Simufact9.0實例分析教程(環形件徑軸向軋制、輥軋及旋壓等旋轉加工均適用)
附上我建立好的模型,可以直接運算
simufact.forming9.0
—實例分析教程
環形件徑軸向軋制、輥軋及旋壓等旋轉加工均適用
mrsamwalt 09年12月 北京
環形件徑軸向軋制、輥軋及旋壓等旋轉加工的有限元仿真,由于涉及到的工模具較多,且模具的運動方式復雜,一直以來是有限元仿真中的難點。而Simufact為這類仿真提供了很好的平臺,設置簡單,方便易用,結合MARC有限元求解器,結果精確。
1. 創建一個新的工藝仿真
通過開始菜單或桌面快捷方式打開simufact.forming軟件。在軟件界面點擊File下拉菜單中的New Project,或者通過快捷鍵Ctrl+N來創建一個新的工藝仿真。
或者通過點擊新建圖標來創建一個新的工藝仿真。
點擊后會彈出如下Process Properties對話框:
這里可以設置仿真相關參數:環軋類型(熱/冷)、仿真類型(2D/3D)、和求解器(有限元/有限體積)。當選擇完工藝類型后,系統將自動定義相關參數。下面可以選擇模具數量。當然,在Simufact9.0版本中,如果選擇了相關的工藝類型,比如這里選擇了環軋仿真,那么系統會出現默認設置,推薦使用的是有限元法(FEM)
操作步驟:
左側選擇工藝類型為ring rolling(環軋),修改加工類型為Hot
保留缺省設置(3D和FE)
調整模具數量,總數為5即可(本次仿真中用到的模具有5個)
點擊ok確認
2. 仿真建模
3.1 修改仿真、模具、坯料名稱
確認后,你可以看到simufact.forming軟件已經自動設置好了仿真所需要的相關參數。在左側可以看到仿真所需要的進程樹,右側為預覽窗口。鼠標左鍵緩慢雙擊要修改名稱的進程樹,或者通過右鍵單擊選擇Rename可以修改名稱。將模具名稱修改為:drive-roller(驅動輥)、guide-roller(導向輥)、core-roller(芯輥)、end-roll1(端面軋輥_1)、end-roll2(端面軋輥_2)。
3.2 導入幾何模型
導入模具和坯料的幾何模型有兩種方式:
1、在菜單欄點擊Insert — Model — Form file/CAD import
2、下圖所示第二個空白區(備品區)點擊鼠標右鍵Model — Form file/CAD import
解釋:
Form file:一般導入通用有限元格式,如STL、BDF、DAT、ARC、T16、WRL和DXF。
CAD import:可以直接打開proe、catia、ug、SolidWorks等默認格式文件,無需轉換。
選擇Form file導入STL格式文件,例子中要用到的文件我上傳到附件中了。在彈出的對話框中選中如下三個文件:
drive-roller.stl、core-roller.stl、guide-roller.stl、workpiece.stl、end-roll1.stl、end-roll2.stl,點擊“打開”
選擇單位為:mm
在備品區用鼠標左鍵拖動drive-roller、core-roller、guide-roller、workpiece、end-roll1、end-roll2到左側進程樹對應模具和坯料中
拖動后在右側圖形區會出現圖示幾何模型。一般在CAD軟件里將模具和坯料裝配起來,導入后Simufact會按照你在CAD軟件里面裝配的位置,自動出現如下圖所示的裝配好的幾何模型。也可以通過Simufact里面自帶的裝配工具來調整每個模具的位置。Simufact里面的裝備工具在以后的里面來講。所以,我們在畫CAD模型的時候,記住要在CAD軟件里面便把各個模型的位置定義好。
3.3 定義模具的旋轉軸
這里我們來定義驅動輥、芯輥、導向輥、端面軋輥的旋轉軸和主動運動還是隨動,其中驅動輥是主動運動,無需添加隨動邊界條件。導向輥在Z向為主動運動,繞自身旋轉軸旋轉為被動運動,芯輥和端面軋輥也是由于和坯料摩擦而被動旋轉。我們知道在marc、abaqus里面定義旋轉軸比較復雜,特別是這里的端面軋輥的旋轉軸和總體坐標不一致。Simufact特別提供總體坐標和局部坐標的設置。極大的方便了類似旋轉軸的定義。
在進程樹中的driver-roller上面點擊鼠標右鍵,出現如下對話框,鼠標左鍵選擇Rotation Axis/Local System
在彈出的如下對話框中,用鼠標左鍵在驅動輥側表面上沿其旋轉方向依次拾取3個點。如下圖:驅動輥在如下視圖中位順時針轉動,便依次繞順時針方向在驅動輥側表面選取3個點。這樣便定義了驅動輥的旋轉軸和旋轉方向(主動旋轉)。
定義完后在進程樹和備品區的驅動輥(driver-roller)會變成帶有旋轉符號的圖標。
如定義end-roll1(端面軋輥1)的被動旋轉軸和旋轉方向時,依照前面定義驅動輥旋轉方向按照其旋轉方向依次選取3個點,最后再其表面再選取一點確定局部坐標系中X軸。這樣便實現了局部坐標系的定義。
下圖所示為定義了局部坐標系的端面軋輥實線為局部坐標系的旋轉軸,大家可以同時看到局部坐標系和總體坐標系。
3.4 定義材料
模具材料的定義:如果不定義模具材料,缺省設置為H13模具鋼,同樣在備品區點擊鼠標右鍵,出現如下圖菜單,選擇Material-Library
在材料數據庫中選擇Steel—DIN_1.3505,點擊Load,所選材料出現在右側備品區。
3.5 定義設備
這里需要定義的有驅動輥和導向輥的運動,驅動輥是平動和轉動的結合。右鍵在備品區單擊,選擇Press — Manual,彈出如下對話框,選擇Tabular motion(Translation & Rotation)(自定義平動和旋轉)并定義相關參數,沿Y的負方向平度速度為1mm/s,繞Z軸旋轉速度為100 R/min,如下圖所示:
導向輥是平動和被動旋轉的結合。所以,在這里我們需要對導向輥的運動進行簡化,我們將其設定為平動,將其摩擦系數設置為0,以盡量減少計算結果誤差。
同理,右鍵在備品區單擊,選擇Press — Manual,彈出如下對話框,選擇Tabular motion(Translation & Rotation)(自定義平動和旋轉)并定義相關參數,沿Z軸的平度速度為0.8mm/s,如下圖所示:
在備品區點擊鼠標右鍵,或者通過Insert — Friction — Manual插入摩擦類型,選擇Plastic Shear Friction,定義芯輥、端面軋輥的摩擦因子為0.3,同理,定義導向輥的摩擦因子為0.3,定義驅動輥的摩擦因子為0.85,其它相關參數默認。如下圖所示,然后點擊OK。
3.7 定義溫度
在進程樹中用鼠標左鍵雙擊Ambient Temperature設定環境溫度為20℃。
在備品區點擊右鍵或者點擊菜單Insert — Heat — Die — Manual設置模具溫度為20℃,相關參數設定如下:
同樣Heat — WorkPiece設置坯料溫度為20℃,相關設置如下:
由于端面軋輥是靠摩擦被動旋轉的,因而固定端面軋輥X/Y/Z方向的平動和X/Y方向的旋轉,讓其只能繞Z軸旋轉。
在備品區點擊鼠標右鍵,在出現的對話框中選擇DieType—DieInsert—Manual,如下圖:
在彈出的對話框中定義端面軋輥X/Y/Z方向的平動和X/Y方向的旋轉,讓其只能繞Z軸旋轉。如下圖:
3.9 添加設備、材料等模型到進程樹相應處
用鼠標左鍵(選中不放,拖拽到進程樹相應處)將備品區設置好的設備、材料、邊界條件、溫度、摩擦等模型拖到到驅動輥、坯料、芯輥、導向輥及端面軋輥中,拖拽好后進程樹如下圖所示。
用鼠標左鍵雙擊進程樹中workpiece下方Mesh,出現如下圖網格劃分對話框,定義單元尺寸為4mm,選擇網格劃分器為Ringmesh,點擊上方網格劃分按鈕
點擊ok確定,彈出對話框提示,是否使用初始網格劃分定義網格重劃分,如果你覺得需要網格重劃分就點yes,變形量不大,不用網格重劃分就點No。這里我們點擊yes,會看到右邊備品區出現Remesh,雙擊打開,選擇網格重劃分標準,這里選用應變控制的網格重劃分,定義應變變化為0.6時開始網格重劃分。當然也可以多個準則同時使用,也可以在網格重劃分的時候改變單元類型。我們這里定義如下圖所示:
在進程樹中左鍵雙擊Forming,出現如下工藝過程相關參數定義對話框。
在output Divisions菜單中修改保存200步結果。
在Step control菜單中選擇Fixed time step(固定時間步長),點擊Manual定義總步數,也可以點擊后面的小圖標讓程序自己計算合適的總步數,如下圖,輸入每一步模具在坯料上走過的距離為4mm,點擊ok,程序自動計算出一共需要多少步。(步長一般取單元尺寸的1/3)。
在Stabileze菜單進行相關穩定性設置,如:創建彈簧并定義彈簧剛度、半自動補償、彈簧控制等,相關參數設置如下圖所示。
全部定義完成,保存運行即可。
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