道钉

《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：

上机报告之四：DEFORM塑性成形实例—道钉成形模拟

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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TopDie沿－Z方向以2in/c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｜Newproblem|Next｜Next，在弹框内输入“SPK—SIM”,

点击Finish按钮,进入前处理窗口。如图错误!未定义书签。图4所示:

图3

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图3

2。设定模拟控制：

单击按钮，打开模拟控制窗口，将SimulationTitle改为Spikeforging，并将Operation

Name改为heattransfer。确定这个单元被设置为English，而且只有HeatTransfer被激活。

如图5所示：

图错误!未定义书签。

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NumberofSimulationSteps为50,设置Step

IncrementtoSave为5，aConstantTimeIncrement为1秒.如图6所示：

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3。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4

4。添加坯料、上模、下模:

选择中Workpiece，单击按钮，单击，定义温度为2000F。

如图8所示:

图5

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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6

单击按钮，选择,X|Programfile|SFTC｜V10.0|3D|

LABS（X为安装磁盘)，选择“Spike_"，添加坯料；选择目标树下TopDie,单击按

钮，选择,X｜Programfile|SFTC｜V10。0|3D|LABS，选择“Spike_TopDie1。STL”,

添加上模；同样方法添加下模。如图10至图13所示：

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图7

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图8

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5。测量坯料尺寸：单击按钮，在坯料上选点，如下图14所示：

图9

测量得半径为1,高为2.25

6.坯料划分网格：

选中“Workpiece”，单击按钮，在“NumberofElement”中输入10000，将实体

网格划分为10000个网格，单击GenerateMesh，如图15、图16所示：

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图10

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7。定义坯料的边界传导条件：

单击按钮,然后选择HeatExchangewithEnvironment，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Workpiece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:

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8。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11

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图19

9。上下模材料类型的选择：

选中TopDie，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BottomDie材料,如下

图20、图21所示:

图12

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10.定义模具的热边界条件：

选中TopDie,单击按钮，然后选择HeatExchangewithEnvironment，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13

选中BottomDie,作如上述操作,如下图23所示:

图14

11。调整毛坯和模具的位置关系：

单击跳出ObjectPosioning窗口，选中Interference，在ApporachDirection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：

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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Interobject按钮，会出现一个提示选择YES，弹出Interobject窗口。如下图26

所示：

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图15

定义物间从属关系，点击按钮Edit,在Constant后面选择Freeresting，模具和毛坯之间的

传递系数自动设为0.0003，单击Clo返回上一窗口，如下图27所示：

图16

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Bottomdie—Workpice的关系上，在单击按钮，最后选择Generalall按钮，

如下图28所示:

图17

13.调整毛坯和模具的位置关系:

单击跳出ObjectPosioning窗口，选择Positionobject(要移动的物体）：Topdie，选

择Reference（参照物）:Workpiece，选中Interference,在ApporachDirection中选择—Z方向

Interference值为0。0001，单击apply，如下图29所示:

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14.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：

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15.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：

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再点击Generate，生成“.DB”文件,

图18

关闭窗口。然后在界面左上角点击File｜Saveas,生成“.key”文件，将文件名保存为

“”.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DEFORM3D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PostProcessor（后处理）

下的“DEFORM—3DPost”，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:

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图19

图错误!未定义书签。图20

18.进入前处理界面:

回到DEFORM3D主界面,选中“”文件，点击DEFORM—3DPre，选择最

50步进入前处理界面。如图37、图38所示：

图21

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图22

19。改变控制参数:

单击按钮，打开模拟控制窗口，将SimulationTitle改为Spikeforging，并将Operation

Name改为outtting。OperationNumber设为2确定这个单元被设置为English，选中

Deformation和HeatTransfer被激活。如图39所示：

图23

单击来进行步骤控制的观察,设置NumberofSimulationSteps为60，设置Step

IncrementtoSave为5，PrimaryDie为2,WithDieDisplacement为0。015.如图40所示:

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单击按钮，在后Z处输入—0。9，如下图41所示：

图24

20。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：

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图25

21。设置毛坯和模具的摩擦系数:

选择按钮Interobject。。,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：

图26

图27

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22。改变上模的速度

在成形阶段,模具需要运动,所以要改变Topdiel的速度选中Topdie，点击Movement

按钮，speed大小设为2in/c方向为—Z,如下图47所示：

图错误!未定义书签。

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：

图错误!未定义书签。

四、模拟结果分析

。进入后处理界面:点击“SPK—"文件，单击PostProcessor下的“DEFORM—

3DPost"，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：

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图错误!未定义书签。

单击，选择Deformation,Strain-Effective，生成等效应变图，如图51图52所示:

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2、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28

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:

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图错误!未定义书签。图29

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Effective，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30

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图错误!未定义书签。

再选择TopDie和BottomDie重复上面操作如下图58图59所示:

图错误!未定义书签。图31

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：

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图错误!未定义书签。

图32

图62

5、力—行程曲线：单击，选择stroke，点击ok，如图63所示:

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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，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,所以曲线图上显示几乎是一条与横坐标轴垂直的

线。

六、总结

这次上机实验是通过道钉的成形过程来学习热传导以及热成形的分析。在这次实验的知

识点有：导入模具和工件的STL格式的几何图形文件，给工件划分网格,在相互正交的平面

上施加对称边界条件.学会的新知识有热边界条件的设置,定义和调整毛坯和模具的接触关系

还有热传递分析的基本步骤等等。

在这次上机实验里需要进行多次的前处理，运算以及后处理,整个过程显得比较复杂。

特别是在定义边界条件和设置摩擦系数还是不太熟悉导致后处理分析发现问题，这说明自己

还是需要上课认真听讲下课多加练习。