01簡介

 

金屬旋壓是一種復(fù)雜的金屬塑形變形過程，廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍工等金屬精密加工技術(shù)領(lǐng)域。旋壓主要分為普通旋壓和強(qiáng)力旋壓，其中強(qiáng)力旋壓使初始坯料厚度發(fā)生改變，變形過程較復(fù)雜。目前旋壓工藝的研究大部分仍采用傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法研究，對旋壓的過程控制依賴于經(jīng)驗(yàn)值，生產(chǎn)過程中一旦產(chǎn)生缺陷，原因也不能很好地解釋。而在數(shù)值模擬仿真技術(shù)和軟件成熟的今天，應(yīng)當(dāng)快速采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的方法對其進(jìn)行了研究，對不同工藝參數(shù)下的強(qiáng)力旋壓過程進(jìn)行了模擬，獲得了成形角、減薄率、進(jìn)給比等工藝參數(shù)對等效應(yīng)力和旋壓力的影響規(guī)律，為旋壓工藝參數(shù)的選擇和優(yōu)化提供了依據(jù)。

 

旋壓過程是點(diǎn)接觸并接觸位置不斷發(fā)生變化，在模擬計(jì)算時邊界接觸條件高度非線性，使得旋壓成形機(jī)理較復(fù)雜，旋壓工件各點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變分布很不均勻。因此大部分金屬成形仿真軟件對于旋壓模擬都比較費(fèi)力，設(shè)置過程復(fù)雜，計(jì)算速度慢，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果很難與實(shí)際保持一致，需要多次調(diào)試模擬設(shè)置，這些困難阻礙了數(shù)值模擬與旋壓工藝的結(jié)合使用。對于旋壓過程模擬，多年來SFTC公司對旋壓模擬在DEFORM通用模塊應(yīng)用實(shí)踐基礎(chǔ)上總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷研發(fā)改進(jìn)，在DEFORM軟件最新版本v11.2中正式推出了專業(yè)旋壓模擬向?qū)侥KFlow Forming，將復(fù)雜的旋壓有限元設(shè)置內(nèi)部優(yōu)化處理，工藝研發(fā)人員只需按照向?qū)Ы缑嫣崾?，?dǎo)入實(shí)際幾何模型和工藝參數(shù)，即可完成模擬，整個設(shè)置過程猶如高級仿真專家指導(dǎo)一般，實(shí)現(xiàn)了旋壓模擬的高效、高精度仿真計(jì)算。

 

02技術(shù)特點(diǎn)

 

1、向?qū)焦に囋O(shè)置界面

 

Flow Forming旋壓工藝仿真是DEFORM最新推出的向?qū)侥K，該模塊面向?qū)I(yè)的旋壓工藝技術(shù)人員，無需學(xué)習(xí)復(fù)雜的有限元理論和DEFORM軟件的基礎(chǔ)操作設(shè)置，只需按照界面提示，輸入幾何模型、運(yùn)動參數(shù)、選擇材料即可完成模擬設(shè)置。其余高級設(shè)置均自動生成或有推薦值填入。

 

設(shè)置流程樹

物體定義

 

幾何模型創(chuàng)建時，旋壓的工件和模具幾何均為軸對稱物體，一般畫圖建模都是先創(chuàng)建二維幾何，再繞對稱軸旋轉(zhuǎn)成三維模型。而Flow Forming旋壓模塊只需要工件和模具的2D幾何截面，因此用戶可以在軟件中參數(shù)化建模或外部導(dǎo)入2D幾何，物體之間位置關(guān)系在向?qū)K中能夠自動定位對齊，省去了大量的建模工作。

 

自動定位功能

 

對于運(yùn)動設(shè)置，SFTC公司綜合旋壓過程的運(yùn)動特點(diǎn)，對運(yùn)動輸入界面做了精簡改動，只包含了旋壓才會出現(xiàn)的運(yùn)動形式，一個平移運(yùn)動和一個旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，簡化掉許多無關(guān)的功能界面，避免給用戶造成設(shè)置干擾，又能夠?qū)崿F(xiàn)旋壓需要的所有運(yùn)動定義。材料庫保留了DEFORM所有的材料數(shù)據(jù)，也可用戶自定義各類復(fù)雜材料參數(shù)，其參數(shù)的全面性這里不再贅述，感興趣的用戶可查看其它DEFORM文章或與我們聯(lián)系。

 

模具運(yùn)動設(shè)置界面

 

其余的模擬設(shè)置Flow Forming旋壓模塊都會幫助用戶快速完成，包括接觸定義、步長、停止條件、算法選擇等都有快速選擇界面或推薦值，等使工藝人員將全部的精力投入到可變工藝參數(shù)的制定上，全心研究旋壓成形規(guī)律，優(yōu)化工藝參數(shù)。

 

2、ALE法與旋壓的完美結(jié)合

 

DEFORM軟件的Flow Forming旋壓模塊采用的是ALE任意拉格朗日歐拉算法。Lagrange法是網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)與物質(zhì)點(diǎn)保持一致運(yùn)動，因此在描述運(yùn)動邊界或者運(yùn)動界面時非常方便；而Euler法網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)固定在空間，不隨物體質(zhì)點(diǎn)流動，因此在描述大變形時沒有糾纏問題，缺點(diǎn)是處理對流效應(yīng)比較困難，也無法精確確定運(yùn)動邊界。ALE法是融合了Euler法和Lagrange法各自的優(yōu)點(diǎn)，使網(wǎng)格在整個分析過程中保持一種比較良好的狀態(tài)，不會出現(xiàn)巨大的扭曲與變形，在保證精度的前提下提高了旋壓計(jì)算效率。

 

Flow Forming旋壓模塊靈活應(yīng)用了ALE法，具體如下圖所示，通過向?qū)K自動生成的工件和旋壓輪，對接觸部位的網(wǎng)格和幾何線條在旋轉(zhuǎn)方向上自動局部加密，提高接觸部分的計(jì)算精度。由于旋壓過程中工件和旋壓輪不斷發(fā)生旋轉(zhuǎn)，相互接觸位置也在不斷變化，ALE法正好能夠克服了網(wǎng)格需要不斷重劃分的缺點(diǎn)，又能夠保證旋壓狀態(tài)下工件邊界形狀的變化。

 

旋壓過程中ALE法的幾何和網(wǎng)格

 

對于強(qiáng)力旋壓，工件壁厚減薄嚴(yán)重時，F(xiàn)low Forming旋壓模塊又能夠自動重劃分工件的2D截面網(wǎng)格，使得整個計(jì)算過程都使用六面體網(wǎng)格，并且接觸部位保持局部細(xì)化網(wǎng)格，實(shí)現(xiàn)高效高精度計(jì)算。

 

3、隱式與顯式算法的應(yīng)用

 

旋壓過程在塑形變形較大時，工件一般作為剛塑性體處理，通常采用隱式算法即可高效求解，而對于彈性變形不可忽略的情況下，必須采用彈塑性模型才能得到精確模擬結(jié)果，采用隱式算法求解彈塑性物體變形，計(jì)算較慢，且容易發(fā)生不收斂的情況。DEFORM軟件在v11版本之后引入了顯式求解算法，很好地解決了彈塑性模型的求解過程，對于旋壓彈塑性模擬完全能夠使用顯式算法，下面是一組案例，分別使用剛塑性體隱式求解和彈塑性顯式求解得到的結(jié)果。

 

精度對比

 

從圖中對比可以看出，旋壓模擬最后的結(jié)果基本相同，如果只是對工藝參數(shù)及材料流動規(guī)律研究，塑形模型也可滿足要求，而彈塑性模型更加接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果。另外從計(jì)算時間上來看，彈塑性模型采用顯式算法，與剛塑性模型隱式求解時間上幾乎相同，甚至更快一些。

 

03結(jié)論

 

DEFORM軟件為旋壓模擬提供了方便快捷的向?qū)侥K和更多高級功能應(yīng)用，為旋壓工藝提供了先進(jìn)的研究方法。

 

如果想要更近一步了解DEFORM旋壓模擬的功能與應(yīng)用，歡迎與我們聯(lián)系咨詢，我們將為您提供專業(yè)的軟件使用指導(dǎo)和建議，幫助提高旋壓生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，優(yōu)化工藝參數(shù)，生產(chǎn)出高質(zhì)量的旋壓產(chǎn)品。