1、第一節(jié) Deform模擬軟件功能介紹,1、 Deform3D有限元分析軟件介紹,Deform（Design Enviroment for Forming）有限元分析系統(tǒng)是美國(guó)SFTC公司開(kāi)發(fā)的一套專(zhuān)門(mén)用于金屬塑性成形的軟件。通過(guò)在計(jì)算機(jī)上模擬整個(gè)加工過(guò)程，可減少昂貴的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成本，提高工模具設(shè)計(jì)效率，降低生產(chǎn)和材料成本，縮短新產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)周期。,2、 Deform有限元分析軟件的功能,分析冷、溫、熱鍛的成形和熱傳導(dǎo)耦合 液壓成形、錘上成形、螺旋壓力成形和機(jī)械壓力成形 溫度、應(yīng)力、應(yīng)變等值線的繪制。 模擬正火、退火、淬火、回火、滲碳等工藝過(guò)程 預(yù)測(cè)硬度、晶粒組織成分、含碳量,3. Deform

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu),Deform軟件是一個(gè)高度模塊化、集成化的有限元模擬系統(tǒng)，它主要包括前處理器、模擬器、后處理器三大模塊。 前處理器： 主要包括三個(gè)子模塊（1）數(shù)據(jù)輸入模塊，便于數(shù)據(jù)的交互式輸入。如：初始速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、邊界條件、沖頭行程及摩擦系數(shù)等初始條件；（2）網(wǎng)格的自動(dòng)劃分與自動(dòng)再劃分模塊；（3）數(shù)據(jù)傳遞模塊，當(dāng)網(wǎng)格重劃分后，能夠在新舊網(wǎng)格之間實(shí)現(xiàn)應(yīng)力、應(yīng)變、速度場(chǎng)、邊界條件等數(shù)據(jù)的傳遞，從而保證計(jì)算的連續(xù)性。,模擬器： 真正的有限元分析過(guò)程是在模擬處理器中完成的，Deform運(yùn)行時(shí)，首先通過(guò)有限元離散化將平衡方程、本構(gòu)關(guān)系和邊界條件轉(zhuǎn)化為非線性方程組，然后通過(guò)直接迭代法和NewtonRaphs

3、on法進(jìn)行求解，求解的結(jié)果以二進(jìn)制的形式進(jìn)行保存，用戶(hù)可在后處理器中獲取所需要的結(jié)果。,后處理器： 后處理器用于顯示計(jì)算結(jié)果，結(jié)果可以是圖形形式，也可以是數(shù)字、文字混編形式，獲取的結(jié)果可為每一步的有限元網(wǎng)格；等效應(yīng)力、等效應(yīng)變；速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)及壓力行程曲線等。,4、前處理功能操作,5、后處理功能操作,第二節(jié) 鍛壓模擬,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉模擬軟件Deform的基本操作。 認(rèn)識(shí)鍛壓過(guò)程中材料各部位的變形情況。,二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 主要探討不同鍛壓速度和摩擦條件對(duì)合金鍛壓結(jié)果的影響。,STL格式三維CAD文件的準(zhǔn)備（如圖 所示），包括鍛壓工件、上模、下模三部分。,三維CAD文件的系統(tǒng)導(dǎo)入和

4、網(wǎng)格劃分,設(shè)置模具的運(yùn)動(dòng),模擬控制設(shè)定,對(duì)象間關(guān)系設(shè)定,生成數(shù)據(jù)庫(kù)文件,鍛壓模擬運(yùn)算,后處理與結(jié)果分析,第三節(jié) 旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)形狀零件鐓粗模擬,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)零件鍛粗模擬過(guò)程 認(rèn)識(shí)鍛壓過(guò)程中材料各部位的變形情況。,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 主要介紹如何利用問(wèn)題的對(duì)稱(chēng)性簡(jiǎn)化模擬過(guò)程。對(duì)于對(duì)稱(chēng)體來(lái)說(shuō)，模擬其成形過(guò)程，可以取整體的1/2、1/4、1/8或者更小的體積來(lái)進(jìn)行模擬，從而節(jié)省模擬的時(shí)間，提高解題精度。,STL格式三維CAD文件的準(zhǔn)備,設(shè)定對(duì)稱(chēng)邊界條件,對(duì)象間關(guān)系的設(shè)定,設(shè)定模擬控制參數(shù),旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)零件鐓粗后處理,第四節(jié) 工件與外界熱傳導(dǎo)模擬,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉如何模擬熱傳導(dǎo)過(guò)程 認(rèn)識(shí)模擬過(guò)程中材料各部

5、位的溫度變化情況。,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 主要介紹如何進(jìn)行工件的熱傳導(dǎo)模擬，對(duì)工件中各部分溫度隨時(shí)間的變化情況有所認(rèn)識(shí)。,設(shè)定模擬控制類(lèi)型,設(shè)定模擬控制參數(shù),三維CAD文件的系統(tǒng)導(dǎo)入和網(wǎng)格劃分 由于是對(duì)稱(chēng)零件，因此只需導(dǎo)入上模和方環(huán)的1/4模型。在Deform軟件中，網(wǎng)格劃分方式有兩種，一種是相對(duì)網(wǎng)格劃分，即用戶(hù)指定固體單元數(shù)量，無(wú)論物體的形狀多么復(fù)雜，單元的數(shù)量必須恒定。一種是絕對(duì)網(wǎng)格劃分，由系統(tǒng)決定網(wǎng)格劃分的總數(shù)，隨著物體形狀的復(fù)雜，單元的數(shù)量會(huì)隨之增加。本例采用絕對(duì)網(wǎng)格劃分方式。,定義工件的對(duì)稱(chēng)和傳熱邊界條件,定義傳熱邊界條件,工件與外界熱傳導(dǎo)后處理結(jié)果,第五節(jié) 熱模鍛成形模擬,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉如

6、何模擬變形過(guò)程中存在熱傳導(dǎo)的過(guò)程。 認(rèn)識(shí)模擬過(guò)程中材料各部位的變形和溫度變化情況。,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 道釘成形過(guò)程屬于熱模鍛成形，在變形過(guò)程中存在熱傳導(dǎo)現(xiàn)象，本例中為了準(zhǔn)確的模擬其成形過(guò)程不僅要模擬其鍛造過(guò)程，還要模擬其熱傳導(dǎo)過(guò)程。,模擬控制設(shè)定 打開(kāi)變形分析開(kāi)關(guān)（Deformation）和熱傳導(dǎo)開(kāi)關(guān)（Heat Transfer），此時(shí)兩種分析均被激活，熱力耦合分析被建立。,模擬總步數(shù)的確定與工件的最小網(wǎng)格和上模壓下量有關(guān)。在本例中模擬過(guò)程上模壓下量是0.75in，工件的最小網(wǎng)格平均尺寸為0.06in，所以取0.25（最小網(wǎng)格尺寸的1/3到1/2）作為計(jì)算步長(zhǎng)，通過(guò)計(jì)算步長(zhǎng)，用上模總壓下量除以計(jì)算步長(zhǎng)

7、得到總模擬步數(shù)為30步。,三維CAD文件的系統(tǒng)導(dǎo)入和網(wǎng)格劃分,對(duì)上模具和下模具進(jìn)行溫度設(shè)定和網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)定,對(duì)象間關(guān)系設(shè)定,定義工件和模具的變形及熱傳導(dǎo)邊界條件,下模的對(duì)稱(chēng)面及熱傳導(dǎo)邊界條件設(shè)置如圖所示，上模的設(shè)置方式與下模相同,定義上模運(yùn)動(dòng)并生成數(shù)據(jù)庫(kù)文件 模具運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閆軸，運(yùn)動(dòng)速度為2in/s。,后處理結(jié)果,通過(guò)模擬可以分析模具所受載荷信息，下圖為上模Z向載荷預(yù)測(cè)圖。豎直線代表序列步，交點(diǎn)就是此序列步時(shí)上模具所受的載荷。,第六節(jié) 大型鍛件連續(xù)加熱模擬,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 金屬在鍛前加熱時(shí)，應(yīng)盡快達(dá)到所規(guī)定的始鍛溫度，但如果溫度升得太快，由于溫度應(yīng)力過(guò)大，可能造成坯料開(kāi)裂，相反，升溫速度過(guò)于

8、緩慢，會(huì)降低生產(chǎn)率，增加燃料消耗等。加熱規(guī)范是指金屬坯料從裝爐開(kāi)始加熱完了整個(gè)過(guò)程，對(duì)爐子溫度和坯料溫度隨時(shí)間變化的規(guī)定。在實(shí)際生產(chǎn)的加熱過(guò)程中，不能對(duì)大型鍛件的各個(gè)部位進(jìn)行跟蹤測(cè)溫，因此應(yīng)用Deform模擬軟件對(duì)大型鋼錠的加熱曲線進(jìn)行模擬，根據(jù)模擬的結(jié)果就可以了解加熱過(guò)程中大型鋼錠各個(gè)部位溫度的變化情況。,設(shè)定模擬控制類(lèi)型，如圖所示。由于本例沒(méi)有涉及到工件的變形，因此模擬類(lèi)型只選擇熱傳導(dǎo)，操作序號(hào)選擇1,參數(shù)設(shè)定 工件溫度設(shè)定為30，對(duì)稱(chēng)面及與環(huán)境進(jìn)行熱傳導(dǎo)面的選擇如圖所示。在參數(shù)設(shè)定中，工件與環(huán)境的換熱系數(shù)的設(shè)定是非常關(guān)鍵的，這關(guān)系到模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。,模擬步數(shù)的確定,第一階段模擬結(jié)果,第

9、二階段用3h升溫到875模擬,模擬步數(shù)的確定,第二階段模擬結(jié)果,第三階段工件在875保溫3h模擬,第四階段模擬結(jié)果,第五階段模擬結(jié)果,第七節(jié) 切削加工的模擬分析,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?介紹利用Deform軟件對(duì)切削加工過(guò)程進(jìn)行模擬 學(xué)會(huì)如何利用Deform建立切削加工模型,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 模型如圖所示。工件旋轉(zhuǎn)，刀具徑向和軸向給進(jìn)，達(dá)到層層切削工件表面的目的。Deform3D軟件專(zhuān)門(mén)提供了一個(gè)模擬切削、鉆削的平臺(tái)。,下圖為該軟件模擬中的切削模型，該模型分別用進(jìn)給量（Feed）、表面加工速度（Surface speed）、背吃刀量（Depth of Cut）三個(gè)主要參數(shù)來(lái)描述切削加工過(guò)程。,進(jìn)入切削前處理界面

10、，如圖所示,設(shè)定工作條件 選擇加工方式為旋轉(zhuǎn)加工（Turning），選擇國(guó)際單位制（System International），選擇整體使用國(guó)際單位制。,給出加工參數(shù)：表面加工速度400mm/min，背吃刀量0.5mm，進(jìn)給率0.3mm/r。,刀具設(shè)定并進(jìn)行網(wǎng)格劃分,選定工件材料和網(wǎng)格,模擬條件設(shè)定,刀具特性分析設(shè)置 點(diǎn)擊Die stress Analysis進(jìn)入刀具特征分析界面。,刀具網(wǎng)格和約束設(shè)置,后處理分析 刀具應(yīng)力、變形量 選擇Machining1.DB文件進(jìn)入后處理界面（如圖）。從刀具的等效應(yīng)力分布圖可以看出，只有刀尖處切削金屬，所以應(yīng)力集中在切削刀尖處 。選擇Displacemen

11、t下Total Disp，通過(guò)刀具刀尖棱線位移變化大小，來(lái)反映出刀具的塑性變化情況。從模擬結(jié)果可以看出最大變化量為0.00299m 。,查看刀具磨損情況,工件的應(yīng)力情況 選擇Machining.DB文件進(jìn)入后處理界面?？梢圆榭床煌綌?shù)工件的等效應(yīng)力圖，可以看出距離刀尖最近的金屬應(yīng)力值最大，最大值為1300Mpa。,第八節(jié) 鋼管熱擴(kuò)實(shí)例,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?對(duì)鋼管高溫下擴(kuò)大口徑過(guò)程進(jìn)行模擬。 正確認(rèn)識(shí)制定大尺寸鍛件鍛前加熱規(guī)范的重要性。,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 無(wú)縫鋼管在工業(yè)生產(chǎn)中用途廣泛，運(yùn)輸管道、礦井等大口徑無(wú)縫鋼管的需求量很大，所以用Deform軟件模擬鋼管的成形過(guò)程和狀態(tài)參數(shù)，對(duì)分析鋼管成形性能及指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)具

12、有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 模型工作原理：工件加熱到高溫，模具在驅(qū)動(dòng)力的作用下沿著一定的方向進(jìn)給，擋圈擋住工件的另一端，工件在錐形模具的作用下把工件的直徑擴(kuò)大,三維CAD文件的系統(tǒng)導(dǎo)入,工件劃分單元網(wǎng)格,設(shè)定模擬控制參數(shù)，如圖所示。 模擬步長(zhǎng)數(shù)默認(rèn)為100步，本例中模具前進(jìn)500mm，模具速度為30mm/s，每一步增量為0.167。,設(shè)定驅(qū)動(dòng)條件 該模型需要錐模沿軸向運(yùn)動(dòng)，由于斜面越來(lái)越大從而把鋼管口徑擴(kuò)大，所以要給出錐模運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向。,設(shè)定接觸條件,設(shè)定計(jì)算過(guò)程補(bǔ)償量,后處理分析 查看等效應(yīng)力,查看破壞和變形速度,第九節(jié) 大鍛件初軋過(guò)程模擬,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉如何模擬大鍛件拔長(zhǎng)過(guò)程 掌握初軋過(guò)程中

13、工件、模具的工藝參數(shù)設(shè)定步驟。,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 大型鍛件鍛造，不僅能夠得到一定形狀和尺寸，更重要的是通過(guò)鍛造可以改善鋼錠的鑄態(tài)組織，提高鍛件的力學(xué)性能。鑄造出來(lái)的鋼坯內(nèi)部存在許多縮孔和疏松，需要通過(guò)鍛造來(lái)提高材料內(nèi)部的致密性，本例利用Deform軟件的初軋向?qū)Ы榻B方形坯料初軋的模擬過(guò)程，從而對(duì)初軋?jiān)俅渭訜岷妥冃芜^(guò)程參數(shù)的設(shè)置有更深刻的理解。,創(chuàng)建新項(xiàng)目，如圖所示,設(shè)定公差 選擇英制單位，彈出如圖所示對(duì)話(huà)框，胎具是初軋時(shí)，支撐工件的零件，如果用戶(hù)不使用此零件，可以加入自己的支撐件。其余四項(xiàng)是模擬時(shí)的公差值。,設(shè)置材料及關(guān)鍵文件 模擬需要一個(gè)用戶(hù)關(guān)鍵文件（USERHT.KEY），需要這個(gè)文件的目的在于方

14、便用戶(hù)在文件中添加操作關(guān)鍵字，如果用戶(hù)沒(méi)有特殊的操作關(guān)鍵字，可以提供一個(gè)命名為USERHT.KEY的空文檔。,設(shè)置軋件幾何形狀、定義尺寸,軋件網(wǎng)格劃分,設(shè)置模具幾何形狀、定義尺寸,模具網(wǎng)格劃分,模具參數(shù)設(shè)定,設(shè)置胎具幾何形狀、定義尺寸,模具網(wǎng)格劃分,胎具參數(shù)設(shè)定,初軋工藝操作流程設(shè)定 進(jìn)入工藝操作流程設(shè)定后，用戶(hù)可以根據(jù)提示添加再次加熱的操作。這是因?yàn)榕髁辖?jīng)過(guò)1道次軋制后，軋件溫度降低很快，需要再次加熱。 設(shè)置1道次參數(shù),進(jìn)刀過(guò)程熱交換參數(shù)設(shè)定,進(jìn)刀過(guò)程變形參數(shù)設(shè)定,設(shè)置2道次參數(shù) 設(shè)置2道次進(jìn)刀過(guò)程熱交換及變形參數(shù) 設(shè)定方法和1道次類(lèi)似,模擬預(yù)覽及創(chuàng)建主文件 可以觀測(cè)每一模擬步中模具的位置、

15、胎具的位置,初軋模擬后處理,第十節(jié) 高溫壓縮過(guò)程的再結(jié)晶模擬,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉如何模擬高溫壓縮中再結(jié)晶過(guò)程 掌握再結(jié)晶過(guò)程中實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定步驟,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 再結(jié)晶過(guò)程是材料成型過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它對(duì)組織控制起著至關(guān)重要的影響。又因?yàn)橐话阍俳Y(jié)晶過(guò)程發(fā)生時(shí)溫度比較高，又影響再結(jié)晶過(guò)程的實(shí)驗(yàn)參數(shù)比較多，它們之間的相互關(guān)系比較復(fù)雜，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)難以準(zhǔn)確的得知再結(jié)晶過(guò)程是如何產(chǎn)生及進(jìn)行的。本例利用Deform軟件對(duì)高溫硬質(zhì)合金在高溫壓縮過(guò)程中的再結(jié)晶現(xiàn)象進(jìn)行模擬，從而對(duì)再結(jié)晶過(guò)程有著更加深刻的理解。 本實(shí)驗(yàn)過(guò)程分為兩個(gè)部分，第一部分為高溫壓縮過(guò)程，第二部分為等溫過(guò)程。,模型的建立以及網(wǎng)格的劃分,模塊的

16、選擇 因?yàn)橐M高溫壓縮的再結(jié)晶過(guò)程，所以在Mode設(shè)置中要勾選Heat Transfer，Deformation，Grain三個(gè)選項(xiàng)，缺一不可。,模擬參數(shù)的設(shè)定,設(shè)定實(shí)驗(yàn)材料的原始狀態(tài)，例如原始晶粒尺寸，平均晶粒尺寸，原始的再結(jié)晶率是多少等。,壓頭參數(shù)的設(shè)置 壓頭的溫度設(shè)置與實(shí)驗(yàn)材料一致。然后選中Movement選項(xiàng)卡，設(shè)定壓頭的運(yùn)動(dòng)方向，運(yùn)動(dòng)速度等,接觸條件的設(shè)置,等溫過(guò)程的參數(shù)設(shè)定,按照原先做等溫模擬的步驟，繼續(xù)進(jìn)行設(shè)定即行，但是下面幾點(diǎn)請(qǐng)注意： 在simulation Control的Mode中還是要選擇Heat Transfer,Deform ,Grain三個(gè)選項(xiàng)。 在simulat

17、ion Control的Operation Number設(shè)定為2以示與變形過(guò)程的1進(jìn)行區(qū)分。 實(shí)驗(yàn)材料對(duì)外的傳熱系數(shù)要求設(shè)定。 壓頭的運(yùn)動(dòng)不要忘了取消。,高溫壓縮再結(jié)晶模擬結(jié)果,第十一節(jié) 鋼板熱軋過(guò)程中軋制力的有限元模擬,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、熟悉鋼廠熱軋生產(chǎn)的過(guò)程 2、熟悉如何模擬鋼板的熱軋過(guò)程 3、掌握熱軋模擬過(guò)程中工件、模具的工藝參數(shù)設(shè)定,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 軋制生產(chǎn)是鋼廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，軋制工藝不僅關(guān)系到鋼板尺寸的控制，而且還與鋼板性能有著緊密的關(guān)系。在軋制工藝中，軋制力是一個(gè)非常關(guān)鍵的因素，在軋制過(guò)程中，由于鋼板溫度的降低，應(yīng)變速率的增大，應(yīng)變量的增大都會(huì)使得軋機(jī)軋制力的增大，但是軋機(jī)的軋制力是有范圍的，不允許在軋制過(guò)程中超過(guò)軋機(jī)的軋制力，所以通過(guò)軋制過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬，對(duì)軋機(jī)的軋制力進(jìn)行預(yù)告能夠很好的指導(dǎo)軋制工藝的制訂。本例利用D