下载文档原格式
铜陵学院课程实验报告实验名称圆柱体压缩过程模拟实验课程材料成型计算机模拟实验一圆柱体压缩过程模拟1实验目的与内容1.1 实验目的进一步熟悉 AUTOCAD或 PRO/E实体三维造型方法与技艺，掌握 DEFORM软件的前处理、后处理的操作方法与技能，学会运用 DEFORM软件分析压缩变形的变形力学问题。
1.2实验内容运用 DEFORM模拟如图 1 所示的圆柱坯压缩过程。
锤头工件砧板图 1圆柱体压缩过程模拟（一）压缩条件与参数锤头与砧板：尺寸200×200×20mm，材质 DIN-D5-1U,COLD，温度室温。
工件：材质 DIN_CuZn40Pb2，尺寸如表 1 所示，温度室温。
表 1实验参数序号圆柱体直径，圆柱体高度，摩擦系数，滑锤头运动速压缩程度， % mm mm动摩擦度， mm/s1100150012021001500.21203100250012041002500.2120（二）实验要求（1）运用 AUTOCAD或 PRO/e绘制各模具部件及棒料的三维造型，以 stl 格式输出；（2）设计模拟控制参数；（3）DEFORM前处理与运算（参考指导书）；（4）DEFORM后处理，观察圆柱体压缩变形过程，载荷曲线图，通过轴对称剖分观察圆柱体内部应力、应变及损伤值分布状态；（5）比较方案 1 与 2、3 与 4、1 与 3 和 2 与 4 的模拟结果，找出圆柱体变形后的形状差别，说明原因；（6）提交分析报告（纸质和电子版）、模拟数据文件、日志文件。
2实验过程2.1 工模具及工件的三维造型根据给定的几何尺寸，运用 AUTOCAD 或 PRO/E 分别绘制坯料、锤头和砧板的几何实体，文件名称分别为 workpiece， topdie，bottomdie，输出 STL 格式。
2.2 压缩过程模拟2.2.1 前处理建立新问题：程序DEFORM6.1 Name 栏中填写“ Forging”Finish File New Problem进入前处理界面。
基于DEFORM的长径比对热镦GCr15球坯质量影响的模拟研究绪论对于GCr15轴承钢的制造而言，直径在25mm以下时通常采用冷镦工艺，当直径超过25~28mm时，由于变形抗力过大，模具损坏严重，通常采用热镦或热轧工艺，以减小变形抗力，提高尺寸精度，保证机械性能。
因此，本文中直径为45mm的GCr15钢球制造采用热镦工艺。
长径比，即圆棒料的长度和直径之比（L/D），在轴承钢球热镦工艺设计中是一项重要的参数。
长径比过大时，坯料长而细，锻压时容易产生弯曲，造成局部应力过大，模具损坏严重，甚至有“闷车”危险；长径比过小时，坯料粗而短，锻造完成后两极组织疏松，赤道组织致密，造成整体致密度不均与，光球和研磨后圆度合格率不高。
根据实际生产工艺手册，对于热镦轴承钢球的制造，圆棒料段长径比一般取1.8~2.3，获得最好的球坯质量。
实际生产也别是热镦成型，如果把多个不同长径比的料段分别实验，则耗资耗时。
因此利用有限元模拟软件DEFORM-3D进行模拟仿真，结合实际生产的钢球球坯，以及热镦Φ45mm GCr15轴承钢球坯为例，综合了球坯成型情况，温度场、应力场、最大主应力场分布、锻压力五个指标，探讨最佳的棒料段长径比。
1. 模拟准备工作本次模拟是对经验工艺手册的检测，验证根据经验制定的生产工艺是否真正的是最合理的。
此次模拟选用的例子是已经批量生产的一个零件———轴承滚子，其是通过热模锻的方法加工成球坯，然后经过一系列工序完成成品的生产。
滚子直径为45mm，其球坯工艺图和三维图如图1、2所示，球坯选取的材料为AI-SI-52100[1650~2200F(900-1200°C)](中国牌号GCr15），工艺为热锻工艺，模具材料选用AI-H-13[1450~1850F（800-1000°C）]（中国牌号4Cr5MoSiV1），整个热镦过程持续时间为1s。
图1 球坯镦后平面图图 2 球坯镦后三维图根据绪论中描述的实验方案，我们确定不同的料径比的坯料进行模拟，但是要保证所有坯料的体积基本上与已经实际生产的坯料体积相同，这样对比起来才能够更严谨，具体尺寸如下表1：表1 不同料径对应的长径比/（mm）D 30 31 32 33 34 35L 77.67 72.74 68.26 64.19 60.47 57.06L/D 2.59 2.35 2.13 1.95 1.78 1.63因为整个模具和坯料都是对称的，因此我们只选取1/4的坯料和模具进行模拟，全部坯料初始模拟状态如下图3。
学生学号实验课成绩学生实验报告书实验课程名称材料成型数值模拟设计实验开课学院材料学院指导教师姓名学生姓名学生专业班级成型1001班2012-- 2013学年第二学期实验教学管理基本规范实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平与质量的重要依据。
为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高学生质量，特制定实验教学管理基本规范。
1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参照执行或暂不执行。
2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。
3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。
每部分均在实验成绩中占一定比例。
各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。
各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。
4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。
教师要在实验过程中抽查学生预习情况，在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。
5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。
在完成所有实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。
6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。
附表：实验考核参考内容及标准观测点考核目标成绩组成实验预习1．预习报告2．提问3．对于设计型实验，着重考查设计方案的科学性、可行性和创新性对实验目的和基本原理的认识程度，对实验方案的设计能力20%实验过程1．是否按时参加实验2．对实验过程的熟悉程度3．对基本操作的规范程度4．对突发事件的应急处理能力5．实验原始记录的完整程度6．同学之间的团结协作精神着重考查学生的实验态度、基本操作技能；严谨的治学态度、团结协作精神30%结果分析1．所分析结果是否用原始记录数据2．计算结果是否正确3．实验结果分析是否合理4．对于综合实验，各项内容之间是否有分析、比较与判断等考查学生对实验数据处理和现象分析的能力；对专业知识的综合应用能力；事实求实的精神50%实验课程名称材料成型数值模拟实验项目名称利用DEFORM模拟镦粗锻造成型实验成绩实验者专业班级成型1001班组别同组者实验日期2013年4月8日第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）一、实验目的1）了解认识DEFORM软件的窗口界面。
目录1、问题的建立及导入几何体 12、设置坯料 23、划分网格 34、设置边界条件 45、上下模设置 56、模拟控制 67、位置关系确定78、接触关系设置79、生成数据库文件810、模拟811、后处理9分析问题零件坯料简化模型•工艺参数•几何体和工具采用1/16来分析•单位：英制（English）•材料（Material）:AISI-1045•温度（temperature）: 常温（68F）•上模速度:1in/sec•模具行程：0.6in1、问题的建立及导入几何体（1）在主窗口的左上角单击按钮，创建新问题。
（2）在弹出的问题类型界面中默认进入普通前处理，单击按钮。
（3）在弹出的问题位置界面中使用默认选项，然后单击按钮。
（4）在下一个界面中输入问题名称SquareRing,如图所示。
就进入前处理模块.2、设置坯料（1）单击按钮，物体默认Wordpiee不变，物体类型采用默认的塑料体。
温度默认为常温68°F不改变。
单击按钮，选择材料库中的Steel→AISI—1045，COLD,如图所示，单击按钮加载。
（2）此时默认选中Workpiece物体,单击按钮来定义坯料的几何体。
然后单击按钮，在弹出的对话框中选择安装目录下DEFORM3D\V6_1\Lab的SquareRing_Billet.STL文件导入。
（3）单击按钮，进行几何检查。
单击按钮检查几何的法向，结果如图所示。
再次单击按钮隐藏法向。
3、坯料网格划分在Objects窗口中，选中物体Workpiece,单击按钮进入网格划分窗口，采用默认的8000网格数量。
单击按钮来生成网格。
4、设置边界条件选中物体Workpiece,单击按钮，选中图标，选中如图所示的对称面1，单击按钮，增加（1,0,0）对称面。
分别选择斜对面和底对称面，并单击按钮增加相应对称面。
当3个对称面都被添加好后，边界条件区域看起来如图5、上下模设置（1）单击按钮，增加Top Die。
学生实验报告书实验课程名称材料成型数值模拟开课学院材料学院指导教师姓名学生姓名学生专业班级2011 -- 2012 学年第二学期实验课程名称材料成型数值模拟点击，增加一个新问题，出现问题设置窗口。
保持系统设置不变，单击图1单击”窗口。
在该窗口中选择系统单位为“SI”，其他按钮退出窗口。
如图2.1所示：图2.13.增加新对象通过单击对象树下等插入对象按钮，添加Top Die 和Bottom Die。
使之加亮显示，单击按钮，为新增对象建立几何模型。
单击图4.1图5单击图标，打开模拟控制窗口，再单击step按钮进入步控制，依次对各项进行设置，使步数与每步进给量的积等于压下量，单击ok退出，如图6.1所示：图6.1然后在“simulation control”中设置stop停止内容，如图6.2所示：单击图8.1图8.2Inter-Object”设定单击按钮，由于当前没有设定关系，会弹出一个对话框询问是否希望系统添加默认的按钮后，进入过盈对象关系设定窗口，如图9.1所示：图9.1图9.2单击图标，然后单击Generate All按钮，毛坯与凸凹模的接触即生成，接触处出现所示，单击Ok退出。
图9.3凸模运动参数的设置，待其高亮显示后单击Movement图标，设定凸模的运动参数，如图单击图11 退出前处理窗口单击保存按钮，关闭前处理窗口。
Deform求解打开一个刚才生成xufujia-28.DB的文件图3.1单击按钮图3.23.输出载荷行程曲线单击图标，按图3.3（a）所示进行设置，单击Ok得到载荷行程曲线，如图图3.3(b)在模型基础上，分别改变凸模压下速度（5、10、15mm/s）进行模拟测量三种速度下对应的、盲孔直径D2、下凸台直径D3、盲孔深度H1、下凸台高。
课程名称材料成型数值模拟仿真实验名称利用DEFORM3D模拟镦粗锻造成型成绩实验者专业班级组别同组者实验日期年月日第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）一、实验目的1）了解认识DEFORM-3D软件的窗口界面。
2）了解DEFORM-3D界面中功能键的作用。
3）掌握利用DEFORM-3D有限元建模的基本步骤。
4）学会对DEFORM-3D模拟的数据进行分析。
二、实验原理DEFORM-3D是在一个集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性进行模拟仿真分析。
适用于热、冷、温成形，提供极有价值的工艺分析数据。
如：材料流动、模具填充、锻造负荷、模具应力、晶粒流动、金属微结构和缺陷产生发展情况等。
DEFORM- 3D功能与2D 类似，但它处理的对象为复杂的三维零件、模具等。
不需要人工乾预，全自动网格再剖分。
前处理中自动生成边界条件，确保数据准备快速可靠。
DEFORM- 3D模型来自CAD系统的面或实体造型（STL/SLA）格式。
DEFORM -3D 是一套基于工艺模拟系统的有限元系统(FEM)，专门设计用于分析各种金属成形过程中的三维(3D) 流动，提供极有价值的工艺分析数据，有关成形过程中的材料和温度流动。
典型的DEFORM-3D 应用包括锻造、挤压、镦头、轧制,自由锻、弯曲和其他成形加工手段。
三、实验步骤1．DEFORM前处理过程（Pre Processer）进入DEFORM前处理窗口。
了解DEFORM前处理中的常用图标设置模拟控制增加新对象网格生成材料的选择确立边界条件温度设定凸模运动参数的设置模拟控制设定设定对象间的位置关系对象间关系“Inter-Object”的设定生成数据库退出前处理窗口2．DEFORM求解（Simulator Processer）3．DEFORM后处理（Post Processer）了解DEFORM后处理中的常用图标。
铜陵学院课程实验报告实验名称圆柱体压缩过程模拟实验课程材料成型计算机模拟指导教师张金标. 专业班级10 材控（2）姓名孟来福学号 1 0 1 0 1 2 1 0 5 82013年05月14日实验一 圆柱体压缩过程模拟1 实验目的与内容1.1 实验目的进一步熟悉AUTOCAD 或PRO/E 实体三维造型方法与技艺，掌握DEFORM 软件的前处理、后处理的操作方法与热能，学会运用DEFORM 软件分析压缩变形的变形力学问题。
1.2 实验内容运用DEFORM 模拟如图1所示的圆柱坯压缩过程。
（一）压缩条件与参数锤头与砧板：尺寸200×200×20mm ，材质DIN-D5-1U,COLD ，温度室温。
工件：材质DIN_CuZn40Pb2，尺寸如表1所示，温度室温。
（二）实验要求砧板工件锤头图1 圆柱体压缩过程模拟（1）运用AUTOCAD或PRO/e绘制各模具部件及棒料的三维造型，以stl格式输出；（2）设计模拟控制参数；（3）DEFORM前处理与运算（参考指导书）；（4）DEFORM后处理，观察圆柱体压缩变形过程，载荷曲线图，通过轴对称剖分观察圆柱体内部应力、应变及损伤值分布状态；（5）比较方案1与2、3与4、1与3和2与4的模拟结果，找出圆柱体变形后的形状差别，说明原因；（6）提交分析报告（纸质和电子版）、模拟数据文件、日志文件。
2 实验过程2.1工模具及工件的三维造型根据给定的几何尺寸，运用AUTOCAD或PRO/E分别绘制坯料、锤头和砧板的几何实体，文件名称分别为workpiece，topdie，bottomdie，输出STL格式。
2.2 压缩过程模拟2.2.1 前处理建立新问题：程序→DEFORM5.03→File→New Problem→Next→在Problem Name栏中填写“Forging”→ Finish→进入前前处理界面；单位制度选择：点击Simulation Conrol按钮→Main按钮→在Units栏中选中SI （国际标准单位制度）。
