abaqus在加工成型方面的應用.doc

加工成形工字鋼成形過程模擬在軋制工字鋼、槽鋼等帶凸緣的異型斷面型鋼時，傳統(tǒng)上最多的加工方法多采用二輥孔型、直軋孔型、彎腰式孔型、彎腰大斜度式孔型以及蝶式孔型等孔型系統(tǒng)，輔助Abaqus軟件進行有限元仿真分析，可以對孔型橫斷面上各處變形進行精確模擬，能夠有效解決軋輥、動力消耗大，產(chǎn)品尺寸精度、軋制效率等問題?！癓”型鋼材軋制過程軋制過程中，軋件在變形區(qū)內(nèi)的軋制壓力分布是影響軋制力及軋輥各部位磨損程度的主要因素。目前關于軋制壓力的研究比較多，已經(jīng)有許多經(jīng)典的公式對其進行了描述，關于L型鋼軋制壓力分布規(guī)律方面的研究還需進一步完善。Abaqus顯示動力學有限元模擬的方法，對在不同變形參數(shù)條件下的軋制過程進行實時數(shù)值模擬，得出了軋件表面的軋制壓力分布規(guī)律，表面關鍵點的位移、應力、應變、溫度值，而且可以得到整個軋件的變形和溫度場等更全面的信息，從而使新產(chǎn)品開發(fā)和現(xiàn)有工藝的改進建立在更科學、更可靠得基礎上，對現(xiàn)場生產(chǎn)提供必要的借鑒信息。此外，Abaqus有限元模擬還可應用在：金屬擠壓、拉拔過程分析、板帶熱軋過程變形分析、型鋼冷軋、熱軋過程（包括粗軋、精軋）變形分析、中厚板控制冷卻、棒線材控制冷卻、鋼軌在線淬火工藝中溫度場分析等。 飛剪過程先進制造技術的不斷發(fā)展，在冷熱加工之間，加工、檢測、物流、裝配過程之間，設計、材料應用、加工制造之間，其界限均逐漸淡化，逐步走向一體化。飛剪作為鋼材軋制過程中必要的環(huán)節(jié)，其分析的精確性直接影響到后續(xù)的工藝流程。Abaqus良好的處理非線性問題的性能可以為該流程中每一道環(huán)節(jié)提供技術保障。厚板材輥壓成形過程的模擬局部單元和節(jié)點的變形信息彎管成形過程的模擬在航空、航天、汽車結(jié)構(gòu)中大量存在著各種管道零部件，可能涉及到不銹鋼、特種鋼、合金、橡膠、復合材料、高分子材料等一種或多種材料并存，力學性能從簡單線彈性到極端復雜的各向異性。一些特殊用途的管道可能還具有連續(xù)屈服特征，無明顯的屈服平臺，延伸率非常大，明顯的各向異性，橫向拉伸的屈服強度、抗拉強度及彈性模量均比縱向拉伸的高等特性。往往，結(jié)構(gòu)的截面形狀和尺寸對抗拉強度也有一定的影響，而對屈服強度影響不大，同時，由于材料內(nèi)部的缺陷引起的沿厚度方向強度降低和橫向拉應力的作用，斷裂時在結(jié)構(gòu)特定區(qū)域出現(xiàn)分層開裂等。在實際分析中，往往需要作適當簡化，但這種數(shù)字化的模擬卻是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)必不可少的步驟之一。此外，管道分析還包括天然氣管道，城市給排水管道等實際應用。圓錐管成形據(jù)估計，切削加工約占機械制造工作量的30%40%，全世界每年約有1億噸鋼料通過刀具切削而成為切屑，全世界每年切削加工耗資約2500 億美元。對產(chǎn)品的加工過程進行模擬與仿真，預測產(chǎn)品的加工質(zhì)量、制造周期、使用性能等，以便及時修改設計，縮短產(chǎn)品的研制周期，獲得最佳產(chǎn)品質(zhì)量、最低生產(chǎn)成本和最短開發(fā)周期。鈑金成形過程的模擬沖壓成形的模擬沖壓是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得目標形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。全世界的鋼材中，有6070%是板材，其中大部分是沖壓工藝成形。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產(chǎn)品中，也有大量沖壓件。液壓成形的模擬自1990年代起管件液壓成形 (Tube Hydroforming) 或稱管件內(nèi)高壓成形(Internal High Pressure Forming) 技術受到工業(yè)界及學術界極大矚目而蓬勃發(fā)展，目前已成為國際間汽車產(chǎn)業(yè)主流制造技術之一，包括：德國雙B、VW、AUDI、OPEL，美國GM、FORD、CHRYSLER，日本TOYOTA、HONDA、NISSAN、SUBARU、MAZDA、MITSUBISHI，韓國KIA、Hyundai等均已投入生產(chǎn)或試量產(chǎn)，主要應用為底盤件、車身結(jié)構(gòu)件與排氣系統(tǒng)零組件，在其它產(chǎn)業(yè)應用亦不斷擴大中，前景十分廣闊。起皺模擬由于塑性成形工藝影響因素甚多，有些因素如摩擦與潤滑、變形過程中材料的本構(gòu)關系等機理尚未被人們完全認識和掌握，因而到目前為止還未能對各種材料各種形狀的制件成形過程作出準確的定量判定。正因為大變形機理非常復雜，使得塑性成形研究領域一直成為一個充滿挑戰(zhàn)和機遇的領域。Abaqus擁有豐富的材料本構(gòu)模型和單元類型，在處理高度非線性問題方面性能卓越，一直為廣大工業(yè)和研究客戶所信賴。圖示為某航空油箱成形過程中起皺現(xiàn)象的仿真模擬。掉底模擬在傳統(tǒng)工藝分析和模具設計中，主要依靠工程類比和設計經(jīng)驗，經(jīng)過反復試模修模，調(diào)整工藝參數(shù)以期望消除成形過程中的產(chǎn)品缺陷如局部破裂等，僅僅依靠類比和傳統(tǒng)的經(jīng)驗工藝分析和模具設計方法已無法滿足高速發(fā)展的現(xiàn)代金屬加工工業(yè)的要求。因此，現(xiàn)代金屬成形工藝分析過程中，建立適當?shù)摹斑^程模擬”非常重要。掌握諸如摩擦條件、材料性能、工件幾何形狀、成形力等工藝參數(shù)對成形過程的影響，設計工程師可以正確地設計模具和選擇加工設備，并預測和防止缺陷的生成。超塑性材料的深沖壓成形模擬目前幾乎所有的金屬材料，如鋅、鋁、銅、鉛、錫、鎳、鈦、鎂、鎢、鋯等有色金屬及碳鋼、合金鋼、不銹鋼等鋼鐵材料中都發(fā)現(xiàn)有超塑現(xiàn)象，很多材料都在生產(chǎn)中獲得了應用。如電子、儀表、紡織、機械、汽車、航空航天及工藝制品等行業(yè)中獲得了應用，尤其在航空上用得更多，美國在戰(zhàn)斗機、轟炸機上廣泛使用超塑成形的鋁合金、鈦合金零件，在B-1B重型轟炸機上用量達11，550磅，為其鋁、鈦結(jié)構(gòu)件重量的15%。Abaqus 提供了多種本構(gòu)模型適用于對各種超塑性材料的研究。多次成形過程的模擬隨著模擬中的一些關鍵技術的進一步發(fā)展及計算機硬件水平的提高，數(shù)值模擬在加工成形中的應用越來越接近真實流程，模擬工作逐步從模擬簡單零件轉(zhuǎn)向模擬復雜零件，從模擬單工步成形轉(zhuǎn)向模擬多工步成形，從單純的金屬流動模擬轉(zhuǎn)向溫度場等多方面的復合模擬。Abaqus的分析步正好體現(xiàn)了這樣的概念模擬真實的世界。點焊、線焊過程的模擬焊接技術發(fā)展至今，已經(jīng)廣泛應用在航空航天、汽車、船舶、電子等行業(yè)。Abaqus具有強大的熱固耦合分析功能，包括：穩(wěn)態(tài)熱傳導和瞬態(tài)熱傳導分析，順序耦合熱固分析，完全耦合熱固分析，強制對流和輻射分析，熱界面接觸，摩擦生熱等等?？梢远x從簡單彈塑性模型到隨溫度變化材料常數(shù)的熱塑性、熱硬化性、高溫蠕變等復雜材料模型，來模擬金屬、聚合物、復合材料等電子材料的熱學和力學性質(zhì)。復雜結(jié)構(gòu)的技術處理技術突破：采用實體殼單元模擬復雜的殼結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)殼單元更精確。退火過程的模擬型鋼軋制退火過程是一個非常復雜的彈塑性大變形過程, 既有材料非線性、幾何非線性, 又有邊界接觸條件非線性變化, 因此其變形機理非常復雜, 難以用準確的數(shù)學關系式來描述。Abaqus軟件提供了復雜的非線性分析程序，且擁有功能強大的子程序接口。因此無