第4章鍛壓模擬基本過(guò)程

1、第第4章章 鍛壓模擬基本過(guò)程鍛壓模擬基本過(guò)程北大出版社配套電子課件北大出版社配套電子課件【本章學(xué)習(xí)目標(biāo)【本章學(xué)習(xí)目標(biāo)】 了解DEFORM-3D鍛壓分析的基本過(guò)程； 掌握DEFORM-3D分析建立模型的基本步驟； 掌握DEFORM-3D軟件的基本過(guò)程；【本章教學(xué)要點(diǎn)【本章教學(xué)要點(diǎn)】知識(shí)要點(diǎn)能力要求相關(guān)知識(shí)DEFORM-3D鍛壓分析過(guò)程了解DEFORM-3D鍛壓分析的基本過(guò)程前處理、求解及后處理過(guò)程DEFORM-3D建立模型的基本步驟掌握DEFORM-3D分析建立模型的各個(gè)基本步驟的基本操作，掌握其含義問(wèn)題的建立，物體的設(shè)置、模擬的設(shè)置及步驟DEFORM-3D的后處理了解液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)的計(jì)

2、算方法過(guò)程顯示、變量的顯示和曲線的獲得導(dǎo)入案例 鍛件的鍛壓成形過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的彈塑性大變形過(guò)程，既有材料非線性，又有幾何非線性，再加上復(fù)雜的邊界接觸條件的非線性，這些因素使其變形機(jī)理非常復(fù)雜，很難用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)關(guān)系式來(lái)進(jìn)行描述，從而導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制的難度增大。采用Deform軟件對(duì)大變形生產(chǎn)工序進(jìn)行模擬分析和控制，能有效起到對(duì)鍛件生產(chǎn)的指導(dǎo)作用。鍛壓產(chǎn)品 4.1問(wèn)題分析問(wèn)題分析鍛壓基本成形 此案例是一個(gè)基本的鐓粗成形工序。 工藝參數(shù): 幾何體和工具采用整體分析 單位：英制（English） 工件材料（Material）:AISI-1045 溫度（temperature）:常溫（6

3、8F） 上模速度:1in/sec 模具行程：2.6in 建議模型主要在前處理模塊進(jìn)行，前處理是有限元分析的主要步驟，它所占用的操作時(shí)間占到用戶操作時(shí)間的80%，有很多定義都是在前處理階段進(jìn)行的。 DEFORM-3D軟件分析過(guò)程主要分為4個(gè)主要部分： （1）建立問(wèn)題， （2）前處理， （3）模擬計(jì)算， （4）后處理。 前處理主要包括2個(gè)部分： （1）物體的設(shè)置， （2）模擬的設(shè)置。按照這種步驟，使整個(gè)分析步驟變得簡(jiǎn)單，便于記憶，免于遺漏而浪費(fèi)時(shí)間。4.2.1問(wèn)題的建立問(wèn)題的建立 主要是創(chuàng)建一個(gè)需要分析問(wèn)題的名稱、類型以及存放位置。4.2.2物體的設(shè)置物體的設(shè)置 一般的鍛壓模擬過(guò)程主要包括三個(gè)物體

4、，坯料（workpiece）、上模（Top die）和下模（Bottom die）。每個(gè)物體的設(shè)置都包括以下過(guò)程： 1.基本設(shè)置 主要針對(duì)物體的基本性質(zhì)、溫度、材料等進(jìn)行設(shè)置。2.幾何輸入 在DEFORM-3D軟件中，不能直接建立三維的幾何模型，必須通過(guò)其他CAD/CAE軟件建模后導(dǎo)入到系統(tǒng)中。目前，DEFORM-3D的幾何模型接口格式有： （1）STL：幾乎所有CAD軟件都有這個(gè)接口，它是通過(guò)一系列的三角形擬合曲面而成。 （2）UNV：SDRC公司（現(xiàn)合并到EDS公司）軟件IDEAS的三維實(shí)體造型及有限元網(wǎng)格文件格式，DEFORM接受其劃分的網(wǎng)格。 （3）PDA：MSC 公司的軟件Patra

5、n的三維實(shí)體造型及有限元網(wǎng)格文件格式。 （4）AMG：這種格式DEFORM存儲(chǔ)已經(jīng)導(dǎo)入的幾何實(shí)體。3.網(wǎng)格劃分 在DEFORM-3D中，如果用其自身帶的網(wǎng)格剖分程序，只能劃分四面體單元，這主要是為了考慮網(wǎng)格重劃分時(shí)的方便和快捷。但是它也接收外部程序所生成的六面體（磚塊）網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分可以控制網(wǎng)格的密度，使網(wǎng)格的數(shù)量進(jìn)一步減少，有不至于在變形劇烈的部位產(chǎn)生嚴(yán)重的網(wǎng)格畸變。 4.運(yùn)動(dòng)設(shè)置 工具的運(yùn)動(dòng)方式主要有兩種：直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。另外軟件集成有成形設(shè)備模型，如：液壓壓力機(jī)、錘鍛機(jī)、螺旋壓力機(jī)、機(jī)械壓力機(jī)等。 5.邊界條件 主要設(shè)置對(duì)稱邊界、熱傳導(dǎo)面以及其它邊界條件。 6.性能設(shè)置7.高級(jí)設(shè)置 物體

6、設(shè)置的流程如圖4-2所示。 不是每個(gè)物體的每項(xiàng)都要設(shè)置。比如一般情況下，只有上模才需要設(shè)置運(yùn)動(dòng)（movement）。4.2.3模擬設(shè)置模擬設(shè)置1.模擬控制 這里定義的參數(shù)，主要是為了進(jìn)行有效的數(shù)值模擬。因?yàn)槌尚畏治鍪且粋€(gè)連續(xù)的過(guò)程，分許多時(shí)間步來(lái)計(jì)算，所以需要用戶定義一些基本的參數(shù)： （1）總步數(shù)：決定了模擬的總時(shí)間和行程； （2）步長(zhǎng)：有兩種選擇，可以用時(shí)間或每步的行程； （3）主動(dòng)模具：選擇物體的編號(hào)； （4）存儲(chǔ)步長(zhǎng)：決定每多少步存一次，不要太密，否則文件太大；2.材料定義 在DEFORM-3D軟件中，用戶可以根據(jù)分析的需要，輸入材料的彈性、塑性、熱物理性能數(shù)據(jù)，如果需要分析熱處理工藝，

7、還可以輸入材料的每一種相的相關(guān)數(shù)據(jù)以及硬化、擴(kuò)散等數(shù)據(jù)。 為了更方便的使用戶模擬塑性成形工藝，該軟件提供了100余種材料（包括碳鋼、合金鋼、鋁合金、鈦合金、銅合金等）的塑性性能數(shù)據(jù)。以及多種材料模型。每一種材料的數(shù)據(jù)都可以與溫度等變量相關(guān)。3.位置關(guān)系 這里有兩層含義，一是可以移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)物體，改變他們的最初位置，因?yàn)樵贒EFORM-3D的前處理中不能造型，所以這一項(xiàng)功能特別重要，可以將輸入到DEFORM中的毛坯、模具幾何模型進(jìn)行調(diào)整。二是為了更快地將模具和坯料接觸，將他們干涉，有一個(gè)初步的接觸量，這樣計(jì)算上可以節(jié)省時(shí)間。 4.關(guān)系定義 主要定義摩擦接觸的關(guān)系、摩擦系數(shù)、摩擦方式等。 5.檢查生

8、成 主要讓軟件檢查用戶設(shè)置的前處理有沒(méi)有原則性錯(cuò)誤，能不能生成計(jì)算所需的db文件。4.3建立模型建立模型 （1）DEFORM-3D軟件的打開為：開始菜單程序DEFORM-3D V6.1DEFORM-3D。進(jìn)入DEFORM-3D的主窗口。 DEFORM-3D的主窗口 （2）FileNew Problem或在主窗口左上角點(diǎn)擊按鈕 ; （3）在彈出的窗口中默認(rèn)進(jìn)入普通前處理（Deform-3D preprocessor）,點(diǎn)擊， （4）接下來(lái)在彈出的窗口中使用默認(rèn)選項(xiàng)（第一個(gè)選項(xiàng)），然后點(diǎn)擊 。 （5）在下一個(gè)窗口中輸入題目的名稱(Problem name)block，如圖所示。 除了一般windo

9、ws程序的標(biāo)題欄、菜單欄和工具欄之外，前處理操作窗口由圖形顯示窗口、物體樹窗口以及每個(gè)物體的屬性資料輸入?yún)^(qū)。 圖形顯示區(qū)：區(qū)展示幾何圖形和網(wǎng)格以及工藝分析狀況， 物體樹：把分析工藝所包含的坯料和模具名稱顯示出來(lái)。 資料區(qū)：物體對(duì)應(yīng)屬性進(jìn)行輸入，包括基本信息、幾何體輸入、網(wǎng)格劃分、材料分配，邊界條件的分配等。4.3.2設(shè)置模擬控制設(shè)置模擬控制 （1）點(diǎn)擊按鈕進(jìn)入模擬控制參數(shù)設(shè)置窗口。4.3.3設(shè)置坯料基本屬性設(shè)置坯料基本屬性 對(duì)于那些非剛性材料和考慮傳熱影響的剛體(Rigid)材料，必須按需要設(shè)置材料的屬性。4.3.4導(dǎo)入毛坯幾何文件導(dǎo)入毛坯幾何文件 （1）在前處理的物體操作窗口中點(diǎn)擊按鈕 ，然

10、后再選擇選擇 在CAD中或其他CAE軟件中的造型文件。 DEFORM3DV6_1Labs的Block_Billet.STL4.3.5劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格 (1)點(diǎn)擊按鈕 進(jìn)入網(wǎng)格劃分窗口； (2)可以在網(wǎng)格數(shù)量輸入框中輸入單元數(shù)或用滑動(dòng)條來(lái)設(shè)定。在本例中，默認(rèn)為8000。 (3)點(diǎn)擊下面的按鈕 可以預(yù)覽。點(diǎn)擊按鈕 來(lái)生成網(wǎng)格。4.3.6導(dǎo)入上模文件導(dǎo)入上模文件 （1）下面要導(dǎo)入上下模具的幾何文件。在前處理控制窗口中點(diǎn)擊增加物體按鈕進(jìn)入物體窗口?？梢钥吹皆贠bjects列表中增加了一個(gè)名為Top Die的物體。 （2）基本屬性設(shè)置保持默認(rèn)。 （3）在當(dāng)前選擇默認(rèn)Top Die物體的情況下，直接選擇然

11、后選 ，然后選取 ；DEFORM3D V6_1Labs的Block_Top Die.STL4.3.7設(shè)置上模運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置上模運(yùn)動(dòng)參數(shù) (1）首先在物體列表中選中Top Die。在預(yù)處理的控制窗口中點(diǎn)擊按鈕 ，進(jìn)入物體運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置窗口。4.3.8導(dǎo)入下模文件導(dǎo)入下模文件 （1）下面要導(dǎo)入上下模具的幾何文件。在前處理控制窗口中點(diǎn)擊增加物體按鈕進(jìn)入物體窗口。可以看到在Objects列表中增加了一個(gè)名為Bottom Die的物體。 （2）基本屬性設(shè)置保持默認(rèn)。 （3）在當(dāng)前選擇默認(rèn)Top Die物體的情況下，直接選擇然后選 ，然后選取 ； DEFORM3D V6_1Labs的Block_BottomDie.STL4.3.9設(shè)置模擬參數(shù)設(shè)置模擬參數(shù)4.3.10改動(dòng)物體的空間位置改動(dòng)物體的空間位置 在DEFORM中，雖然不可以直接進(jìn)行幾何造型，但是可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)(Rotation )平移(Translation) 修改物體的空間位置。對(duì)以此例子，物體的位置在建模過(guò)程就比較正確，不涉及改變物體的空間位置，在這里不贅述，在后面的例子中會(huì)詳細(xì)解釋。4.3.11定義接觸關(guān)系定義接觸關(guān)系 （6）重復(fù)3-4的操作，將Bottom Die和Workpiece的摩擦系數(shù)也設(shè)為0.12。4.3.12生成