutoff；模具——nut-die2；nut-punch2，如图2所示。

    

(a)组合模型                    (b)分析结果

图2 工件与模具几何体2

3）工件——nut-cutoff；模具——nut-die3；nut-punch3，如图3所示。

    

(a)组合模型                    (b)分析结果

图3工件与模具几何体3

4）工件——nut-cutoff；模具——nut-die4; nut-punch4，如图4所示。

    

(a)组合模型                    (b)分析结果

图4 工件与模具几何体4

5）工件——nut-cutoff；模具——nut-die5；nut-punch5，如图5所示。

    

(a)组合模型                    (b)分析结果

图5  工件与模具几何体5

（3）设置各相关数据。

（4）提取分析结果的变形图及数据图。

五、思考题

1、相对网格划分、绝对网格划分、局部细划的区别？

2、在设置驱动条件时，驱动类型、运动方向和运动速度的设置对仿真过程的影响？