deform挤压成型实例

DEFORM软件简介DEFORM系列软件是由位于美国OhioClumbus的科学成形技术公司（ScienceFormingTechnologyCorporation)开发的。该系列软件主要应用于金属塑性加工、热处理等工艺数值模拟。它的前身是美国空军Battelle试验室开发的ALPID软件。在1991年成立的SFTC公司将其商业化，目前，DEFORM软件已经成为国际上流行的金属加工数值模拟的软件之一。主要软件产品有：DEFORM-2DDEFORM-3DDEFORM-PCDEFORM-HTModuleDEFORM-ToolsDEFORM有限元分析软件的价值减少昂贵的现场试验成本提高模具设计效率降低生产和材料成本缩短新产品的研究开发周期。DEFORM有限元分析软件的功能分析冷、温、热锻的成形和热传导耦合液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和机械压力成形温度、应力、应变等值线的绘制模拟正火、退火、淬火、回火、渗碳等工艺过程预测硬度、晶粒组织成分、含碳量DEFORM系统结构Deform软件是一个高度模块化、集成化的有限元模拟系统，它主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。前处理器：主要包括三个子模块（1）数据输入模块，便于数据的交互式输入。如：初始速度场、温度场、边界条件、冲头行程及摩擦系数等初始条件；（2）网格的自动划分与自动再划分模块；（3）数据传递模块，当网格重划分后，能够在新旧网格之间实现应力、应变、速度场、边界条件等数据的传递，从而保证计算的连续性。模拟器：真正的有限元分析过程是在模拟处理器中完成的，Deform运行时，首先通过有限元离散化将平衡方程、本构关系和边界条件转化为非线性方程组，然后通过直接迭代法和Newton－Raphson法进行求解，求解的结果以二进制的形式进行保存，用户可在后处理器中获取所需要的结果。后处理器：后处理器用于显示计算结果，结果可以是图形形式，也可以是数字、文字混编形式，获取的结果可为每一步的有限元网格；等效应力、等效应变；速度场、温度场及压力行程曲线等。金属塑性成形的前处理前处理是有限元分析的主要步骤，它所占用的操作时间占到用户操作时间的80%，有很多定义都是在前处理阶段进行的。前处理出要包括：1.几何模型建立或导入2.网格划分3.材料定义4.物体的接触和摩擦定义5.模拟参数的设定几何模型建立或导入在DEFORM-3D软件中，不能直接建立三维的几何模型，必须通过其他CAD/CAE软件建模后导入到系统中。目前，DEFORM-3D的几何模型接口格式有：1.STL:几乎所有CAD软件都有这个接口，它是通过一系列的三角形拟合曲面而成；2.UNV:SDRC公司（现合并到EDS公司）软件IDEAS的三维实体造型及有限元网格文件格式，DEFORM接受其划分的网格。3.PDA:MSC公司的软件Patran的三维实体造型及有限元网格文件格式。4.AMG：这种格式DEFORM存储已经导入的几何实体。网格划分在DEFORM-3D中，如果用其自身带的网格剖分程序，只能划分四面体单元，这主要是为了考虑网格重划分时的方便和快捷。但是它也接收外部程序所生成的六面体（砖块）网格。网格划分可以控制网格的密度，使网格的数量进一步减少，有不至于在变形剧烈的部位产生严重的网格畸变。划分网格技术简介在Objects窗口中，选中工件Workpiece，点击Mesh按钮；下面简单介绍一下网个划分问题：在DEFORM3D的前处理中，有三个标签：1.Tool:最简单的默认划分方式，只需设置单元数；2.DetailedSettings:详细的网格参数及划分方式定义；3.RemeshCriteria:网格重划分设置，一般都选择默认值。其中的DetailedSettings比较常用，它包括两个大的选项即系统网格（SystemSetup）和用户设置（UserSetup）划分网格技术简介SystemSetup设置有四个标签，即1)General:设置绝对尺寸（Absolute）或相对尺寸（Relative），前者设置网格的绝对大小（Max/MinElementSize），而后者设置的是单元的数量（NumberofElements）。此外，还可以设置最大和最小单元的尺寸比值限制(SizeRatio)划分网格技术简介2)WeightFactors(权重因子)：在一些高梯度地区，即应变、应变速率、温度、几何尺寸等变化比较剧烈的地区，网格需要细化，这里可以设置细化的比例因子。还有一个重要的设置就是网格密度窗口(MeshDensityWindows)因子，这个选项与后面介绍的网格密度设置有关，为了在一些地方设置更为细密的网格，光靠上面滑杆设置的几个因子还不行，如果几何体比较复杂，就需要用户设置来调节网格密度的分配。将MeshDensityWindows后的滑杆设为非0数字（一般最好设为1）,就可以启动下面的标签MeshWindow了,在下面的标签所控制的窗口中，数字都是要乘以这个非0因子的。划分网格技术简介3）MeshWindows:可以用矩形框和圆柱体框设置一些局部区域，这些区域的网格大小可以与前面整体设置的不一样（一般情况下要细化）。如果前面选择了Ralative，这里设置的系数就是指该处网格与整体网格尺寸的比值。如果前面选择网格大小是Absolute，这里可以设置局部网格的绝对大小。为了更好的适应变形的需要，这个密度窗口还可以随着变形体运动或独立于变形体单独运动。材料模型在DEFORM-3D软件中，用户可以根据分析的需要，输入材料的弹性、塑性、热物理性能数据，如果需要分析热处理工艺，还可以输入材料的每一种相的相关数据以及硬化、扩散等数据。为了更方便的使用户模拟塑性成形工艺，该软件提供了100余种材料（包括碳钢、合金钢、铝合金、钛合金、铜合金等）的塑性性能数据。以及多种材料模型。每一种材料的数据都可以与温度等变量相关。物体的空间位置调整这里有两层含义，一是可以移动、旋转物体，改变他们的最初位置，因为在DEFORM-3D的前处理中不能造型，所以这一项功能特别重要，可以将输入到DEFORM中的毛坯、模具几何模型进行调整。二是为了更快地将模具和坯料接触，将他们干涉，有一个初步的接触量，这样计算上可以节省时间。另外，还可以定义摩擦接触的关系、摩擦系数、摩擦方式等。模拟参数的定义这里定义的参数，主要是为了进行有效的数值模拟。因为成形分析是一个连续的过程，分许多时间步来计算，所以需要用户定义一些基本的参数：1.总步数：决定了模拟的总时间和行程；2.步长：有两种选择，可以用时间或每步的行程；3.主动模具：选择物体的编号；4.存储步长：决定每多少步存一次，不要太密，否则文件太大；黄铜挤压成型1.挤压条件与参数挤压工具：尺寸如图所示，材质DIN-D5-1U,COLD，温度350℃坯料：材质DIN_CuZn40Pb2，尺寸98×60，温度630℃工艺参数：挤压速度10mm/s，摩擦系数0.1。2.挤压工模具及工件的三维造型坯料挤压垫挤压筒挤压模3.前处理121212312323112312312123211212123123结果分析黄铜挤压过程中温度变化黄铜挤压终止时最大应力分布挤压终止时最大应力分布挤压终止时最大应变分布12