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1、基于DEFORM的半轴套管复合镦挤数值模拟姓名：张珍学号：123119304指导教师：张建专业：材料加工工程目录1 问题描述及分析22 三维建模与DEFORM模拟32.1 创建三维模型32.2 第一次复合镦挤42.3 冲通孔122.4 第二次复合镦挤153 后处理与结果分析173.1流动速度的分布规律173.2 等效应力的分布规律173.3坯料破坏的分布规律184.心得体会181 问题描述及分析半轴套管是汽车后桥上一个重要的保安件,工作时,承受着多种复杂的交变应力。因此,要求零件内部组织致密,流线分布合理,抗疲劳强度高。半轴套管成形工艺一直是汽车锻造业的难题之一。半轴套管的加工工艺方案可分为四
2、步，即下料、第一次复合镦挤、 冲通孔和第二次复合镦挤，如图1所示。a）下料 b)第一次复合镦挤c)冲通孔 d) 第二次复合镦挤图1 半轴套管复合镦挤模拟工艺方案用DEFORM软件进行模拟前,必须对挤压过程的工艺参数进行预设置,本次模拟中,材料采用的是45钢,始锻温度为1100,终锻温度为800。摩擦模型采用的是塑性剪切摩擦,坯料的网格数为10000。凸模预热到300,凹模预热到400。运动速度为10 mm/s，坯料与凸模、凹模的摩擦是切应力摩擦，摩擦因数f=0.08。2 三维建模与DEFORM模拟2.1 创建三维模型 利用UG软件建立凸模、坯料和凹模的实体模型，如图所示，再将各个部件转化为ST
3、L格式。图 2 半轴套管复合镦挤过程的三维实体图2.2 第一次复合镦挤1创建新项目1）打开DEFORM软件，进入DEFORM主界面，单击按钮，更改工作目录。2）单击按钮，进入项目对话框，选择“DEFORM preprocessor”，单击按钮，进入项目设置对话框，选择“Under problem home directory”，单击按钮，进入项目名称对话框，输入项目名“banzhoutaoguan”，单击按钮，进入DEFORM前处理界面。 2. 设置模拟控制初始条件1）单击按钮，弹出“Simulation Controls”对话框，如图3，在 图3 模拟控制初始条件设置“Simulation
4、Title”输入栏中输入模拟名称“fuhedj”。 2）在“Units”一栏中，选中“SI”，即单位类型为国际标准单位制。 3）激活“Deformation”和“Heat Transfer”项，单击按钮，完成设置，退出对话框。3. 创建对象1）导入坯料，设置坯料类型为“Plastic”，温度为11002）导入镦挤凸模1，设置材料类型为“Rigid”，温度为300，并设为“Primary Die”。3）导入凹模1，设置材料类型为“Rigid”，温度为400。整体导入后，结果如图所示。图4 第一次复合镦挤模拟对象几何模型4.划分网格本次模拟对坯料采用相对网格划分方法。选中对象树中的“Workpie
5、ce”坯料对象，使之高亮显示，打开对话框，选取“Tool”标签，在“Number of Elements”中输入1000，单击按钮，划分网格。5. 定义材料选中对象树中的“Workpiece”坯料对象，使之高亮显示，打开对话框，在“Material”输入栏中，单击按钮，弹出“Material Library”对话框，在“Category”栏中选择“Steel”，在“Material label”中选择“AISI-10451650-2200F(900-1200)”,单击按钮，完成材料数据输入。6.设置坯料边界条件选中对象树中的“Workpiece”坯料对象，使之高亮显示，打开对话框，弹出“Pic
6、k nodes”菜单，选择（Surface patch）按钮，单击构成坯料直角的两个平面之一，此时平面上的节点呈红色高亮显示，如图5所示。图5 边界条件设置单击按钮，则在“Symmetry plane”栏下出现对称面的法向矢量。同样的方法添加另一平面，完成坯料的边界条件设置。7. 设置坯料体积补偿选中对象树中的“Workpiece”坯料对象，使之高亮显示，打开对话框，在弹出的对话框中选择“Deformation”标签，激活“Target Volume”栏中的选项，单击下方的体积计算按钮来计算坯料网格和几何的体积，在弹出的体积计算对话框中，单击按钮，则在“Volume”输入栏中自动输入体积计算值
7、。8. 设置对象间关系该模拟阶段涉及坯料与镦挤凸模1、凹模1之间的变形过程和热传导过程，具体操作如下：1) 单击按钮，打开对象间关系设置对话框。2) 单击关系图标，时期高亮显示。3) 单击按钮，弹出关系信息定义对话框，选择“Deformation”标签，在“Friction”项目栏中，选择“Type”选项栏中的“Shear”，并在“Constant”输入栏中输入0.08。4) 选择“Thermal”标签，在“Heat Transfer Coefficient”栏中，选择“Constant”项，单击按钮，选择“Free resting”项，其传热系数“1”便会显示在输入栏中，单击按钮，返回到对象
8、间关系设置对话框。5) 单击按钮，将已定义好的关系信息复制到关系对定义中。6) 单击按钮，接受系统默认接触容差值，接着单击按钮，生成对象间的接触点，单击按钮，退出对象间关系信息设定对话框。9.设置模拟控制信息单击按钮，弹出“Simulation Controls”对话框，打开“Step”模拟步设定菜单。参数如下图6所示：图6 模拟步数设定10.定义驱动条件在对象树中，单击“Top Die”对象，使之高亮显示，打开对话框，设置如图7中参数。图7 驱动条件设定11. 生成数据库文件及分析求解1）单击按钮，然后单击按钮，检查数据库文件是否能够生成，当出现“Database can be genera
9、ted”时，表示设置的条件合适，数据库可以生成。2）单击 按钮，生成“banzhoutaoguan。DB”数据库文件，单击按钮。3）退出前处理界面，返回DEFORM主界面。4）单击主界面右侧“Simulation”栏的“Run”命令，进行分析求解。12.后处理在DEFORM主界面中，选择“banzhoutaoguan.DB”，单击主界面右下角的“Post Processor”栏下的“DEFORM-3D Post”，进入后处理窗口。图8图9分别是第45步时的等效应力和金属流动速度的分布图。图8等效应力分布图 图9金属流动速度分布图13.加载数据库1）在DEFORM主界面中，单击“banzhout
10、aoguan.DB”，使其高亮显示，接着单击主界面右上角“Pre Processor”栏的“DEFORM Pre”，进入前处理界面。2）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几个模拟步，此处选择第45步，单击按钮。14.镦挤凸模2的导入和定位15. 设置模拟控制初始条件16. 设置对象间关系17. 设置模拟控制信息18.定义驱动条件19. 生成数据库文件及分析求解1）单击按钮，然后单击按钮，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，数据库可以生成。2）单击 按钮，生成“banzhoutaoguan。DB”数据库
11、文件，单击按钮。3）退出前处理界面，返回DEFORM主界面。4）单击主界面右侧“Simulation”栏的“Run”命令，进行分析求解。20. 后处理在DEFORM主界面中，选择“banzhoutaoguan.DB”，单击主界面右下角的“Post Processor”栏下的“DEFORM-3D Post”，进入后处理窗口。图10图11分别是275步时的等效应力和金属流动速度的分布图。图10等效应力分布图 图11金属流动速度分布图2.3 冲通孔1.加载数据库，选择第275步，单击“OK”按钮。2.对象导入与定位导入冲孔凸模与垫片，并进行定位，结果如图所示。3.设置模拟控制初始条件4.设置对象间关
12、系5.设置模拟控制信息.6.定义驱动条件7. 生成数据库文件及分析求解1）单击按钮，然后单击按钮，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，数据库可以生成。2）单击 按钮，生成“banzhoutaoguan。DB”数据库文件，单击按钮。3）退出前处理界面，返回DEFORM主界面。4）单击主界面右侧“Simulation”栏的“Run”命令，进行分析求解。20. 后处理在DEFORM主界面中，选择“banzhoutaoguan.DB”，单击主界面右下角的“Post Processor”栏下的“DEFORM-3D Post”，进
13、入后处理窗口。图12图13分别是317步时的金属流动速度和坯料破坏的分布图。图12金属流动速度分布图 图13金属坯料破坏图2.4 第二次复合镦挤1.加载数据库1）在DEFORM主界面中，单击“banzhoutaoguan.DB”，使其高亮显示，接着单击主界面右上角“Pre Processor”栏的“DEFORM Pre”，进入前处理界面。2）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几个模拟步，此处选择第45步，单击按钮。2.更换镦挤凸模和凹模，去除垫片和冲孔凸模原来的镦挤凸模和凹模的几何体在此模拟过程中需要进行更换，即删除以前的模型，更换上新的模型。同时，删除垫片和冲孔凸模的几何形
14、体。结果如图14所示。3.设置模拟控制初始条件4.设置模拟控制信息5.定义驱动条件对两个凸模进行相同的驱动设置，如下图所示。6. 生成数据库文件及分析求解1）单击按钮，然后单击按钮，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，数据库可以生成。2）单击 按钮，生成“banzhoutaoguan。DB”数据库文件，单击按钮。3）退出前处理界面，返回DEFORM主界面。4）单击主界面右侧“Simulation”栏的“Run”命令，进行分析求解。7. 后处理在DEFORM主界面中，选择“banzhoutaoguan.DB”，单击主界面
15、右下角的“Post Processor”栏下的“DEFORM-3D Post”，进入后处理窗口。3 后处理与结果分析3.1流动速度的分布规律通过下图可以看到，坯料在接触凸模和有拐角的地方速度比较快，其他部位流动速度比较均匀。3.2 等效应力的分布规律通过上图可以看出等效应力是在各个拐角处的值最大。3.3坯料破坏的分布规律在坯料上选择了3个点，模拟了各个点的破坏状态曲线图。从图可以看出在下部直筒的破坏最严重。在模具优化设计是需予以考虑。4.心得体会（1）通过本次模拟运用了UG和DEFORM软件，使我进一步熟练了UG和DEFORM软件的运用，加深了建模与分析软件的理解。（2）利用有限元模拟软件模拟半轴套管的成形过程,对其成形过程中关键步的金属流动、等效应力以及破坏规律进行研究，可以预测半轴套管成形过程中可能出现的缺陷,并对出现的缺陷在计算机上进行分析改进,减少试模次数,大大缩短试模周期。