金屬成型過程仿真的案例
金屬成型中軋制過程模擬 ---完全熱力耦合實例
本文主要介紹在abaqus中進行熱軋過程的模擬。
軋制主要有冷軋和熱軋，冷軋的過程與溫度無關。熱軋不但與溫度有關，并且溫度和力的作用相互影響，形成一個完全熱力耦合問題。
Abaqus中對于熱軋進行完全熱力耦合分析主要有以下幾個步驟:
1、建模
對于軋輥，若不考慮其變形情況，可以將其按照解析剛體的方式創建，在考慮其變形的情況，可按照實際情況施加防變形的輪，軋板采用可變形體模擬。
2、材料
材料包括力學部分和熱學部分，主要有導熱系數、比熱容、非彈性熱轉變分數、彈性、塑性、、密度、熱膨脹系數。此處應注意單位制以及塑性中應變應該是塑性應變而不是整體應變。所有參數根據實際是否與溫度有關。本文中設置所有參數均與溫度相關。然后為軋板建立截面，分配截面屬性。
3、裝配
軋輥下邊緣水平切線應低于軋板上平面，以保證機械接觸的發生，也可以在相互作用模塊給定調整值。
4、分析類型
在初始步后選擇溫度-位移動態顯式分析類型，并設置分析時間。同時可以考慮設置質量縮放。指定輸出變量中增加溫度的輸出。
5、相互作用
相互作用主要有兩部分：第一是軋輥外表面與壓板之間的機械接觸，壓板應該選擇上上表面以及運動方向的前端。第二是軋板的對流參數設置，二者采用同一個接觸屬性，接觸屬性應包括切向行為，給定摩擦系數0.1。熱傳導與間隙的關系，如下表。并給定接觸面由于摩擦產生的熱的百分比以及該熱量分配至從面的百分比，本文采用默認值。
此外需要將軋輥進行耦合至質心處，在質心位置對其進行加載。
6、載荷和約束
該模塊主要有兩部分需要定義:
第一，軋輥參考點約束除軸向外的所有自由度，約束軋板下表面Y向自由度，給定軋輥200℃溫度。
第二，給軋板初始溫度800和初始速度500℃。
7、網格劃分并計算
對軋板進行網格劃分并提交計算。
展開 設計仿真 | Simufact Additive仿真助力金屬粘結劑噴射成型（MBJ）工業化
引 言
燒結過程中“設計”補償變形的能力被視為是實現金屬粘結劑噴射成型（MBJ）快速商業化的關鍵。針對燒結過程的仿真分析，Simufact Additive軟件現已推出了MBJ仿真模塊第三個版本，當前版本能夠準確模擬燒結過程，預測收縮、塌落度和與摩擦相關的變形問題，無論是“可變形”支撐器還是“非可變形（陶瓷）”支撐器，均可以通過仿真得到“預補償”幾何圖形，從而將預補償模型直接輸入到打印機中，保證燒結后的產品精度。文中，通過案例研究，探討了ExOne公司如何使用Simufact Additive來優化客戶所燒結的零件。[首次發表于《金屬增材制造》第6卷第3期，2021]
圖1 自2016年發布以來，Simufact Additive一直是金屬粉末床熔融（PBF）工藝模擬的一流解決方案提供商。
展開 非金屬復合材料成型仿真交流
大家好，我目前在做非金屬復合材料成型方面的仿真，主要涉及的軟件包括（PAM-COMPOSITE，ABAQUS，Moldex3D等），希望感興趣的同學加入這個群
921536817，大家共同交流。
【免費】Workbench中金屬沖壓成型仿真-自適應網格技術
本實例主要講解了金屬擠壓成型的模擬仿真，在ANSYS Workbench中由于擠壓成型往往伴隨著大變形，而大變形沒有顯著的改變零件的形狀，則可以通過調整更細的時間步和加載力的方式來取得收斂，比如釣魚竿的彎曲變形，彈簧的壓縮大變形，但是對于壓鑄成型一類的仿真，通過常規的大變形時不能實現的，必然會導致零件擠壓過程中網格發生畸變，導致不收斂，得不到所要的結果。（公眾號:CAE_ANSYS）
而ANSYS新版本推出的網格自適應功能，完美的解決了這一問題，將網格在大變形的時候，單元會發生畸變，此時根據網格形狀準則使之重新劃分網格，會避免網格的畸變，進而進行后續計算，獲取所需要的大變形結果。
本次實例采用二維軸對稱方式選擇片體結構進行分析，動模在上，向下移動，工件受到擠壓變形，中間過程產生重畫網格，最終工件達到所需要的形狀
1.模型
繪制3D模型，然后，提取成片體結構，采用2維的軸對稱模型，最終的模型如圖所示
2.材料
材料要產生變形，且不可恢復，所以只能選擇塑形材料，本實例設置雙線性塑形材料，如圖所示
3.接觸
接觸采用摩擦或者無摩擦接觸，可以根據實際情況確定，設置相應的邊界位置進行接觸
4.邊界條件
上模型移動，下模型固定，移動距離根據多次的計算結構來確定
5.重畫網格設定
重畫網格的限制條件較多，一般需要大變形打開，關鍵是節點必須采用低階單元，自適應網格設置如圖所示。
展開 
基于塑性材料的金屬冷成型仿真
--- 理解塑性 ￥5
冷軋是一種在低于再結晶溫度（通常為室溫）的溫度下，通過輥子對金屬板材進行進給以壓縮其厚度的工藝。
本模擬演示了鋁材的冷軋過程。
本案例對彈性和塑料材料進行了對比模擬。
Simufact Additive仿真助力金屬粘結劑噴射成型（MBJ）工業化
引言
燒結過程中“設計”補償變形的能力被視為是實現金屬粘結劑噴射成型（MBJ）快速商業化的關鍵。針對燒結過程的仿真分析，Simufact Additive軟件現已推出了MBJ仿真模塊第三個版本，當前版本能夠準確模擬燒結過程，預測收縮、塌落度和與摩擦相關的變形問題，無論是“可變形”支撐器還是“非可變形（陶瓷）”支撐器，均可以通過仿真得到“預補償”幾何圖形，從而將預補償模型直接輸入到打印機中，保證燒結后的產品精度。文中，通過案例研究，探討了ExOne公司如何使用Simufact Additive來優化客戶所燒結的零件。[首次發表于《金屬增材制造》第6卷第3期，2021]
圖1：自2016年發布以來，Simufact Additive一直是金屬粉末床熔融（PBF）工藝模擬的一流解決方案提供商。此處顯示了在Simufact Additive中仿真大型（400 mm）機器上渦輪泵殼體變形的結果
伴隨著對MBJ工藝無比的期待，以及整個行業對加快采用MBJ進行大規模批量生產的強烈愿望，一種可以有效模擬燒結工藝的仿真軟件尤為重要，Simufact Additive 軟件推出的模擬金屬粘結劑噴射成型的MBJ模塊，滿足了市場需求，并且獲得用戶認可，能夠有效幫助客戶解決燒結變形問題，對燒結變形能夠自動補償計算。
Simufact Additive MBJ金屬粘結劑噴射成型方案
Simufact Engineering一直為金屬成形、焊接、連接、熱處理和增材制造提供一流的解決方案。憑借深厚的知識和經驗，Simufact對如何有效地仿真大多數金屬塑性加工工藝有著深刻的理解。
2020年，Simufact將其金屬粘結劑噴射成形仿真模塊添加到Simufact Additive軟件中。
展開 分析示例 | Simufact Additive仿真助力金屬粘結劑噴射成型（MBJ）工業化
引 言
燒結過程中“設計”補償變形的能力被視為是實現金屬粘結劑噴射成型（MBJ）快速商業化的關鍵。針對燒結過程的仿真分析，Simufact Additive軟件現已推出了MBJ仿真模塊第三個版本，當前版本能夠準確模擬燒結過程，預測收縮、塌落度和與摩擦相關的變形問題，無論是“可變形”支撐器還是“非可變形（陶瓷）”支撐器，均可以通過仿真得到“預補償”幾何圖形，從而將預補償模型直接輸入到打印機中，保證燒結后的產品精度。文中，通過案例研究，探討了ExOne公司如何使用Simufact Additive來優化客戶所燒結的零件。[首次發表于《金屬增材制造》第6卷第3期，2021]
圖1 自2016年發布以來，Simufact Additive一直是金屬粉末床熔融（PBF）工藝模擬的一流解決方案提供商。此處顯示了在Simufact Additive中仿真大型（400 mm）機器上渦輪泵殼體變形的結果
伴隨著對MBJ工藝無比的期待，以及整個行業對加快采用MBJ進行大規模批量生產的強烈愿望，一種可以有效模擬燒結工藝的仿真軟件尤為重要，Simufact Additive 軟件推出的模擬金屬粘結劑噴射成型的MBJ模塊，滿足了市場需求，并且獲得用戶認可，能夠有效幫助客戶解決燒結變形問題，對燒結變形能夠自動補償計算。
Simufact Additive MBJ金屬粘結劑噴射成型方案
Simufact Engineering一直為金屬成形、焊接、連接、熱處理和增材制造提供一流的解決方案。憑借深厚的知識和經驗，Simufact對如何有效地仿真大多數金屬塑性加工工藝有著深刻的理解。
2020年，Simufact將其金屬粘結劑噴射成形仿真模塊添加到Simufact Additive軟件中。
展開 金屬切削過程刀具磨損仿真
目前已經完成金屬切削過程中的刀具磨損仿真，通過ABAQUS實現，具體流程的程序可以聯系QQ2014815906
金屬切削過程宏觀和微觀尺度有限元仿真進展
一、研究背景
金屬切削過程中伴隨著復雜的應力場、應變場和溫度場，刀具幾何參數和切削參數對切屑形態、切削力、刀具磨損、殘余應力的綜合影響是復雜的。在宏觀尺度和微觀尺度上，材料具有不同的去除機制，這使得過程變量對工件表面質量和刀具壽命的影響和過程變量的影響因素有顯著差異。
有限元法被認為是一種切削過程中預測過程變量、揭示微觀物理現象、深入研究切削機理的有效方法。因此，運用有限元仿真對宏觀和微觀尺度切削過程進行研究，區分宏觀和微觀過程變量有限元仿真模型的差異，進而提高宏觀和微觀尺度有限元仿真的精度、工件表面質量和刀具壽命是必要的。有限元仿真模型的可靠性和有效性很大程度取決于仿真方法、本構模型、摩擦模型和損傷模型對網格單元、材料的動態力學行為、刀具-切屑-工件接觸過程和切屑的形成機制描述的準確性。建立更符合真實切削情況的有限元仿真模型，可以為優化切削過程變量和工藝參數提供參考。
因此，針對不同材料和加工方式，對宏觀和微觀過程變量和材料去除機制預測的有限元仿真進展進行了綜述，如圖1所示。同時，討論了金屬切削過程有限元仿真的研究和發展方向，為未來的建模方向提供了指導。
圖1 文章框架
二、主要內容
分別從仿真模型的建立、宏觀工藝變量仿真模型、微切削過程仿真模型和有限元仿真的擴展等四部分進行了綜述，如圖2所示。
展開 З形金屬密封環加載和卸載過程中的仿真分析 ￥1500
З形金屬密封環已成功應用于高壓補燃液氧/煤油發動機管路密封，成熟度較高，故在密封截面上不改變密封原有結構。З形金屬密封環截面尺寸隨直徑進行調整，保障裝配后密封和法蘭副的球心位于中心線上。 在進行非線性有限元彈塑性分析時，基于以下幾點假設對問題進行了簡化： 1)不考慮軟金屬鍍層的影響，認為密封接觸面為理想光滑表面，并忽略由于機械加工造成的密封表面加工硬化、表面粗糙度和殘余應力給密封性能帶來的影響。 2)將螺栓擰緊力矩等效為軸向位移載荷，并認為軸向位移載荷通過法蘭均勻作用于密封環上。 3)忽略加工誤差、安裝誤差等不確定性因素的影響，不考慮加工制造、裝配等原因引起的彎曲變形和扭轉變形等。4)忽略使用過程中的振動效果，不考慮體積力的影響。 在仿真過程中， 設定三個分析步， 第一個分析步施加預緊位移載荷， 第二步施加工作介質壓力，第三個分析步卸載。仿真過程中下法蘭固定不動；第一個分析步，上法蘭向下移動設定位移； 第二個分析步， 即工作工況下，在金屬密封環的密封唇與下法蘭內壁區間區域施加介質壓力；第三個分析步卸載。
仿真結果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
展開 自由鍛與環軋工藝案例講解，高精度、成熟的金屬成型工藝仿真展示【8月27直播】
精彩直播預告 下滑免費預約
自由鍛與環軋工藝過程復雜、仿真困難，難以精準還原實際過程，導致仿真精度受到影響。此外，大型坯料的自由鍛與環軋工藝參數驗證工作成本高，周期長。
傳統的工藝仿真軟件難以復現上述如此復雜的成形過程，Simufact Forming軟件為了方便用戶的仿真分析，單獨設立了自由鍛、環軋專業模塊，用戶僅需要按照軟件內置的工藝設備模板進行模型的搭建，即可快速且準確的仿真自由鍛與環軋工藝。
本期直播講堂請到了?？怂箍倒I軟件技術專家李仁軍，在直播間中講師將重點介紹Simufact Forming自由鍛工藝仿真和環軋工藝仿真功能特點，以及諸多在自由鍛環軋領域內的相關案例，敬請關注！
直播報名
8月27日 14:00
▲ 掃碼參與報名
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直播內容聚焦
? Simufact Forming軟件使用技巧
? 自由鍛與環軋工藝專業模塊介紹
? 自由鍛與環軋工藝行業案例分享
李仁軍
?？怂箍倒I軟件技術專家
主要負責?？怂箍礢imufact的技術支持與項目實施工作，在鍛造成形仿真、白車身焊接、金屬3D打印等工藝仿真領域具有多年的項目實施與交付經驗。
●工程機械駕駛室ROPS仿真分析與試驗驗證
●汽車車身結構輕量化研究
展開 
金屬材料與非金屬成型比較
培養具備金屬、塑料等材料的產品、工藝與模具方面的知識，能運用計算機技術進行產品、工藝與模具的設計、運用數控加工技術進行成型模具的制造，能從事產品及模具的試驗研究、生產管理、經營銷售等方面的高級工程技術人才。
主要課程：金屬成形工藝及模具、五金模具塑料成型工藝及模具、塑料制品裝潢與設計、模具材料及熱處理、模具制造技術、數控加工、產品造型設計、模具計算機輔助設計（CAD）、模具計算機輔助制造（CAM）、成型過程計算機輔助分析（CAE）、成型設備及計算機控制、創新設計、模具市場營銷、模具生產管理等。
就業方向：可在各行業從事與材料加工工程有關的金屬與塑料產品、工藝、模具的計算機輔助設計，計算機輔助制造、數控加工，試驗開發、質檢分析、管理營銷、教育科研等工作。
展開 結構力學分析（靜力、動力、疲勞）、多體系統仿真、鑄造/成型過程模擬算法分析，及工作站硬件配置推薦
多體系統仿真
核心算法: 常微分方程（ODE）組的數值求解。
原因：將機械系統（如汽車的懸架、機器人的手臂）抽象為一系列由運動副連接的剛體或柔體，建立描述其運動的動力學方程組，然后用數值積分方法（如龍格-庫塔法、Newmark法）求解系統隨時間變化的位移、速度和加速度。
計算特點:
順序性較強: 數值積分過程是按時間步順序進行的，單次仿真的并行化難度高于FEM/CFD。
規模相對較小: 與FEM/CFD的千萬/億級網格相比，MBD的自由度數量通常在幾千到幾萬量級。
對CPU主頻敏感: 求解器內部大量的邏輯判斷和串行計算，使得CPU的單核性能（高主頻）對整體速度影響很大。
計算平臺:
- CPU多核計算 (主要平臺): 現代MBD求解器（如 Adams, Simpack, RecurDyn）通過并行化不同子系統或函數的計算來利用多核，對于包含大量柔體或復雜接觸的系統，多核加速效果明顯。
- CPU單核計算 (重要影響因素): 對于大多數常規MBD分析，CPU的主頻依然是決定性因素之一。高主頻的CPU能顯著縮短單次仿真時間。
- GPU計算 (較少應用): 由于其算法的并行度不如FEM/CFD高，GPU在MBD領域的應用相對較少，不是主流。
3. 鑄造/成型過程模擬
涉及算法:
- 核心算法: 計算流體動力學 (CFD) + 隱式有限元法 (FEM) 的多物理場耦合。
- CFD部分 (有限體積法): 用于模擬熔融金屬/塑料的充填、流動過程。
- FEM部分 (隱式有限元法): 用于模擬冷卻、凝固、相變過程，以及由此產生的熱應力、變形和殘余應力。
計算特點:
- 計算密度極高: 這是所有仿真中計算最密集的領域之一。它同時包含了CFD的流體計算和FEM的傳熱/結構計算。
展開 常見的金屬材料金屬材料成型方法
常見金屬材料主要有黑色金屬鐵及其合金，壓鑄模具以及有色金屬及其合金。有色金屬又叫非鐵材料。
鐵的合金主要為鋼和鑄鐵。工業用鋼分結構鋼，零件鋼，工具鋼和特殊性能鋼。常用鑄鐵分灰鑄鐵，可鍛鑄鐵，球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。
常用有色金屬：鋁及鋁合金，鈦及鈦合金，銅及銅合金和軸承合金（錫基，鉛基，鋁基軸承合金）。
常用成型方法
冷加工：車，銑，刨，磨，鉆，拉（機加工）；冷軋、冷拔、冷鍛、沖壓、冷擠壓。
熱加工：鑄造，熱扎，鍛造，熱處理，焊接，熱切割，熱噴涂
具備粘結劑噴射技術成型潛力的金屬和非金屬材料超過40種
Digital Metal材料性能數據（含新推出的純銅）
鋁合金是汽車和航空航天業中最常用的金屬之一，但其在粘結劑噴射成型技術中一直面臨挑戰，其主要原因是在打印完成后的燒結過程中容易導致鋁合金燃燒。不過在今年3月， ExOne已經成功實現了現了6061鋁合金粘結劑噴射3D打印。
ExOne粘結劑噴射技術可用于3D打印的鋁合金
銅的粘結劑噴射成型一直在被研究，2015年的一項研究使用Exone的打印機證明了銅的可打印性，同時也闡明純金屬粘結劑噴射成形面臨的一個主要挑戰是提高零件的燒結性和致密性。不過，純銅的粘結劑噴射成型也已經被克服。今年2月，Digital Metal宣布推出純銅3D打印材料，成為第一個為粘結劑噴射3D打印系統提供官方認證的純銅材料和工藝的設備商。
Digital Metal粘結劑噴射技術3D打印的純銅
粘結劑噴射工藝雖然簡單，但是，優化設備、粘結劑、粉末和后處理步驟，提供市場所需的每種粉末的精確密度和材料冶金性能，是一項嚴肅的工作。目前，粘結劑噴射成型技術已用于汽車、航空航天、國防、能源和消費類應用的精密最終用途零件制造，其應用潛力和挑戰同在。
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