第4章锻压模拟基本过程

1、第第4章章 锻压模拟基本过程锻压模拟基本过程北大出版社配套电子课件北大出版社配套电子课件【本章学习目标【本章学习目标】 了解DEFORM-3D锻压分析的基本过程； 掌握DEFORM-3D分析建立模型的基本步骤； 掌握DEFORM-3D软件的基本过程；【本章教学要点【本章教学要点】知识要点能力要求相关知识DEFORM-3D锻压分析过程了解DEFORM-3D锻压分析的基本过程前处理、求解及后处理过程DEFORM-3D建立模型的基本步骤掌握DEFORM-3D分析建立模型的各个基本步骤的基本操作，掌握其含义问题的建立，物体的设置、模拟的设置及步骤DEFORM-3D的后处理了解液压马达的主要性能参数的计

2、算方法过程显示、变量的显示和曲线的获得导入案例 锻件的锻压成形过程是一个非常复杂的弹塑性大变形过程，既有材料非线性，又有几何非线性，再加上复杂的边界接触条件的非线性，这些因素使其变形机理非常复杂，很难用准确的数学关系式来进行描述，从而导致生产过程中对产品质量控制的难度增大。采用Deform软件对大变形生产工序进行模拟分析和控制，能有效起到对锻件生产的指导作用。锻压产品 4.1问题分析问题分析锻压基本成形 此案例是一个基本的镦粗成形工序。 工艺参数: 几何体和工具采用整体分析 单位：英制（English） 工件材料（Material）:AISI-1045 温度（temperature）:常温（6

3、8F） 上模速度:1in/sec 模具行程：2.6in 建议模型主要在前处理模块进行，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。 DEFORM-3D软件分析过程主要分为4个主要部分： （1）建立问题， （2）前处理， （3）模拟计算， （4）后处理。 前处理主要包括2个部分： （1）物体的设置， （2）模拟的设置。按照这种步骤，使整个分析步骤变得简单，便于记忆，免于遗漏而浪费时间。4.2.1问题的建立问题的建立 主要是创建一个需要分析问题的名称、类型以及存放位置。4.2.2物体的设置物体的设置 一般的锻压模拟过程主要包括三个物体

4、，坯料（workpiece）、上模（Top die）和下模（Bottom die）。每个物体的设置都包括以下过程： 1.基本设置 主要针对物体的基本性质、温度、材料等进行设置。2.几何输入 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Patra

5、n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。3.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。 4.运动设置 工具的运动方式主要有两种：直线运动和旋转。另外软件集成有成形设备模型，如：液压压力机、锤锻机、螺旋压力机、机械压力机等。 5.边界条件 主要设置对称边界、热传导面以及其它边界条件。 6.性能设置7.高级设置 物体

6、设置的流程如图4-2所示。 不是每个物体的每项都要设置。比如一般情况下，只有上模才需要设置运动（movement）。4.2.3模拟设置模拟设置1.模拟控制 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；2.材料定义 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，

7、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。3.位置关系 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。 4.关系定义 主要定义摩擦接触的关系、摩擦系数、摩擦方式等。 5.检查生

8、成 主要让软件检查用户设置的前处理有没有原则性错误，能不能生成计算所需的db文件。4.3建立模型建立模型 （1）DEFORM-3D软件的打开为：开始菜单程序DEFORM-3D V6.1DEFORM-3D。进入DEFORM-3D的主窗口。 DEFORM-3D的主窗口 （2）FileNew Problem或在主窗口左上角点击按钮 ; （3）在弹出的窗口中默认进入普通前处理（Deform-3D preprocessor）,点击， （4）接下来在弹出的窗口中使用默认选项（第一个选项），然后点击 。 （5）在下一个窗口中输入题目的名称(Problem name)block，如图所示。 除了一般windo

9、ws程序的标题栏、菜单栏和工具栏之外，前处理操作窗口由图形显示窗口、物体树窗口以及每个物体的属性资料输入区。 图形显示区：区展示几何图形和网格以及工艺分析状况， 物体树：把分析工艺所包含的坯料和模具名称显示出来。 资料区：物体对应属性进行输入，包括基本信息、几何体输入、网格划分、材料分配，边界条件的分配等。4.3.2设置模拟控制设置模拟控制 （1）点击按钮进入模拟控制参数设置窗口。4.3.3设置坯料基本属性设置坯料基本属性 对于那些非刚性材料和考虑传热影响的刚体(Rigid)材料，必须按需要设置材料的属性。4.3.4导入毛坯几何文件导入毛坯几何文件 （1）在前处理的物体操作窗口中点击按钮 ，然

10、后再选择选择 在CAD中或其他CAE软件中的造型文件。 DEFORM3DV6_1Labs的Block_Billet.STL4.3.5划分网格划分网格 (1)点击按钮 进入网格划分窗口； (2)可以在网格数量输入框中输入单元数或用滑动条来设定。在本例中，默认为8000。 (3)点击下面的按钮 可以预览。点击按钮 来生成网格。4.3.6导入上模文件导入上模文件 （1）下面要导入上下模具的几何文件。在前处理控制窗口中点击增加物体按钮进入物体窗口。可以看到在Objects列表中增加了一个名为Top Die的物体。 （2）基本属性设置保持默认。 （3）在当前选择默认Top Die物体的情况下，直接选择然

11、后选 ，然后选取 ；DEFORM3D V6_1Labs的Block_Top Die.STL4.3.7设置上模运动参数设置上模运动参数 (1）首先在物体列表中选中Top Die。在预处理的控制窗口中点击按钮 ，进入物体运动参数设置窗口。4.3.8导入下模文件导入下模文件 （1）下面要导入上下模具的几何文件。在前处理控制窗口中点击增加物体按钮进入物体窗口。可以看到在Objects列表中增加了一个名为Bottom Die的物体。 （2）基本属性设置保持默认。 （3）在当前选择默认Top Die物体的情况下，直接选择然后选 ，然后选取 ； DEFORM3D V6_1Labs的Block_BottomDie.STL4.3.9设置模拟参数设置模拟参数4.3.10改动物体的空间位置改动物体的空间位置 在DEFORM中，虽然不可以直接进行几何造型，但是可以通过旋转(Rotation )平移(Translation) 修改物体的空间位置。对以此例子，物体的位置在建模过程就比较正确，不涉及改变物体的空间位置，在这里不赘述，在后面的例子中会详细解释。4.3.11定义接触关系定义接触关系 （6）重复3-4的操作，将Bottom Die和Workpiece的摩擦系数也设为0.12。4.3.12生成