旋壓模擬的案例
基于ALE法的DEFORM旋壓數(shù)值模擬
01簡(jiǎn)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(duì)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(duì)其進(jìn)行了研究，對(duì)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(duì)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(shí)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(duì)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(duì)于旋壓過程模擬，多年來SFTC公司對(duì)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?jī)?yōu)化處理，工藝研發(fā)人員只需按照向?qū)Ы缑嫣崾荆瑢?dǎo)入實(shí)際幾何模型和工藝參數(shù)，即可完成模擬，整個(gè)設(shè)置過程猶如高級(jí)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(dòng)參數(shù)、選擇材料即可完成模擬設(shè)置。
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01 簡(jiǎn)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(duì)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(duì)其進(jìn)行了研究，對(duì)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(duì)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(shí)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(duì)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(duì)于旋壓過程模擬，多年來SFTC公司對(duì)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?jī)?yōu)化處理，工藝研發(fā)人員只需按照向?qū)Ы缑嫣崾荆瑢?dǎo)入實(shí)際幾何模型和工藝參數(shù)，即可完成模擬，整個(gè)設(shè)置過程猶如高級(jí)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。
展開 simufact.forming 旋壓 模擬 鋁合金 輪轂
車輪旋壓模擬， 復(fù)雜軌跡，
『公告』ANSYS/LS-DYNA旋壓模擬
ANSYS/LS-DYNA旋壓模擬的大家都來交流下
Forge2011模擬旋壓
[media=x,500,375,1]http://v.youku.com/v_show/id_XNDAwMzg2MzA0.html[/media]Forge2011模擬旋壓
DEFORM Spinning輪轂旋壓仿真新技術(shù)
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背景
旋壓加工是一種非常特殊的成型加工方法，具備高速旋轉(zhuǎn)及高應(yīng)變率的特點(diǎn)。在輪轂的生產(chǎn)加工過程中，與鑄造加工和鍛造加工不同，它綜合了擠壓、拉伸和彎曲等多種特征于一身，共同來完成各種回轉(zhuǎn)體零件的縮口、卷邊和脹形等工藝。眾所周知，旋壓技術(shù)作為無屑型金屬成型工藝的一種，具有很多優(yōu)良的特征，比如節(jié)省材料、加工設(shè)備簡(jiǎn)單和成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在民用和軍用企業(yè)中。
在旋壓技術(shù)和旋壓設(shè)備迅速發(fā)展的同時(shí)，使用有限元軟件進(jìn)行模擬仿真分析應(yīng)運(yùn)而生，為旋壓成型工藝方案的評(píng)判和優(yōu)化提供理論依據(jù)。目前，大多學(xué)者都是使用通用有限元分析軟件來進(jìn)行輪轂旋壓工藝過程的模擬仿真。針對(duì)輪轂旋壓成型模擬仿真普遍存在如下一些問題：
■ 模擬計(jì)算時(shí)間非常長，普通軟件基本需要數(shù)周時(shí)間才能計(jì)算完畢，企業(yè)難以接受；
■ 幾何模型簡(jiǎn)化太多，與實(shí)際結(jié)果差異較大；
■ 前處理過程操作復(fù)雜，對(duì)使用人員要求較高；
軟件功能
Deform是一個(gè)基于有限元方法的工藝模擬系統(tǒng)，專門用于分析各種金屬成型和熱處理工藝，可以提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)。典型的Deform應(yīng)用包括鍛造、旋壓、熱處理和其他的成型加工手段。經(jīng)過三十多年的發(fā)展，Deform軟件具有著卓越的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，而且易于使用，模擬引擎在大流動(dòng)、行程載荷和產(chǎn)品缺陷預(yù)測(cè)等方面同實(shí)際生產(chǎn)相符，保持著令人嘆為觀止的精度，被國際成型模擬領(lǐng)域公認(rèn)為處于同類型模擬軟件的領(lǐng)先地位。
展開 MARC模擬模環(huán)旋壓成形
模環(huán)旋壓成形過程的數(shù)值模擬與工藝優(yōu)化.part1.rar
模環(huán)旋壓成形過程的數(shù)值模擬與工藝優(yōu)化.part2.rar
simufact強(qiáng)力旋壓模擬教程
simufact軟件可以很方便的進(jìn)行強(qiáng)力旋壓仿真，很多朋友在網(wǎng)上提問，說在強(qiáng)力旋壓的仿真中遇到這樣或者那樣的問題，無論是建模，還是參數(shù)設(shè)置......。我想還是弄一個(gè)教程出來，大家可以按圖索驥。 本例針對(duì)三輪強(qiáng)力旋壓進(jìn)行說明，原始的CAD建模我就不詳細(xì)論述了。主要從simufact軟件的建模開始。直到最后計(jì)算。
當(dāng)然，這只是強(qiáng)旋模擬中最基礎(chǔ)的例子，大家通過這個(gè)例子還可以引申出：三輪強(qiáng)力錯(cuò)距分層旋壓、剪切旋壓等，其實(shí)就是在我們CAD建模或者運(yùn)動(dòng)方式的設(shè)置上有些許不同。如果是之前使用過simufact軟件的，對(duì)旋壓這個(gè)例子的建模應(yīng)該可以很快完成。當(dāng)然沒有學(xué)過也不要太擔(dān)心自己的實(shí)力，我們都是由不會(huì)到會(huì)的，慢慢來。可以找之前我發(fā)的簡(jiǎn)單的鍛造的案例來做一做。先熟悉一下軟件的界面和操作方式。
CAD模型已經(jīng)建立好了，請(qǐng)大家下載使用，點(diǎn)擊下載
cad date.rar
1 創(chuàng)建一個(gè)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(diǎn)擊File下拉菜單中的New Project，或者通過快捷鍵Ctrl+N來創(chuàng)建一個(gè)新的工藝仿真。
或者通過點(diǎn)擊新建圖標(biāo)來創(chuàng)建一個(gè)新的工藝仿真。
點(diǎn)擊后會(huì)彈出如下Process Properties對(duì)話框：
設(shè)置仿真相關(guān)參數(shù)：選擇旋壓（熱/冷）、仿真類型（2D/3D）、和求解器（有限元/有限體積）。當(dāng)選擇完工藝類型后，系統(tǒng)將自動(dòng)定義相關(guān)參數(shù)。下面可以選擇模具數(shù)量，預(yù)定義為：3個(gè)上模（3個(gè)旋輪），2個(gè)下模（1個(gè)芯軸和1個(gè)推料小車）。
展開 abaqus鋁合金輪轂旋壓模擬
復(fù)雜軌跡
simufact.forming車輪輥形旋壓仿真模擬
:victory::victory::victory: 不知道大家有沒有關(guān)注車輪旋壓的呢？之前對(duì)于車輪方面的仿真作了一些案例，一直沒有時(shí)間整理，今天整理一下了奉獻(xiàn)給大家吧！希望大家多多交流，共同進(jìn)步！加油！
我們都知道車輪的生產(chǎn)工藝根據(jù)材料不同采用的工藝也不同，常見的鋼制分體車輪一般采用沖壓加焊接的方式生產(chǎn)，好一點(diǎn)的還有整體輥壓成形及旋壓成形；現(xiàn)如今隨著汽車輕量化的發(fā)展，鋁合金車輪也日益常見，低端的采用鑄造和鍛造的方式加工，高端的還有先鑄造或鍛造出毛坯，然后再旋壓；那么我們今天所討論的案例就是關(guān)于高端車輪的輥壓、旋壓成形仿真。因?yàn)檫@些工藝不僅是實(shí)際加工中的難點(diǎn)，也是仿真模擬的難點(diǎn)。
說到仿真，不得不說到相關(guān)軟件，俺就一些使用經(jīng)驗(yàn)大概說一下吧！旋壓工藝仿真這種非穩(wěn)態(tài)的仿真為了得到較為精確的計(jì)算結(jié)果，一般需要采用隱式非線性求解器、六面體單元及彈塑性材料模型進(jìn)行仿真建模計(jì)算。而目前常用的金屬成形仿真軟件中，ANSYS主要用為線性求解器，主要為非線性求解，所以求解功能不足以解應(yīng)對(duì)旋壓成形的復(fù)雜計(jì)算。用得比較廣泛的DEFORM呢？又無法進(jìn)行六面體網(wǎng)格的劃分及重劃分，而且其彈塑性求解功能不夠精確，彈塑性材料模型也很少。MARC和ABAQUS似乎同時(shí)滿足以上兩個(gè)要求，但作為通用有限元仿真軟件，其操作的復(fù)雜性導(dǎo)致旋壓仿真建模較為不易，因?yàn)檐囕喌?em>旋壓中，旋輪路徑都是復(fù)雜的曲線，且芯模與頂料機(jī)構(gòu)是主動(dòng)旋轉(zhuǎn)，旋輪在進(jìn)給的同時(shí)，由于受到摩擦力的作用，發(fā)生被動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
展開 筒形件旋壓成形的有限元數(shù)值模擬研究
說明：本人在技術(shù)鄰發(fā)表的所有論文均為第一作者原創(chuàng)，未經(jīng)作者允許，不得轉(zhuǎn)載。。。
基于數(shù)值模擬的鈑制帶輪旋壓成形試驗(yàn)研究及缺陷分析
圖2 旋壓預(yù)制坯結(jié)構(gòu)
鈑制帶輪由增厚成形階段和旋齒成形階段組成，每階段各為工步，該旋壓成形工藝共計(jì)四工步。旋彎增厚成形和旋平增厚成形組成前一階段；預(yù)成齒成形和成齒成形為后一階段，故鈑制帶輪殼體零件可通過四工步立式旋壓機(jī)實(shí)現(xiàn)外壁特征結(jié)構(gòu)的分步成形。
有限元模型建立
建立增厚成形階段的Pro/E三維模型，采用Simufact軟件對(duì)旋壓成形過程中的旋彎成形和旋平增厚成形過程進(jìn)行模擬分析，建立如圖3所示的有限元模型。坯料選擇為塑性體，模具為剛性體，材料選用DD13-ck，旋輪與工件的摩擦系數(shù)設(shè)為0.05，坯料和模具溫度20℃，上下芯模與坯料摩擦系數(shù)設(shè)為0.30。相關(guān)旋壓工藝參數(shù)如表1所示，成形過程中，上下芯模帶動(dòng)坯料做自轉(zhuǎn)，旋輪沿徑向進(jìn)給，做被動(dòng)旋轉(zhuǎn)。通過簡(jiǎn)化坯料內(nèi)部結(jié)構(gòu)提高運(yùn)算效率，前兩道次旋壓成形獲得了合適的旋齒預(yù)制坯。
圖3 兩道次成形有限元模型
成形過程分析
圖4所示為一道次增厚成形過程等效應(yīng)力分布云圖，可見最大應(yīng)力出現(xiàn)在旋輪R弧與坯料接觸位置。成形過程中，在弧形旋輪徑向進(jìn)給作用下，變形區(qū)的金屬始終處于壓應(yīng)力作用下的不均勻塑性流動(dòng)狀態(tài)。隨著變形過程的進(jìn)行，變形區(qū)金屬材料逐漸沿軸向和徑向流動(dòng)，坯料外緣半徑減小，與旋輪弧面結(jié)構(gòu)貼合，形成聚料圓弧結(jié)構(gòu)。由于零件具有上下凸筋結(jié)構(gòu)，在下芯模上端部位成形出弧形結(jié)構(gòu)用來聚料，當(dāng)旋輪貼模時(shí)，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)限制實(shí)現(xiàn)側(cè)壁的整體增厚，坯料外緣的應(yīng)力集中區(qū)由表層不斷擴(kuò)展至內(nèi)層，主受力區(qū)域面積增加。隨著成形過程進(jìn)行，坯料外緣在一道次旋輪模具約束下發(fā)生自由彎曲變形，得到旋彎成形道次的成形件。
圖4 一道次增厚成形過程等效應(yīng)力分布圖
表1 多楔帶輪旋壓成形參數(shù)
根據(jù)一道次模擬結(jié)果，在同一芯模下進(jìn)行二道次旋平貼模，成形上下凸筋。
展開 simufact.forming管材加工（穿孔斜軋/三輥軋管/芯棒拔長）模擬講座
可以參考以前我的帖子：simufact強(qiáng)力旋壓模擬教程http://forums.caenet.cn/showtopic-507999.aspx
我們主要對(duì)穿孔斜軋仿真建模時(shí)需要注意的地方，或者說與其它工藝模擬，設(shè)置不同的地方。
需要注意的有一下幾個(gè)地方：
1、中間子彈頭芯模的被動(dòng)旋轉(zhuǎn)邊界條件設(shè)定，定義局部坐標(biāo)系后，始終是局部坐標(biāo)系的Z軸。關(guān)于如何定義主動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸和局部坐標(biāo)系可以參考以前的帖子：simufact強(qiáng)力旋壓模擬教程、simufact徑軸向環(huán)軋模擬教程
2、采用ringmesh劃分坯料網(wǎng)格，工件初始為圓柱體，后期變形后變成管材。采用ringmesh劃分回轉(zhuǎn)體網(wǎng)格比較簡(jiǎn)便，有網(wǎng)友反映，采用ringmesh劃分網(wǎng)格，得到的結(jié)果不太精確，最好采用overlay hex劃分網(wǎng)格，這里提醒大家的是，雖然采用overlay hey劃分出來的網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果較好，但是網(wǎng)格劃分的參數(shù)一定要設(shè)置好，如圖所示，假設(shè)原來厚度方向的網(wǎng)格尺寸為4mm。但是最終的管材壁厚只有8mm，那么很明顯，厚度方向只有兩層網(wǎng)格了，最好將初始厚度方向的網(wǎng)格尺寸定義為2~3mm。這樣保證管材厚度方向有三層網(wǎng)格。
建議大家采用overlay hey網(wǎng)格里面高級(jí)菜單。如圖所示兩個(gè)參數(shù)，設(shè)置恰當(dāng)，可以劃分出較好的網(wǎng)格。平衡計(jì)算效率和結(jié)果精確度。
3、本案例中推料板的驅(qū)動(dòng)為彈簧，施加一定的力來推動(dòng)，常見的還可以定義一定的速度。
展開 simufact鋁合金輪轂旋壓
旋壓模擬
某曲軸多楔輪旋壓成形工藝研究
旋壓增厚有限元模擬分析
建立有限元模型
利用Inventor 建立工件和各道次模具的三維模型，基于有限元軟件Simufact 對(duì)旋壓成形過程進(jìn)行模擬分析，第1 道次有限元模型如圖2 所示。
圖2 第1 道次有限元模型圖
預(yù)制坯的材料為DD13，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，設(shè)置工件與旋輪之間為庫倫摩擦，摩擦系數(shù)為0.05，工件與芯模和上下模之間也是庫倫摩擦，摩擦系數(shù)為0.3。模擬中，工件與模具的溫度均設(shè)置為20℃；設(shè)置模具和旋輪都為不帶傳熱的剛體模具；預(yù)制坯采用環(huán)狀六面體網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格尺寸為2.5mm×2.5mm×5mm，劃分的網(wǎng)格總數(shù)約為26000，設(shè)置一級(jí)網(wǎng)格自適應(yīng)細(xì)化等級(jí)；芯模及上、下模夾住工件自轉(zhuǎn)，旋輪在驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)下沿X 軸徑向進(jìn)給，在與工件接觸時(shí)發(fā)生被動(dòng)自轉(zhuǎn)。旋壓模擬的運(yùn)動(dòng)參數(shù)見表1。
表1 旋壓模擬運(yùn)動(dòng)參數(shù)表
旋壓增厚有限元模擬分析
旋壓增厚成形過程中，首先進(jìn)行的是第1 道次旋彎工步，此階段不同成形程度下的等效應(yīng)力分布如圖3 所示。成形初期，預(yù)制板坯外緣緊貼旋輪彎曲外緣處，工件在旋輪剛度及徑向壓力的作用下發(fā)生輕微變形。成形中期，工件外緣部分在旋輪徑向壓力下逐漸發(fā)生彎曲，金屬發(fā)生軸向和切向的流動(dòng)，形成圓弧狀外緣。成形末期，等效應(yīng)力值逐漸增大，主要變形區(qū)擴(kuò)大，坯料在旋輪圓弧處聚集，達(dá)到了使輪緣在法蘭處聚料增厚的效果。
圖3 第1 道次等效應(yīng)力分布圖
第2 道次旋平工步中不同成形程度下的等效應(yīng)力分布如圖4 所示。金屬在旋輪徑向進(jìn)給作用下主要發(fā)生徑向及軸向流動(dòng)，工件變形區(qū)持續(xù)擴(kuò)大，隨著增厚程度增加，工件將與下模完成貼模，成形出下筒內(nèi)壁，部分金屬在旋輪的擠壓作用下有明顯地向凹槽中流動(dòng)的趨勢(shì)以完成法蘭處聚料，聚料越充分后續(xù)法蘭成形效果越好。因此，第2 道次旋平工步中最優(yōu)參數(shù)的確定對(duì)曲軸多楔輪整體成形質(zhì)量有著非常重要的影響。
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