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G B阿刚对话框，单击------- ' ----- •按钮，弹出“ Import
Geometry”对话框，在所保存的文件中调入毛坯。

c.接着单击
按钮，插入上模，在“Object Type”中选中“Rigid ”,即定义上模的对象类型为刚体。

选中“ Primary Die ”，激活主模具开关。

d用同样的方法调入下模。

结果如下:
“ 10000”， 然后点击 preview
按钮，待毛坯出现网格后，单击
(1)设置“Workpiece ”的物理属性、运动方向、速度
为 500。

忖應*h 对话框，在“ Numberof Element ”栏中输入
3.坯料，模具设置
速度等)
单击
G enerd
对话框,在温度一栏里输入500。

即坯料的初始温度
运动万
Generate Mesh
按钮.
..
… rr ，一 —一 r r I' Assign material
AISI-1045,COLD[70F(20C)] ”即卩 45 钢，然后点击 --------- --------
钮即可。

Current □bipc| fl ) Workpiece
S3
G eneral
Tool
de tailed Settings | R emesh Criteria |
□ Geomelry
4“■•— ■■■■ —_■
Inpoft (i)
Mesh
B —5 umma ry -----------------
Number of ：討od 酬 11542
Surface Polega ns 11380
-Nunbet of Element s=
4-L
1000
(loom
Elements |G771
300000
E
Advarced
Pieview Generate Mesh
Check Mesh I Manual Re mesh I
X Delete M&shl
单击
■
图标，在弹出的对话框中，选择材料
、按
Currenl Obietj ⑴ Workpiece
1
（2）设置“Top Die ”的物理属性（Rigid ），运动方向，速度（1）。

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:
G eneral
□ Geometry
裁
Mesh
■
Material
些
McMvemenl
ffl
ECC g
—Current -----------------------
Name |Al£l -1O4ErOLD(?0F(；2DCJ]
/Lib ray ¥Defiri 曲 \ Nanne
吉 Assi^ erial
l^-'User Library
p ■ll■■lll ■■ Illi ■“ “■ Illi ■JBIIIHIIIBIHBIIIHIIBIIHIlIBHIBIIiaillBHIBIIIHIIIBIHBIIIHIIBIIHIlIBHIBIIWIII ■■ Illi HU “■ Illi HI IIHBIII HI l■l■■lll ■■ Illi Mil “■
心嚼童迥也到 ________________________________________________ _____
j
t ■■ O^AIurninum Ca t 住 gor»
[*]■■ D ie_matei(el 匚日 t&gwji
* -(5L 0 lher
Cd 嗣 ary 衽◎ S teirTless_steel
Ca tegor 』 Category) * ■■ Q L S Liperalby Ce t&gorjj
由■ ©L T it anium
O 剧削
单击 乐咖图标，在弹出的对话框中，在“ Target Volume ”栏 中选择“ Active ”,然后点击
按钮即可。

单击
Current 0bjec (2) 7ap Die
Speed/Force
P ress/H jmmer
G eneral
（3）设置“Bottom Die ”的物理属性（Rigid ），运动方向，速度（1）。

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:
Hotshorl Rotation^
□
Geomehty
S
Mesh
T 心
f
I I I I ■ ■ I I ■
'f* Speed! I
UBIIIHIIIBIHBIIIHIIBIIHIIIB
C Farce
D irsttion
r -z
Ml ale rial
|o
w
Movement
s ECC
Proper^
Advanced
厂Speed
(* Delined | Consent
C User Routine |o Current Die Stroke
fo
|o
mm
fnm 丿 sec
厂 Jpeed Limit
Define...
单击
Current Objec ⑶ Bottom Die
4.模具与坯料关系
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) Top Die- ( 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 (carbide dies )”； 接着点击“ Thermal ”，在“ Constant ”
S3
G eneral
□ beometiii
Mesh
Speed/Fofce Press/H ^mmer
Rotaliorl | Rotation?
-Type --------- *fT ；Speed
ilBllimilBIHBIIIHIIBirHIIli
C Force
irection
r X P Y
r -轉
广-Y
r -7
M 湎 iai
W
Movement ffi ECC
囲
Property
&
Advanced
(1)选择 Input>>lnter-Object
命令(或直接点击韦图标)，弹出
f
o
Define..
=一厂 Speed Limit
mm
—Current Dre 5 troke=
fo fo
Current Objec ⑶ Bottom Die
栏里选择“ Forming ”，然后点击“ Close ”按钮即可。

书Inter-Object Data Definition
Deformation Thermal | Heating | Tool Weai
c Conforming coupling Advanced..
Sefwratidn ------
S eparable
Dteri^ | SiJslem Default 三]fi
Mon-S e parable
关系对中。

如下图所示
韦Inttr-Qbjed：
I Relatiori(Mastei-Skw) Sep. | Friction 11rterface Heat
O (2) Top Die [1]V/oikpiec YES D.03 e (3) B'oHom D - (1J WorkpiecVES
D L09
Contact BCC
单击“OK按钮，退出对象间关系信息设定对话框。

Close
Friciion^=
T,pe -----
J—P 0 “0 ・“ F
•、
f* iShear：
t_l ■■■■ HJI IIU Jll
L Coulomb
S'
生3旳to
/ rVt -p olherrelations
(4)单击 -----------
按钮，将上述已定义好的关系信息复制到第二个
QK
Cancel
创二］/ Edit... Apply to
otki刨r oleiflnce 器
~mn generate mil
I
M a£t&r I 2 - lop Die Slave 11 ■ Workpiece a- iniliafee Restore raesb t contact BC 匚
5.模拟控制设置
(1)选择 Input>>Simulation Controls
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“ Heat Transfer ”上打勾。

命令(或点击图标鱼),
li
Unh OK Simulaliort I*le ： |N 諭
Simddiion □ perabon Name ； Operalion Number:
a 51
C En^ish
-Type ------------------------- (* IncremenJal C 匪歸 S ⑻e i-Mode
Heat T rinsfer Cancel I
Iteratcn
Process Condition
爲江 Advanced
Control Fite
Mesh Number:
Defoimation |[ Trmnsto rmaton
Dilfusion
Guin
Heating | Re$閉ance
(2)点击
图标进行如下设置:
Simulation Control
OK Remesb 口i 画
槁
Iteration Proccis Cortdition Advanced
1^1
Cancel I
am
Name and Number
Remesh Criteria Stop Ma 卄 Stop
Step sec
Gfliwral I Advanted 1 | Advanced 2
C V/ith Constant T ime Increment fo
simulation Control
厂匚onvergence Erior Limit
图标，在“Solver ”栏中，将“Sparse ” 选中；在“ Iteration Method
”栏中将“ Newton-Raphson” 选中。

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。

据库可以生成，如下图所示（若出现错误，应重新修改）
(3)点击HI
图标进行如下设置:
智 Simulation Control
Hu Mair
Deformation | Temperature | 0K
7 Step
Solver
■ I lerartion Method
Cancel 1
C Conjugate-G radient C Direct Iteration
t* Sparse
忖 Newiton-Raphsor
'rocess Conditio n
Advanced
a
Control File
Velocity Eiror
Force Error
Sand V/icfth Optimization
阳
5
[0.0
Defoimation
点击
（4）点击壌E
图标，在“ Primary Work pi ece ” 栏中,
选择“ 1-Workpiece ”。

最后点击『
按钮即可。

点击
Check
按钮，检查数据库文件是否能够生成，当出现
Database can be generated
时，表示设置的条件合适，数
庖Database Generation
Type □ose
厂New
|E-\PROBLE M VDEFORM^DE FC Fi M lei.DB BilTQiAISe
...
Data Checking Check Qpata Chedking
N umber of otiecU. 3 卜•智
Cfiecking Simula lion Conlfols □ - J
Checking Material Properties j J 腿
Checking I ntei'M at引i目I D Mt
白-9 Ctieckin^ Obiect Data
Obi 已Ct 1
Object 2
. _ Obiect 3
Q-S^Checking IriterObjed Data
! L” O RebGon 1 and 2
I I
\ O Fielaiion 1 and 3 HQDurte
Checking ■■■■■^^Database c^n
be generated
接着点击上竺」按钮，生成数据库文件，单击“7.运算
Generate
Step Info Current -1
Fw
Stored 60
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
Post Processor
栏下的DEFORM-BD Post，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»p 1
Strain -
Efftztrve _ nfl!7
-JTI
H
iVI
OB K Q
理
■ OKSSI i 0』画 n 0 305
■ c_x« A u*L^
口 “
F
H
亡am
□...
■
A
•m
h
O d. 口 U1
◎
«dl
I :
込JM.
Q Rill
step 6
0.743
0466
L 4
1
6 □
strain - EHM M 1
02
0J9O
0,190 102
㈠
Step 14
Strain - EflMn
1 55
k
1 13
f TBrj *- JF 「■
:斜
0.773
6 □
0386
0.386 1.55
㈠
step 80
Strain - EfMM
363 I—■2972.31
1.65
1.65
3.63
2 96 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。

step 143
Straini -
Effective
5 51
4 6S
i- , 4; .
w
361
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
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:
Step 110
strain - Max Pmui” _
1.63
1 20
0774
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。

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--Max Principal ”，点击播放按钮
C
(3) 查看最大应力分布:
在I 蒙下拉菜单中，选择“ Stress--Max Principal ”点击播放按钮
分布如下:
△ □ 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:
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
Step 110
Stress - Max Princ _
2150
342
-1460
-3270
-3270 2150
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:
Load Prediction
成型载荷分布
Plot Ob| sets Name
a Tne 0 Workpiece RUSTIC
0 Top Die F^GID_
-■■■ ■ ■■ — -■II !■■- —■! ■— ■!■
—■■■n —P"—
r Stroke
厂 Show Selected Obiech
Sifoke Ubiect ||尸「和日卅0応
pDi&plajj 0 ptian -
丽 Step T racei 丽 AbiolUs
-V - A?矗
r
YLoad
f? EL MC J
X Speed Y Speed
Z Speed
Angnl^r Velcci^ Volume
p Overlay
Z Load (N)
46914
(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。

Step 110
P3
P2 ■
P4
a.在爭下拉菜单中，选择“ Strain--Max Principal ”，生成下图:
Point Tracking
strai n ( Max Principal) (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--Max Principal ”，生成下图:
StBp 110
Stress - Max Princj
2150
342
-1460
-3270
-3270
2150
Point Tracking
Stress ( Max Principal) (MPa)
1919
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。

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。

C.在
Damage ()
鲨下拉菜单中，选择“ Damage ，生成下图:
Point Tracking。