成形工藝模擬的案例
DEFORM金屬擠壓成形工藝數值模擬技術
圖3 DEFORM協助工藝流程制定
針對擠壓成形工藝面對的各種問題，DEFORM能夠通過在計算機中模擬擠壓工藝過程預測零件可能出現的表面折疊、表面折縫、縮孔和裂紋等各種缺陷并能計算擠壓零件除應力過程后零件的性能，同時能夠對模具應力分布及模具磨損進行計算。DEFORM擠壓成形工藝分析以廣泛應用于汽車零部件制造企業的工藝研發中，如納鐵福傳動軸、太平洋精密鍛造、東風粉末廠及其他軸、齒輪、轉向架等工業生產用戶。
4.1 鋁合金冷擠壓成形分析
通過對發動機活塞擠壓成形過程數值模擬計算，預測出現了中心部位“凹陷”，通過下圖跟實際實驗的對比可以看出DEFORM準確的預測出該缺陷的發生。
圖4 鋁合金冷擠壓成形分析結果
分頁4.2 金屬正擠壓分析
金屬擠壓成形過程會產生金屬的大位移流動現象，形成金屬件內部的拉壓應力，多數情況下，拉應力造成諸如軸類件的內部成形裂紋，使加工件產生報廢。DEFORM提供多種韌性斷裂準則，通過拉應力失效能夠預測金屬軸類件擠壓成形過程中發生的“人”字型裂紋及斷裂現象，本案例在汽車軸類件擠壓過程中通過模擬預測出現芯部拉裂，實際試驗的圖片也驗證了這一預測的準確性。
圖5 金屬正擠壓分析
4.3 鋁合金穩態熱擠壓成形分析
熱擠壓成形為國內外鋁型材行業的主要成形工藝，該成形工藝下金屬流動行為常以分流、焊合等復雜方式進行，模具結構設計相當復雜，錯誤的工藝及模具設計均會造成生產出的型材發生扭擰、波紋、開裂、縮尾等缺陷，嚴重影響產品質量及美觀。DEFORM提供獨特的ALE成形求解方法能夠更加快速、準確的完成穩態擠壓分析，同時避免了Lagrange算法中由于網格扭曲引起的頻繁網格重劃分，準確預測擠型缺陷。
展開 simufact8.1詳細介紹
Simufact
先進和便捷的金屬成形模擬軟件
金屬成形工藝分析技術的領航者
Simufact 公司是世界知名的CAE公司，成立于1995 年，總部位于德國。核心業務是金屬成形工藝模擬軟件的開發、維護及相關技術服務。公司不斷汲取該領域最新的分析理論和仿真技術，引領全球金屬成形工藝模擬技術的最新發展方向。
Simufact 公司一直以來就是美國MSC.Software 公司的商業合作伙伴，為其金屬成形工藝模擬軟件提供源程序并進行開發。2005 年收購MSC.Software 的MSC.Maufacturing （即以前的MSC.Superform 和MSC.Superforge ）軟件，并在此基礎上經高度整合研發出simufact 軟件，產品性能極大提升，使得高度復雜金屬成形工藝的模擬成為現實，標志制造業模擬仿真新時代的來臨。
Simufact 軟件采用純Windows 風格的圖形交互界面，操作簡單、方便。求解器將全球領先的非線性有限元求解器MSC.Marc 和瞬態動力學求解器MSC.Dytran 融合在一起，提供有限元法（FEM ）和有限體積法（FVM）兩種建模求解方法，具備快速、強健和高效的求解能力。
產品介紹
適用領域
l 塑性加工工藝分析
包括模鍛、輥鍛、旋壓、墩擠、擠壓、拉拔和軋制等體積成形工藝和沖壓等板料成形工藝。
l 微觀組織分析
包括塑性變形或熱處理過程中材料的相變、動態再結晶過程、產生的微觀組織變化等。
l 結構分析
包括成形過程中材料的斷裂，預應力模具受力分析，工模具失效、磨損和壽命分析，成形和卸載后材料的回彈及殘余應力分析等。
l 熱分析
包括熱－固耦合分析、熱處理和熱加工過程中的穩態/瞬態熱傳導、對流散熱、熱輻射、摩擦生熱和熱應力分析等。
展開 最新版Forge2008及其下載地址
主要從事材料成形領域應用模擬軟件的開發和銷售。公司目前擁有金屬及塑料成形工藝模擬軟件4套，主要是Tform3金屬板材成形軟件、Forge2/3鍛造工藝模擬軟件、Thercast鑄造工藝模擬軟件和REM3D注塑成形工藝模擬軟件。
FORGE軟件由CEMEF（材料成形研究中心）研究開發，CEMEF是由Ecole des Mines de Paris和ARMINES聯合建立的研究中心。FORGE軟件是鍛造工藝（鍛造和冷鍛成形）模擬軟件，可進行2維和3維模擬。
高性能的軟件、有效的技術支持和遍布全球的銷售網點使TRANSVALOR公司處于市場的領導地位。
展開 江達在線 | SIMULIA系列:金屬材料成形工藝模擬
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淺談超倍尺寬鈦合金板坯成形工藝
圖7 實際生產的合格鈦板
結論
⑴通過對超倍尺寬鈦板展寬成形工藝的優化，改變傳統鐓粗后展寬方式，避免了鐓粗過程由于坯料高徑比過大易造成的折疊缺陷，且降低生產火次1～2火，提高生產效率約22%。
⑵利用有限元數值模擬對優化后的成形工藝進行模擬，并采用專用展寬工裝成形，通過試驗驗證，生產出表面質量良好的合格鈦板，通過最終加工驗證，材料利用率達到91.6%，高于常規成形鈦板2%。
作者簡介
楊武，蘭州蘭石鑄鍛有限責任公司技術研發部部長，主要從事新材料開發、鍛造工藝研究及技術管理工作。曾主持完成大型臺階孔缸體鍛件工藝研發、大型頂驅提環工藝技術研究與應用、9000米鉆機吊環產品研制、鈦合金鍛件工藝研發并分別獲蘭石集團科技進步二等獎、三等獎。
——本文節選自《鍛造與沖壓》2018年第21期。
展開 汽車B柱內板熱沖壓成形工藝優化的模擬分析
[7] 李琦，紀沙沙，王章忠，等.22MnB5超高強度鋼防撞梁的冷沖壓成形數值模擬[J].冶金與材料，2019,39(4):78-80.
[8] 張清郁.車用DP780高強鋼板熱沖壓成形數值模擬及模具磨損[J].鍛壓技術，2022,47(8):35-40.
[9] 馬聞宇，楊建煒，姚野，等.熱沖壓工藝參數對零件成形性影響規律分析[J].中國冶金，2021,31(11):29-33.
[10] 陳建彬，佐凱，靳凱，等.沖壓速度對高溫合金卡圈成形的影響[J].塑性工程學報，2022,29(1):60-65.
文章來源：成都工業學院學報
展開 大直徑薄壁鋼管縮徑成形工藝研究
⑸根據本文給出的成形工藝方案，該工件的成形分三道擠壓，三道工序成形力均小于600kN。所設計的模具工藝參數均能將成形力較好控制在600kN 以下，說明所選擇的各道擠壓的縮徑量是適宜的。擠壓機可采用100t 三工位臥式擠壓機。
⑹對本文所論述的一種大直徑薄壁鋼管的三道次縮徑成形進行了實驗驗證，實驗與有限模擬的結論很吻合，說明本文所述的模具參數和縮徑工藝確實可行和可靠。
鋁合金輪轂模鍛成形數值模擬優化分析
圖8 為輪轂鍛件實物，鍛件成形尺寸和表面質量滿足鍛件圖紙要求。
圖8 輪轂鍛件實物
結束語
在開發前期，通過對鋁合金輪轂鍛件成形的仿真分析及優化，可以有效節約產品調試周期及模具制造費用，同時需要將CАE 模擬與生產現場相結合，在模擬參數設置時考慮設備特點進行適當優化。對現場經驗積累可以提高參數優化的合理性，工藝設計及分析要符合“簡單、高效”原則。通過對CАE 仿真分析數據及現場生產經驗的不斷積累，我司對鋁合金鍛件開發經驗會越來越豐富，進一步適應市場需求。
王東亞
工程師，主要從事鍛件技術工藝研究、鍛件成形工藝仿真模擬分析。負責汽車動力、傳動結構鍛件成形工藝開發，發表論文1 篇，申請專利2 項。
——文章來源：《鍛造與沖壓》2021年第3期
展開 大型半軸鍛件成形工藝研發
中間坯放到胎模型腔里，機械手夾持胎模模套放到自由鍛錘下砧上，先使用普通平蓋進行鐓粗成形，待頭部外徑展開后，再使用成形上蓋進行終鍛成形，直到盤部成形完成。
圖4 閉式胎模鍛模具結構圖和實物
中間坯平鍛工藝模擬分析及優化提高
平鍛制坯工藝模擬分析
使用DEFORM 模擬分析軟件對平鍛制坯工藝過程進行模擬分析。首先對平鍛制坯工藝建立中間坯成形的有限元模型。制坯主要工藝參數設置如下：坯料材料選擇為42CrMo 鋼，規格尺寸為
φ85mm×1270mm，其中坯料變形部分為715mm，其他模擬分析時需要的參數設置按照常規一般要求進行設置。平鍛頂鐓工藝制坯成形過程分析如圖5 所示，根據模擬分析變形過程可見，在成形過程中由于第一道頂鐓工藝鐓粗比較大，坯料在模擬分析510 步出現了明顯的彎曲現象，在后端出現較大的凹陷缺陷，隨著變形逐步增加，彎曲變形受模具結構限制趨勢逐漸減緩，在1070 步接近于終成形時，第一道出現的凹陷缺陷還沒有完全消失，從整個模擬過程分析，雖然凹陷缺陷最終逐漸減緩，但這只是在理論狀態下的成形過程中已經出現坯料彎曲缺陷，實際頂鐓工藝成形過程中受各種因素影響坯料出現彎曲凹陷缺陷概率很大，如坯料端面斜度、加熱溫度不均勻、坯料直線度、模具安裝精度和設備精度都會導致頂鐓成形中出現彎曲折疊現象。
圖5 平鍛制坯工藝模擬成形過程步驟圖
平鍛制坯工藝改進
根據上述模擬分析得出第一道頂鐓過程中會出現頂鐓失穩彎曲缺陷，平鍛頂鐓工藝制坯得不到合理的形狀，給后續閉式胎模鍛成形帶來很大的質量隱患，盤面出現環形折疊缺陷，較深的導致鍛件報廢。對平鍛頂鐓工藝制坯進行工藝改進，經過優化的平鍛頂鐓工藝制坯成形工步圖如圖6 所示。
展開 鑄造成形工藝基礎：4種主要鑄造方式的工藝分析與比較
鑄造工藝是最常用的毛坯生產手段之一，廣泛應用于機械制造業中，在一些機器中可占總重量的80%以上。鑄造出的產品大多是毛坯，必須經切削加工后制成零件，但在現代鑄造生產中，也有一些特種鑄造、精密鑄造的方法直接生產出零件。
鑄造的特點：
（1）可制成形狀復雜，特別是具有復雜內腔的毛坯，如箱體、氣缸體等；
（2）適應性強：在所用材料方面，零件尺寸方面及生產批量方面；
（3）價廉：設備簡單，原材料便宜，節省金屬、毛坯與零件相近，減少切削加工量。
來源：一位工程師
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展開 關于“2021中國管材與板材成形技術研討會暨中國典型沖壓設備與工藝論壇-液壓成形”的通知
1
會議征文涵蓋以下內容
①內高壓成形（管材液壓成形）技術；
②
板料液壓成形技術；
③
殼體液壓成形技術；
④
復合材料（碳纖維）成形技術；
⑤
液壓成形工模具技術；
⑥
液壓成形設備；
⑦
液壓成形技術發展方向；
⑧
高強鋼材料
成形工藝
簡析；
⑨
鋁合金材料
成形案例分享
；
⑩
汽車排氣系統管材液壓成形技術；
?
底盤類零件液壓成形技術；
?
防撞梁零件的生產工藝分享；
?
復雜薄壁航空件液壓成形；
?
管材管件切割與連接技術等。
展開 
金屬材料成形工藝匯總
材料成形方法是零件設計的重要內容，也是制造者們極度關心的問題，更是材料加工過程中的關鍵因素，今天小編就帶大家來看看金屬金屬成形工藝。
一
鑄造
液態金屬澆注到與零件形狀、尺寸相適應的鑄型型腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產方法，通常稱為金屬液態成形或鑄造。
工藝流程：液體金屬→充型→凝固收縮→鑄件
工藝特點：
1、可生產形狀任意復雜的制件，特別是內腔形狀復雜的制件。
2、適應性強，合金種類不受限制，鑄件大小幾乎不受限制。
3、材料來源廣，廢品可重熔，設備投資低。
4、廢品率高、表面質量較低、勞動條件差。
鑄造分類 ：
(1)砂型鑄造（sand casting）
砂型鑄造：在砂型中生產鑄件的鑄造方法。鋼、鐵和大多數有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。
工藝流程：
砂型鑄造工藝流程
技術特點：
1、適合于制成形狀復雜，特別是具有復雜內腔的毛坯；
2、適應性廣，成本低；
3、對于某些塑性很差的材料，如鑄鐵等，砂型鑄造是制造其零件或，毛坯的唯一的成形工藝。
應用：汽車的發動機氣缸體、氣缸蓋、曲軸等鑄件
(2)熔模鑄造(investmentcasting)
熔模鑄造：通常是指在易熔材料制成模樣，在模樣表面包覆若干層耐火材料制成型殼，再將模樣熔化排出型殼，從而獲得無分型面的鑄型，經高溫焙燒后即可填砂澆注的鑄造方案。常稱為“失蠟鑄造”。
工藝流程：
熔模鑄造工藝流程
工藝特點
優點：
1、尺寸精度和幾何精度高；
2、表面粗糙度高；
3、能夠鑄造外型復雜的鑄件，且鑄造的合金不受限制。
展開 球封頭成形工藝優化
為克服上述問題，本文提出了封頭鍛件工藝優化。通過Deform-3D數值模擬分析，對比封頭沖形工藝進行，對成形板坯和沖形輔具進行優化，避免封頭局部減薄和褶皺，最終優化后的封頭成形工藝滿足要求。
封頭是化工、核電等設備的重要部件，為了保證設備在高溫、高壓下長期、高效運轉，對性能的要求也越來越高，通過整體鍛造得到的封頭具有更高的強度和在高溫、高壓氫氣下具有更大的抗力，應用前景廣泛。
核電封頭的完整性將直接關系到核反應堆的安全和壽命。封頭在工作過程中受到高溫、高壓，特殊服役條件對核反應堆壓力容器所用材料也提出了更加嚴格的要求：⑴在室溫和工作溫度下具有合適的強度和高韌性及盡可能低的脆性轉變溫度；⑵良好的可焊接性和冷熱加工性；⑶在工作溫度下具有最大的組織穩定性；⑷有足夠的淬透性和厚斷面組織性能均勻性。
常見的封頭有橢球封頭和球封頭兩種。本文介紹了球封頭沖形成形，通過數值模擬優化封頭成形輔具，保證了沖形后球封頭壁厚均勻。
球封頭鍛造工藝簡介
鋼錠切錠底、冒口壓鉗口→鐓粗壓實→拔長下料→鐓粗壓實→鐓粗出成品→鍛造板坯鍛后熱處理→板坯粗加工→板坯探傷→板坯彎曲成形。
Deform模型建立
三維實體模型利用三維建模軟件UG建立球封頭成形上模、精加工的三維實體模型，如圖1、圖2所示。
球封頭成形過程中，成形上模與水壓機活動橫梁連接，成形下模放在四個角柱上，沖形行程H=1300mm。沖形完成后，水壓機活動橫梁抬起，用天車吊起沖形完成的封頭。
圖1 球封頭成形上模
圖2 球封頭精加工圖
材料模型選擇SA508-3，該鋼具有優良的工藝穩定性和焊接性以及較高的強度。
展開 淺析閥體鍛件成形工藝
本文介紹了通過自由鍛設備并結合工具和工裝，分析多種工藝方案，尋找一種最佳的閥體鍛件成形工藝。
前言
閥體是石油機械閥門中的一個主要零部件，根據壓力等級有不同的成形方法，例如:鑄造、鍛造等。閥體的材質根據不同的工藝介質，選用不同的材料，常用材質有：鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼、合金結構鋼等。閥體鍛造分為壓機模鍛和鍛錘自由鍛，本文主要介紹產品通過自由鍛成形，分析比較多種工藝方案，最終給出一種最佳的閥體鍛件成形工藝。
工藝分析
該閥體（圖1為產品零件圖）兩頭為法蘭形狀，中間部位上下兩個對稱圓凸臺，兩凸臺之間為多邊形設計，鍛造過程中允許適度塌邊。整體設計為偏心結構，原材料選用鋼錠，產品材質為AISI4130，產品零件重量為1050kg，由于鍛件尺寸大，所用鋼錠錠形也大。為了確保鋼錠心部鍛透，內部夾雜物、樹枝狀結晶組織能夠有效擊碎，疏松等缺陷能夠有效焊合，應控制鍛造溫度區間。鍛造溫度越高，鋼錠內部缺陷越容易鍛合，因此應盡量保持在高溫下進行鍛造。
圖1 零件圖
用鋼錠鍛造鍛件，就必須考慮鍛造比，閥體鍛坯基本鍛造過程分為鍛比控制和鍛坯成形。根據鍛造設備的鍛造能力及鍛件材質尺寸選取6t電液錘，加熱設備選取天然氣爐，鍛件材料始鍛溫度為1180℃，終鍛溫度為850℃，鍛后冷卻方式為坑冷。
工藝方案
由于該鍛件形狀復雜，整體鍛造難度大，根據該零件的特點，我公司工藝人員對其成形可行性進行了分析，結合我公司的實際生產情況，研究制定出三種閥體鍛造成形工藝方案。
方案一
直接鍛造成方塊毛坯，尺寸為492mm×657mm×915mm，經過鍛后冷卻，在鍛坯上畫線，最后在鋸床上鋸角（圖2為鍛坯圖）。
展開 鐵路貨車彎曲件成形工藝優化
鐵路貨車用車鉤提桿、緩解閥拉桿及各類彎曲件最初生產工藝采用手工彎曲，產品尺寸很難保證、生產效率低、質量較差。為了改進產品質量和提升生產效率，公司引進數控彎曲機來生產彎曲件，并采用數控編程進行產品的自動化生產，極大地提高了生產效率和產品質量，值得應用和推廣。
產品簡介
我公司鐵路貨車用彎曲件年產量約為10 萬件，現在生產的彎曲件主要有車鉤提桿、緩解閥拉桿、扶梯、扶手等二百余種產品，這些產品品種雜、工序繁多、形狀復雜，且產品的彎曲形狀不一，大都存在空間彎曲。典型車鉤提桿如圖1 所示，該產品存在多個彎曲部位且角度不同，同時存在空間彎曲尺寸，頭部有折彎部位，產品尺寸公差要求較高。
圖1 典型車鉤提桿
手工彎曲成形
手工彎曲工藝
生產彎曲件采用沖床、簡易圓鋼彎曲機、自制壓力機、平鍛機(端部鍛型），彎曲件通過相應的工裝壓制及煨型，部分較小的產品采用型模、掰桿手工煨型，多數產品需加熱后成形。以車鉤提桿為例，其加工工藝流程為沖床下料→劃線→加熱→多次壓彎→拍扁→校形→去除飛邊毛刺；其生產工藝采用加熱后用簡易工裝進行手工煨型，冷卻后進行局部校形以保證產品滿足圖紙尺寸要求，全過程需6 人完成生產。
存在的問題
基本處于手工作業狀態，工序多、需要的操作工人多，需加熱制造，生產效率低，制造成本高，質量不易保證，經常出現返修品。
數控彎曲成形
為解決上述問題，引進數控彎曲機，采用編程控制實現自動彎曲成形。車鉤提桿工藝流程改為：沖床下料→編程→自動上料→自動彎曲→拍扁；省去了劃線、加熱和校形工序，并有效的保證了產品尺寸和質量。
展開 