新功能 | 用DEFORM分析大批量鍛壓生產中的模具壽命,只需這樣做
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編者按
作者介紹了DEFORM v12.1推出的全新的分析模塊——too llife模具壽命分析向導模塊,從模具的溫度、磨損、應力、壽命等四個方面進行分析,其短時間內能完成模擬計算,為優化鍛造工藝和模具設計提供了可靠的理論依據。
隨著國內自動化生產程度的不斷提高,大批量生產鍛件時,模具的壽命問題不僅僅關系到生產成本問題,模具工作部分的精度保持性還會影響到產品質量、設備損耗,后續加工成本等問題。目前我國的模具壽命提高主要從模具材料、模具加工工藝等方面進行提高。隨著有限元仿真軟件的出現,從鍛壓工藝、模具結構設計方面進行分析優化變的更加容易,但都僅僅只實現了當前一個生產工序的模擬,與大批量連續生產過程中實際結果相差較大。
01
DEFORM軟件做為全球最知名的工藝仿真軟件,在金屬加工模擬仿真不斷追求與實際更加貼近的模擬計算方法,最早開發了模具應力分析的耦合法和插值法。v11.0版本后,率先推出了MO多工序模擬技術,將整個加工工藝過程聯合模擬,考慮了前后工序的影響,模擬結果與實際生產結果相符度更高。
使用DEFORM軟件通過一個鍛件生產過程的有限次循環模擬,可以觀察到模具的溫度分布差異性較大,研究分析模具的多次循環鍛打有利于提高批量生產過程中的鍛件質量穩定性和模具壽命。
模擬一個、數個鍛件的連續生產過程容易了,但大批量自動生產時,一百件件、甚至幾萬件過后,模具狀態變量分布如何預測?如果完全的上百次鍛壓過程循環模擬,計算量大,計算時間太長也不可接受。因此,經過開發人員大量研究和試驗比對,DEFORM v12.1推出了全新的分析模塊——too llife模具壽命分析向導模塊,在批量生產過程中,從模具的溫度、磨損、應力、壽命等四個方面進行分析,短時間內完成模擬計算,為優化鍛造工藝和模具設計提供可靠的理論依據。
02
批量鍛造生產下模具溫度模擬原理如下圖所示,工藝研究人員先模擬設置一個循環周期的前處理設置,包括了模具鍛前、鍛中、鍛后的傳熱、噴霧冷卻等模擬,形成一個完整生產周期的模擬,再對整個工序N次循環模擬,之后對每次循環模擬的熱流結果提取,通過數學模型預測后期的熱流變化,將熱流重新施加到模具表面,得到M此循環周期后的溫度分布,這里N的值遠遠小于M。同樣的方法也適用于模具磨損預測。
模擬計算原理
循環設置
整個設置過程向導化操作,自動化程度高,分為研究物體選擇、數據提取、曲線擬合、模擬控制、DB文件生成五個過程。
03
后處理結果的展示方面,DEFORM軟件同時開發了新的顯示功能,包括了多次循環后的模具溫度、磨損率、磨損深度、幾何變化等結果分布,用戶只需輸入循環次數,即可自動顯示相關變量的分布。
600次循環模擬結果
圖中模具幾何根據磨損情況的更新也是一大亮點,軟件根據Archard磨損準則,對磨損率進行平滑處理,以提供更規則的幾何形狀更新。
2D模具幾何磨損更新
3D幾何磨損更新
04
疲勞是影響模具壽命的重要因素,疲勞分析需要批量生產中模具應力的循環加載歷史(應力/應變變化),而傳統的耦合法模具應力分析計算量大,插值法應力分析只能同時計算某一個時刻的應力分析,DEFORM軟件在新的版本中對計算效率高的插值法設置進行更新,允許選擇多個時刻的受力狀態,同時進行插值法模具應力分析,快速提取模具的應力/應變加載過程。
多步插值法模具應力法分析
再結合DEFORM工序循環設置,得到循環鍛打過程中的模具應力變化,如下圖所示,十個循環鍛打過程中模具不同位置的應力變化曲線。
最后可通過Basquin方程,對模具疲勞分析。DEFORM在未來的版本開發中將進一步完善相關設置,推出更多更先進的模擬計算功能。
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