(完整word版)DEFORM-2D有限元模拟正反挤压

学生学号123456 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
2011 —2012 学年第一学期
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）
1．了解认识DEFORM-2D软件的窗口界面。

2．了解DEFORM-2D界面中各功能键的作用。

3．掌握利用DEFORM-2D有限元建模的基本步骤。

4．学会进入前处理、后处理操作。

5．学会对DEFORM-2D模拟得出的图像进行数值分析，得出结论
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，又方便科学研究。

三、主要仪器设备及耗材
1.计算机
2.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
1. 创建新的问题
打开DEFORM-2D软件，单击，“New Problem”,设置好存储路径，文件名改为英文。

2.设置模拟控制
单击，打开Simulation Control窗口，设置单位为SI，如图，其他默认不变。

3.添加新对象
单击两下，添加工件，凸模，凹模。

如图1所示
图1
4.建立工件模型
可导入工件模型，单击按钮，也可以新建工件模型，单击，，，进入编辑界面，输入各参数，如图2
图2
5.划分网格
单击，设置网格数，如图3所示
6.选择材料
单击，这材料列表选择材料，如图4所示，材料选择后单击
确定。

图3
图4
7.设置边界条件
单击,选择工件上顶点和下顶点，如图5所示，单击完成，如图6所示。

图5 图6
8.建立凸模、凹模模型。

方法如步骤4，输入参数建立。

9.设置挤压步数
单击，设置挤压步数，如图7.
图7
10.设置凸模挤压速度
单击，，设置速度，如图8.
图8 图9
11．设置各几何模型的位置关系
单击进行设置，如图9
12.设置摩擦因子
单击进入界面，点击“Edit”，设置摩擦因子，单击，单击，单击“OK”完成，如图10
图10 图11
13.生成数据库
单击，，，完成数据库的生成，保存后推出。

二、求解
1.单击“File”“Change Browse Location”，找到先前存储的文件路径，打开，单击或
，如图11所示，当计算中止时应单击，单击“First”进行改正。

三、后处理
当运算完成后单击，单击观看模拟过程，如图12所示。

单击，查看变形力随时间变化的曲线，如图13所示。

单击，分别查看应力关系（图14），应变关系（图15），挤压件损坏程度（图16）
图12 图13
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。

实验课程名称：材料成型CAE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
1) 不同金属材料:10 45 70
2) 变形温度： 20℃ 800℃ 1200℃
3) 摩擦因子 m： 0.1 0.2 0.4
4) 挤压速度:10mm/s, 20 mm/s, 40 mm/s
5) 凹模锥角:60° 90° 120° 180°
挤压凹模D1=29mm，挤压凹模d1=14mm
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
1.计算机
2.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）
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D1=29mm，挤压凹模d1=14mm步骤如下：
1.研究不同金属材料
其中固定变形温度20℃，摩擦因子0.1，挤压速度20㎜/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)材料为10号钢，牌号AISI-1010,COLD(20C)，运算结果如图1
由图可读出最大挤压力为9.03×105N。

图1
2）材料为45号钢，牌号为牌号AISI-1045,COLD(20C)，运算结果如图2 由图可读出最大挤压力为1.23×106N。

图2
3）材料为70号钢，牌号为牌号AISI-1070,COLD(20-500C)，运算结果如图3 由图可读出最大挤压力为1.28×106N。

图3
2.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㎜/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20℃，运算结果如图4，由图可读出最大挤压力为1.23×106 N
图4
2）变形温度为800℃，运算结果如图5，由图可读出最大挤压力为4.29×105 N
图5
3）变形温度1200℃，运算结果如图6，由图可读出最大挤压力为1.47×105 N
图6
3.研究摩擦因子
其中固定材料45号钢，牌号AISI-1045[1650-2200F(900-1200C)]，摩擦因子0.1，变形温度1200℃，挤压速度20㎜/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1.56×105 N
图7
2）摩擦因子为0.2，运算结果如图8，由图可读出最大挤压力为 1.62×105 N
图8
3）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1.84×105 N
图9
4.研究挤压速度
其中固定材料45号钢，牌号AISI-1045[1650-2200F(900-1200C)]，摩擦因子0.4，变形温度1200℃,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）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1.56×105 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1.77×105 N
图11
3）挤压速度40mm/s，运算结果如图12，由图可读出最大挤压力为2.01×105 N
图12
5.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20℃。

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7.86×105 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9.2×105 N
图14
3）凹模锥角120°，运算结果如图15所示，由图可读出最大挤压力为9.90×105 N
图15
4）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1.01×106 N
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）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，所需最大挤压力分别为9.03×105N，1.23×106N。

，1.28×106N，钢含碳量越高，所需最大挤压力越大。

2）变形温度。

变形温度20℃，800℃，1200℃，所需的最大挤压力分别是1.23×106N，4.29×105 N，1.47×105 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1.56×105 N，1.62×105 N，1.84×105 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1.56×105N，1.77×105N，2.01×105N，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7.86×105 N，9.2×105 N，9.90×105 N，1.01×106 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) 研究反挤压杯形件毛坯内部的金属流动分区和流线分布;
2) 研究反挤压杯形件毛坯内部的多物理场分布;
3) 研究坯料高径比分别为 0.5、 1 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对成型力和金属流动的影响。

四、主要仪器设备及耗材
1.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,COLD[70F(20C)]，
变形温度20℃，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，
设置完成后模拟挤压过程，观察金属流动情况，如图2。

单击，
模拟挤压过程，观察流线分布，如图3。

图1 图2 图3
2、研究反挤压杯形件毛坯内部的多物理场分布。

运算完成后进入后处理，单击，选择，得到应变图，如图4所示；选择，得到应力图，如图5所示。

图4
图5
3、研究研究坯料高径比分别为 0.5、 1 和2 对成形力和金属流动的影响。

建立三组高径比的几何模型，选择材料10号钢，牌号AISI-1010,COLD[70F(20C)]，变形温度20℃，挤压速度20mm/s，摩擦因子0.1。

模拟结果如下：
1）高径比为0.5时，如图6
2）高径比为1时，如图7
3）高径比为2时，如图8
图6 图7 图8
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）1）由图2可以看出，网格在凸模圆角处变形明显，工件底部基本无变形，说明圆角处金属流动明显，应力集中。

2）由图4可以看出凸模倒角处应变集中，向外呈扩散减小趋势，到挤压件外壁基本无应变；图5可以看出凸模倒角应变集中，工件壁部几乎无应变。

3）由图6,7,8可以看出，随着高径比的增大，变形力也增长。

三、实验小结、建议及体会
通过本次实验，我学会了发挤压成形的有限元模拟，对建立模型的过程更加熟练，学会了更多的后处理操作，加深了对DEFORM-2D的了解与认识，虽然实验过程中遇到很多问题，经过与同学的探讨我理解的更加透彻。