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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。
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第五节其它塑性成形方法随着工业的不断发展，人们对金属塑性成形加工生产提出了越来越高的要求，不仅要求生产各种毛坯,而且要求能直接生产出更多的具有较高精度与质量的成品零件.其它塑性成形方法在生产实践中也得到了迅速发展和广泛的应用，例如挤压、拉拔、辊轧、精密模锻、精密冲裁等。
一、挤压挤压：指对挤压模具中的金属锭坯施加强大的压力作用,使其发生塑性变形从挤压模具的模口中流出,或充满凸、凹模型腔，而获得所需形状与尺寸制品的塑性成形方法.挤压法的特点：（1)三向压应力状态，能充分提高金属坯料的塑性，不仅有铜、铝等塑性好的非铁金属,而且碳钢、合金结构钢、不锈钢及工业纯铁等也可以采用挤压工艺成形。
在一定变形量下，某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢等也可以进行挤压成形。
对于要进行轧制或锻造的塑性较差的材料，如钨和钼等，为了改善其组织和性能，也可采用挤压法对锭坯进行开坯。
(2）挤压法可以生产出断面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变断面的零件。
(3）可以实现少、无屑加工，一般尺寸精度为IT8～IT9,表面粗糙度为Ra3。
2～0。
4μ m,从而(4）挤压变形后零件内部的纤维组织连续，基本沿零件外形分布而不被切断,从而提高了金属的力学性能.（5）材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易于实现生产过程的自动化.挤压方法的分类：1．根据金属流动方向和凸模运动方向的不同可分为以下四种方式：(１)正挤压金属流动方向与凸模运动方向相同，如图2—69所示。
(２）反挤压金属流动方向与凸模运动方向相反,如图2—70所示.（３）复合挤压金属坯料的一部分流动方向与凸模运动方向相同，另一部分流动方向与凸模运动方向相反，如图2—71所示。
（４)径向挤压金属流动方向与凸模运动方向成90°角，如图2—72所示。
图2-69 正挤压图2—70 反挤压图2—71 复合挤压图2-72 径向挤压2．按照挤压时金属坯料所处的温度不同，可分为热挤压、温挤压和冷挤压三种方式：(１）热挤压变形温度高于金属材料的再结晶温度。
第一章 金属材料的性能金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。
使用性能是指材料在使用过程中表现出来的性能，它包括力学性能和物理、化学性能等；工艺性能是指材料对各种加工工艺适应的能力，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等。
本章主要介绍金属材料的力学性能。
金属的力学性能是指材料在各种载荷（静载荷、冲击载荷、疲劳载荷等）作用下表现出来的抵抗变形和破坏的能力。
常用的力学性能指标有：强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
一、强度金属材料在载荷作用下所表现出来的抵抗变形或断裂的能力称为强度。
强度指标一般可通过金属拉伸试验来测定，而静载荷拉伸试验是工业上最常用的试验方法之一。
按标准规定，把标准试样装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷的同时连续测量力和相应的伸长，直至把试样拉断为止，依据测出的拉伸曲线，求出相关的力学性能。
1、拉伸曲线 材料的性质不同，拉伸曲线形状也不相同。
图1-1为退火低碳钢的拉伸曲线，图中纵坐标表示力F ，单位为N ；横坐标表示绝对伸长ΔL ，单位为mm 。
以退火低碳钢拉伸曲线为例说明拉伸过程中几个变形阶段。
（1）OE ——弹性变形阶段 试样的伸长量与载荷成正比增加，此时若卸载，试样能完全恢复原状。
Fe 为能恢复原状最大拉力；（2）ES ——屈服阶段 当载荷超过Fe 时，试样除产生弹性变形外，开始出现塑性变形，此时若卸载，试样的伸长只能部分恢复。
当载荷增加到Fs 时，图形上出现平台，即载荷不增加，试样继续伸长，材料丧失了抵抗变形的能力，这种现象叫屈服；（3）SB ——均匀塑性变形阶段 载荷超过Fs 后，试样开始产生明显塑性变形，伸长量随载荷增加而增大。
F b 为试样拉伸试验的最大载荷；（4）BK ——缩颈阶段 载荷达到最大值Fb 后，试样局部开始急剧缩小，出现“缩颈”现象，由于截面积减小，试样变形所需载荷也随之降低，K 点时试样发生断裂。
图1-1低碳钢的拉伸曲线图Fb Fs Fe F2、强度指标 金属材料的强度是用应力来度量的，即单位截面积上的内力称为应力，用σ表示。
第3章冲压材料3.1 常用冲压材料的种类与规格冲压材料各种各样，但绝大多数是板料、带料、块料、线材、管材及型材用来加工。
材料的种类包括黑色金属、有色金属和非金属材料三大类。
冲压用板料常见种类见表3－1。
表3－1 冲压用板料常见种类钢板是冲压生产中应用最广，数量最多的原材料。
由于产品使用目的与功能要求不同，在冲压生产中所用的钢板种类与形式也各不相同。
按冲压性能的高低可把钢板分为ZF级、HF级、F级、Z级、S级、P级、W级，其中ZF 级性能最高，W级最低。
ZF级、HF级、F级钢板适合于特别复杂的拉延件，Z级、S级、P 级适用于一股复杂的拉延件。
热轧钢板分为S级、P级、W级三个级别。
黑色金属钢板的常用钢号见表3－2。
表3－3 钢板品种与常用规格 mm冲压常用轧制薄钢板的尺寸见表3－4。
表3－4 轧制薄钢板的尺寸（GB/T708－2006） mm3.1.1 热轧钢板热轧钢板的供应状态有两种形式。
（1）经热轧后直接供应的钢板，表面有厚度10μm左石的黑色氧化皮。
氧化皮脆而硬，在冲压成形中，模具容易损坏。
（2）厂商提供经酸洗等表面处理去除氧化皮的热轧钢板。
这种钢板表面粗糙，但有利于润滑，可用于成形工序。
热轧钢板不具有冷轧钢板的结构组织，所以它的冲压性能不如冷轧钢板。
另一方面，热轧钢板的厚度与性能波动大，对冲压加工不利。
除化学成分外，晶粒度的大小对强度应变硬化指数值n等也有影响。
生产中也常用控制制品粒度的方法，对热轧钢板的性能做适当的调整。
由于热轧钢板的价格便宜，现在钢铁企业也在开发冲压性能好，可用于深拉深成形的热轧钢板。
常用热轧钢板的规格见表3－5。
表3－5 热轧钢板的规格（GB/T709－2006） mm3.1.2 冷轧钢板冷轧钢板表面质量好，板材的各种性能和厚度精度等都相当稳定，它是冲压生产中应用最广泛的原材科。
冷轧钢板的主要特点是，利用轧制中的变形与退火中的再结晶处理方法，可获得各向异性指数值r增大的结构组织，改善冷轧钢板的拉伸性能，曲面零件成形时的贴模性能等冲压性能。
金属材料的冲压成型
金属材料的冲压成型
一.冲压成型
冲压成型是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。
板料、模具和设备是冲压加工的三要素。
冲压成型是一种金属冷变形加工方法，所以被称为冷冲压或板料冲压，简称冲压。
它是金属塑性加工的主要方法之一。
冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。
冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。
冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。
冲压工艺与模具、冲压设备利冲压材料构成冲压加工的重要要素，只有它们相互结合才能生产出冲压件，如图1所示。
图1 冲压成型的要素
二.冲压成型的特点
与机械加工及塑性加工的其他方法相比，冲压成型无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。
主要表现如下：
（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。
（2）冲压时由于模具保证丁冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。
（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。
（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其他加热设备，因而是一种省料、节能的加工方法，冲压件的成本较低*
由于冲压具有如此优越性，冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。
例如，在宇航、航空、军工、机械、农机、电子、信息、铁道、邮电、交通、化工、医疗器具、日用电器及轻工等部门都有冲压加工。
不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系。
像飞机、火车、汽车、拖拉机上就有许多大、中、小型冲压件，小轿车的车身、车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。
据有关调查统计，自行车、缝纫机、手表里有80 %是冲压件；电视机、收录机、摄像机里有90 %是冲压件；还有食品金属罐壳、锅炉、搪瓷盆碗及不锈钢餐具都是使用模具的冲压加工产品，即使电脑的硬件中也缺少不了冲压件。
但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成型，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集型产品。
所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。
当然，冲压加工也存在着一些问题和缺点，主要表现在冲压加工时产生的噪声和振动，而操作者的安全事故也时有发生。
不过，这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。
随着科学技术的进步，特别是计算机技术的发展，随着机电一体化技术的进步，这些问题一定会尽快得到解决。
三.冲压工艺
生产中为满足冲压零件形状、尺寸、精度、批量、原材料性能等方面的要求，采用多种多样的冲压加工方法。
概括起来冲压加工可以分为分离工序与成形工序两大类。
1.分离工序
分离工序是使坯料的—部分沿封闭或非封闭轮廓线与另一部分相分离的工序。
其中，不沿封闭轮廓线实现分离的有剪切、修整等，沿封闭轮廊线实现的分离工序主要有落料和冲孔。
落料时被分离的部分为工件，同边为废料；冲孔时校分离部分为废料，周边为成品（如图2）。
通常，分离工序称为冲裁。
冲裁加工由凸模和凹模完成，其过程分为三个阶段，如图3所示。
图2 落料与冲孔示意图图3 冲裁过程 1—凸模，2—凹模，3—坯料
（1）弹性变形阶段凸模下行至接触坯料后．随着凸模的继续下行，坯料内应力逐渐增大，使得坯料产生弹性压缩、弯曲和拉伸等变形，并略微挤入凹模型腔。
此时坯料内应力低于屈服点。
（2）塑性变形阶段凸模继续下行，坯料内应力达到屈服点，材料开始产生塑性变形。
随着凸模的不断压下，材料的变形程度增大，拉应力和弯炬也增大，变形区内材料加工硬化加剧，变形抗力上升，直至坏料内部达到强度极限，并在凸、凹模刃口附近材料内部出现微裂纹。
（3）断裂分离阶段凸模继续下行，已形成的上、下裂纹不断向坯料内部扩展，当上下裂纹相遇时，坯料被剪断分离。
观察冲裁件的断面，发现它具有明显的区域特征。
断面由塌角、光亮带、剪裂带和毛刺四部分组成。
材料塑性越好，光亮带愈宽，冲裁件断面尺寸加精度愈高；反之，剪裂带愈宽。
2.成形工序
成形工序包括拉探、弯曲、翻边和成型等。
（1）拉深
拉深是将扳料冲压成各种开口空心件的加工方法。
用拉深可制造尺寸范围相当广泛的旋转体零件、盒形件及其它复杂形状零件，如车灯壳、汽车油箱、电容器外壳、汽车覆盖件等。
由于拉深零件的种类很多，其不同形状决定丁拉深加工过程中材料变形区的位置、变形的性质以及分布等都有相当大的区别。
在此，仅对拉探中且简单但又最典型的圆筒形件的拉深工艺加以介绍。
将直径为D的平板坯料放在凹模上，在凸模的作用下，坯料校拉入凸模和凹模的间隙中，形成圆筒形空心件。
凸模底部材料基本不变形，厚度基本不变。
简壁部分由坯料外径D减去内径d的环形部分形成，拉探过程中筒壁主要受拉力作用，简壁与筒底间的过渡处坯料变薄较为严重。
拉深时，变形区主要是拉探件的法兰部分。
这部分材料在切向压应力和径向拉应力作用下被强制拉入凹模与凸模间隙内转化为筒壁，筒壁高度逐渐增加（如图4所示）。
图4 拉伸示意图
（2）弯曲
弯曲是格坯料弯成具有一定角度、一定形状的零件的冲压加工方法（图5）。
弯曲时，靠近凸模的坯料内侧材料在切向承受压应力作用，产生压缩变形；而靠近凹模的外测材料在切向承受拉应力作用，产生伸长变形。
坯料越厚，弯曲半径r越小，则外侧材料切向拉应力越大。
当该值达到材料的强度极服时，就会导致弯裂。
因此，必须控制弯曲的最小半径。
材料的塑性越好，坯料的厚度越小，最小弯曲半径可取较小值。
弯曲加工后，由于弹性变形的恢复，将导致弯曲件的角度发生变化，这种现象称为回弹。
回弹降低了弯曲件的几何精度，是弯曲加工中一个非常重要的问题。
为此，在设计弯曲模时应采取必要的措施以减小回弹。
图5 弯曲示意图 1—凸模，2—凹模，3—坯料
（3）翻边
翻边是用扩孔的方法使带孔件在孔口周围冲制出竖直边缘的冲压成形工序，其过程如图6a所示。
将带有预制孔的板坯放在凹模上，凸模向下运动，逐步压人凹模，板坯在凸模压应力作用下，沿孔口按凸模和凹模提供的形状翻出直边。
变形过程中，其变形程度极限受翻出直边的开口处周向拉应力限制，通常用翻边系数k0来表示。
K0越小，变形程度越大，一般k0不小于0.65~0.72。
翻边工序用于生产带凸缘的环类成套筒类零件。
图6 （a）翻边、（b）旋压示意图
（4）旋压
拉深亦可用旋压来完成。
旋压是一种等截面或不等截面成形金屈空心回转体的工艺方法，其变形过程如图6b所示。
将板料顶在一旋转的芯模上，并使其
随芯模旋转，简单的旋压工具对旋转的板料外侧施加局部压力，同时与芯模作相对进给，从而使板坯在芯模上产生连续、逐点地变形。
利用旋压工具绕静止的板坯与芯模旋转，亦可完成旋压。
旋压时，由于金届并不是在压力下通过模具，所以模具往往可以用硬木制造，唯一要求是模具表面必须十分光滑，因模具上的任何粗糙度都会在制成品上显现出来。
旋压工艺无需专门设备，使用简单机床便可。
因此，旋压工艺装备信用低，很适用于小批量生产。
它亦可在大批量生产中用来制造如灯的反射镜，碗形零件、钟形件、管（包括变径管）和车轮轮毂等。
如要旋压大量诸如轮毂类零件，可用金属模具。
