1、金属塑性成形过程模拟材型 10-3班畅波20100865一、模拟题目采用 ANSYS对圆柱形紫铜管进行挤压分析。如下图示，图 1为圆柱形紫铜管坯料尺寸；图 2为凸模压头尺寸；图 3为凹模尺寸。规定坯料材料选用紫铜，凸模压头及凹模材料为 Cr12MoV，下压量H=30mm，摩擦系数 =0.15。题目分析：紫铜管在挤压过程中会发生塑性变形，因此其模拟属于大变形问题。接触类型属于非线性接触。由于模具与工件均为对称件，因此在模拟过程中建立 1/4三维模型，不仅可以观察工件外部变形情况，同时易于观察内部变形情况。由于 ANSYS中不存在单位，为了数据统一，因此所有参数采用国际统一单位。 图一 图二图三二
2、、材料分析通过查阅相关材料手册，信息如下：紫铜密度：=8.910 3 /m 3；弹性模量：E=12010 9 Pa；泊松比：=0.33；屈服极限 =7510 6 Pa；Cr12MoV密度：=7.85410 3 /m 3；弹性模量：E=22010 9 Pa；泊松比：=0.28；屈服极限 =75010 6 Pa；三、操作过程简要概述：1.建立有限元模型可以通过 Pro/E或者 UG软件建立模型，导入 ANSYS中；或者直接在 ANSYS软件中建立模型。本次模拟选择 ANSYS直接建立模型。 创建凹模平面。首先，以凸、凹模及坯料平面中轴线和凹模底端为坐标轴建立坐标系，根据题目所给尺寸计算关键点坐标并
3、作图；然后，根据关键点坐标连线，连线时要注意线的方向要一致，否则在创建角度线的时候会出现错误（多次错误后总结） 。最后，删除多余线，生成线倒角并旋转凹模生成面，完成凹模的平面的创建。创建坯料平面。创建坯料模型时使用的是角端点坐标建立，角端点建立需要输入坯料左下角的横坐标、纵坐标，坯料的宽度和高度。创建凸模平面。同样采用角端点坐标建立的方法，由于凸模上下表面积不同，故把凸模分成上下两部分分部建立。完成凹模、坯料、凸模平面的建立后，由于模具与工件均为对称件，因此在模拟过程中建立 1/4三维模型，所以旋转 90。模型创建完成。2.选择单元类型（3 种单元类型）Solid 8node 185；Cont
4、act3D target 170（刚性面） ；Contact8 nd surf 174（柔性面） ；3.设置实常数4.定义材料参数5.划分网格多次尝试给定网格大小划分网格不成功，所以选取自由划分形式，为避免错误，划分时，对各部分单独进行划分。6.赋予接触面类型选用 meshtool中的 element attribute将 2种接触单元分别附给模具、工件；7.定义接触对需要创建三组接触对，分别为凸模两部分之间表面接触，凸模与工件上表面接触；凹模与工件后表面接触。8.施加约束与载荷（位移）1）凹模下表面全部固定；2）模具与工件对称面全部施加对称约束；3）凸模下表面施加向下的位移约束；9.求解运算
5、10.结果分析，动画演示详细过程：第一步：更改工作名和工作标题 1）选择 Utility Menu/File/Change Jobname命令，弹出【Change Jobnanme】对话框，在 Enter new jobname中输入新工作文件名changbo，单击 OK按钮，关闭对话框。2）选择 Utility Meum/File/Change Title命令，出现【Change Title】对话框，输入新标题 cb，单击 OK按钮，关闭对话框。第二步：建立模型1）选择 Preprocessor/Modeling/Creat/Keypoints/In Active Cs命令，出现【Creat
6、 Keypoints in Active Coordinate System】对话框。在弹出的对话框中依次输入 1（0.015,0,0） 、2（0.055,0,0） 、3（0.055,0.122,0） 、4（0.0205，0.122,0） 、5（0.0205,0.047,0） 、6（0.015,0.047,0） ，点击 OK按钮，关闭该对话框，结果如图 4所示。图 4 创建关键点2）选择 Preprocessor/Modeling/Creat/Lines/Straight Line命令，弹出【Creat Straight Line】对话框。依次拾取点 1和 2、点 2和3，点 3和 4、点 4
7、和 5、点 1和 6，单击 OK按钮，关闭该对话框，结果如图 5所示。图 5 连接关键点3）选择 Utility Menu/PlotCtrls/Numbering命令，在弹出的【Plot Numbering Controls】 对话框中将 Lines numbers和Keypoint numbers改为 on，其余默认。选择 Utility Menu/Plot/Lines命令，使当前窗口显示线。4）选择 Preprocessor/Modeling/Creat/Lines/At angle to line命令，弹出【Straight line at angle to line】对话框，选择 5号
8、线，单击 OK；然后选择 5号点，单击 OK；在 Angle in degrees中输入 30，结果如图 6所示。图 6 创建角度线5）选择 Preprocessor/Modeling/Delete/Lines Only命令，弹出【Delete Lines Only】对话框，选择 6号线，单击 OK；选择Preprocessor/Modeling/Delete/Keypoints命令，弹出【Delete Keypoints】对话框，选择 6号点，单击 OK，结果如图 7所示。图 7 删除多余线6）选择 Preprocessor/Modeling/Creat/Lines/Line Fillet命令，弹出【Line Fillet】对话框，选择 4号线 7号线，弹出【Line Fillet】对话框，选择 4号线和 7号线，单击 Apply按钮，在Fillet radius中输入 0.002，单击 OK按钮；选择 5号线和 7号线，单击 OK按钮，结果如图 8所示。图 8 生成线倒角7）选择 Preprocessor/Modeling/Creat/Areas/Arbitrary/By Lines命令，弹出【Creat Areas by Lines】对话框，选择屏幕中所有的线，单击 OK按钮，完成凹模旋转面创建，结果如图 9所示。
