04 第4章 锻压模拟基本过程.pptx

第1页：第4章 锻压模拟基本过程

DEFORM-3D塑性成形CAE应用教程第4章锻压模拟基本过程

第2页：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；

第3页：本章教学要点

第4章教学要点：下表列出相关数据。

本表依据源文件「相关知识／能力要求／知识要点」三栏结构还原；原文三栏文字连排无分隔，拆分以本章教学要点条目为依据，如与原文排版不一致请以原图为准。

第4页：导入案例：锻压成形

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。

第5页：锻压产品示例

锻压产品

第6页：4.1问题分析

4.1问题分析锻压基本成形

第7页：镦粗案例工艺参数

镦粗案例工艺参数：下表列出相关数据。

第8页：前处理的重要性

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。

第9页：DEFORM-3D分析过程的四个部分

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。

第10页：前处理的两部分

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。

第11页：4.2.1问题的建立

4.2.1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。

第12页：4.2.2物体的设置

4.2.2物体的设置

• 一般的锻压模拟过程主要包括三个物体，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：

第13页：

第14页：基本设置

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。

第15页：几何输入的接口格式

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。

第16页：网格划分

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。

第17页：运动设置与边界条件

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

第18页：高级设置

7.高级设置

• 物体设置的流程如图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）。

第19页：4.2.3模拟设置

4.2.3模拟设置

第20页：模拟控制参数

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；

第21页：材料定义

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，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。

第22页：位置关系

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。

第23页：关系定义与检查生成

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。

第24页：4.3建立模型

4.3建立模型

• （1）DEFORM-3D软件的打开为：开始菜单→程序→DEFORM-3DV6.1→DEFORM-3D。进入DEFORM-3D的主窗口。

第25页：DEFORM-3D主窗口

DEFORM-3D的主窗口

第26页：新建问题操作

（2）File→New 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。

第27页：输入问题名称

（5）在下一个窗口中输入题目的名称(Problem name)block，如图所示。

第28页：

第29页：前处理操作窗口构成

除了一般windows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。

第30页：4.3.2设置模拟控制

4.3.2设置模拟控制

• （1）点击按钮进入模拟控制参数设置窗口。

第31页：4.3.3设置坯料基本属性

4.3.3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。

第32页：

第33页：4.3.4导入毛坯几何文件

4.3.4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，然后再选择选择在CAD中或其他CAE软件中的造型文件。
• DEFORM3D\V6_1\Labs的Block_Billet.STL

第34页：

第35页：

第36页：4.3.5划分网格

4.3.5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。

第37页：

第38页：4.3.6导入上模文件

4.3.6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。

第39页：上模几何导入设置

（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_1\Labs的Block_Top Die.STL

第40页：

第41页：4.3.7设置上模运动参数

4.3.7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。

第42页：4.3.8导入下模文件

4.3.8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。

第43页：下模几何导入设置

（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_1\Labs的Block_BottomDie.STL

第44页：

第45页：4.3.9设置模拟参数

4.3.9设置模拟参数

第46页：4.3.10改动物体的空间位置

4.3.10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。

第47页：4.3.11定义接触关系

4.3.11定义接触关系

第48页：

第49页：摩擦系数设置

（6）重复3-4的操作，将Bottom Die和Workpiece的摩擦系数也设为0.12。

第50页：4.3.12生成数据库文件

4.3.12生成数据库文件

第51页：4.4模拟

4.4模拟

第52页：

第53页：模拟窗口构成

（1）图形显示窗口

• （2）步数选择和动画播放
• （3）图形显示选择窗口
• （4）图形显示控制窗口
• （5）要显示的变量

第54页：变形过程显示

1.变形过程显示

第55页：查看状态变量

2.查看状态变量

第56页：查看载荷-行程曲线

3.查看载荷-行程曲线

第57页：第4章综合习题

【综合习题】

• 一、简答题
• （1）模拟设置包括几个工序，每个工序是什么？
• （2）常见锻造工序包含几个物体，每个物体需要设置的内容都是哪些？
• （3）材料的性能都包含方面？