最新Deform_6.1_齒輪坯模鍛模擬 2

1、一 DEFORM軟件介紹DEFORM系列軟件是由位于美國Ohio Clumbus的科學成形技術公司（Science Forming Technology Corporation）開發(fā)的。該系列軟件主要應用于金屬塑性加工、熱處理等工藝數(shù)值模擬、它的前身是美國Battelle實驗室開發(fā)的ALPID軟件。在1991年成立的SFTC公司將其商業(yè)化，目前，Deform軟件已經(jīng)成為國際上流行的金屬加工數(shù)值模擬軟件之一。其主要軟件產(chǎn)品有：1. DEFORM-2D（二維）適用于各種常見的UNIX工作站平臺（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微機平臺?？梢苑治銎矫鎽兒洼S對稱等二維模型

2、。它包含了最新的有限元分析技術，既適用于生產(chǎn)設計，又方便科學研究。 2. DEFORM-3D（三維）適用于各種常見的UNIX工作站平臺（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微機平臺?？梢苑治鰪碗s的三維材料流動模型。用它來分析那些不能簡化為二維模型的問題尤為理想。 3. DEFORM-PC（微機版）適用于運行Windows 95，98和NT的微機平臺?？梢苑治銎矫鎽儐栴}和軸對稱問題。適用于有限元技術剛起步的中小企業(yè)。 4. DEFORM-PC Pro（Pro版）適用于運行Windows 95，98和NT的微機平臺。比DEFORM-PC功能強大，它包含了DEFORM-2D

3、的絕大部分功能。 5. DEFORM-HT（熱處理）附加在DEFORM-2D和DEFORM-3D之上。除了成形分析之外，DEFORM-HT還能分析熱處理過程，包括：硬度、晶相組織分布、扭曲、殘余應力、含碳量等。二 模鍛模擬2.1 問題描述與分析本文通過對齒輪坯成形過程進行數(shù)值模擬，分析齒輪坯鍛件在成形過程中的金屬流動、變形力和應力分布規(guī)律，預測成形過程中可能出現(xiàn)的鍛件缺陷，提出影響齒輪坯成形的開式鍛模工藝參數(shù)，同時通過對成形工藝過程的模擬仿真分析，克服傳統(tǒng)經(jīng)驗的不足，實現(xiàn)填充良好、變形力較小、鍛模使用壽命高等優(yōu)化的目標，為齒輪坯鍛件的實際成形工藝提供理論依據(jù)及技術支持，指導齒輪坯鍛件的鍛造生產(chǎn)

4、。本文把齒輪坯的制備過程分為兩步，即鐓粗和模鍛，如下圖所示。第一步鐓粗 第二步：模鍛成形 2.1 DEFORM-3D模擬過程（1）創(chuàng)建一個新的題目正確安裝DEFORM 6.1后運行程序DEFORM-3D，其界面如下圖所示。 點擊 或從File New Problem建立新的題目。彈出如下窗口。默認為Deform-3D preprocessor不用更改。點擊Next，選擇Other location，選擇預設的程序存儲地址。注意：路徑不能包含中文！點擊Next，輸入Problem Name，如chilun。點擊Finish，完成新題目的創(chuàng)建，自動進入前處理窗口，其創(chuàng)建的文件類型為key。（2）

5、前處理2.2.1模擬控制參數(shù)設置前處理操作窗口如下圖所示，由圖形顯示窗口、物體顯示及選擇窗口、物體參數(shù)輸入窗口組成。物體參數(shù)輸入窗口物體顯示及選擇窗口圖形顯示窗口點擊快捷按鍵，或Input Simulation Controls進入模擬控制參數(shù)設置窗口。Units選擇框中選擇UI國際制單位，彈出提示框時點OK，Reset all the values to new unit system defaults。在Simulation Title中可設定標題如chilun。點擊OK，完成模擬控制參數(shù)設置。2.2.2導入毛坯幾何文件Deform可導入的文件格式為stl。可由UG等建模軟件生成。軟件默認

6、第一物體為workpiece即毛坯。Geometry選項卡中點擊Import Geo導入預先生成的文件mapi.stl?？稍趫D形顯示窗口中看到導入的幾何體。其默認物體屬性為Plastic，溫度為20，不用修改。2.2.3對毛坯進行網(wǎng)格劃分在Mesh選項卡中，Number of Elements選項中輸入網(wǎng)格數(shù)目。網(wǎng)格數(shù)目根據(jù)毛坯尺寸和模擬精度要求設置，數(shù)目過多影響模擬計算速度，數(shù)目過少影響模擬效果。此實例設定為10000。點擊生成網(wǎng)格。2.2.4設置毛坯材料在General選項卡中點擊進入材料庫。可在物體顯示及選擇窗口中看到毛坯材料屬性為AL-1100,COLD。毛坯的參數(shù)設置完成。2.2.4

7、導入上模點擊建立新幾何體，其默認為Top Die即上模。同毛坯的導入一樣，在Geometry選項中點擊Import Geo，導入預先生成的top die1.stl，注意此時導入的上模已經(jīng)與毛坯位置相匹配，這是因為在UG整體建模中已將上、下模及毛坯位置匹配。在General選項卡中可以看到上模默認屬性為剛體Rigid，不做修改。2.2.5設置上模運動參數(shù)在Movement選項卡中Constant Value輸入上模運行速度，此實例采用5mm/sec。在Direction選取上模運行方向，可通過觀察圖形顯示窗口中的坐標系確定運行方向，此坐標系與UG建模時坐標系相一致。2.2.4導入下模同上模導入一

8、樣，點擊建立新幾何體后，默認即為Bottom Die，在Geometry選項中點擊Import Geo，導入預先生成的bottom die.stl。此時，所以幾何體均導入成功。其整體效果如下圖，可點擊工具欄視圖快捷鍵觀察不同視圖效果。2.2.5設置物間聯(lián)系 雖然模具和毛坯已成功導入且位置相匹配，但是個物體之間是相互獨立，沒有任何聯(lián)系的，需要通過設置摩擦和創(chuàng)建接觸來使各物件之間發(fā)生聯(lián)系。點擊工具欄快捷鍵，彈出Inter-Object對話框。點擊Edit，進入?yún)?shù)設置，如下圖。 Separation與Friction Type均采用默認，Constant點擊下三角，選取Cold forming 0

9、.12，設置完成。點擊Close返回上層對話框，點擊Apply to other relations，將摩擦條件應用于所以物間關系。 在Contact BCC選擇區(qū)，點擊Generate all，生成物間接觸。此時，物間聯(lián)系設置完成，點擊OK退出。2.2.6設定模擬步長和步數(shù)點擊快捷按鍵，或Input Simulation Controls進入模擬控制參數(shù)設置窗口。選擇Step選項卡，Solution Step Definition選擇With Die Displacement，設定步長一般為變形體單元長度的1/3，比較容易收斂，節(jié)省時間。變形體單元長度可通過Check Mesh讀出。步數(shù)根據(jù)

10、上模行程和步長來確定，起始步按默認-1，設置每兩步保存一次，點擊OK完成設置。此時所以參數(shù)設置已經(jīng)完成，點擊保存。 2.2.7生成數(shù)據(jù)庫文件點擊工具欄快捷鍵或Input Database打開數(shù)據(jù)庫生成對話框。數(shù)據(jù)庫文件的默認存儲路徑為之前創(chuàng)建項目的存儲路徑，點擊Check，對話框中出現(xiàn)Database can be generated說明沒有錯誤可生成文件，點擊Generate生成數(shù)據(jù)庫文件，點擊Close退出對話框。此時，前處理已經(jīng)完成，點擊退出，前處理窗口2.3開始模擬退出前處理窗口后返回到DEFORM主窗口，點擊運行快捷鍵或Simulator中Run，開始模擬。通過Message欄可觀察

11、每步的數(shù)據(jù)情況。模擬結束后打開后處理界面觀察變形情況如下圖所示2.4進行模鍛模擬2.4.1 加載數(shù)據(jù)庫1)在DEFORM主界面中，單擊“chilunpi.DB”, 使其高亮顯示，接著單擊主界面右上角的“Pre Processor”欄的“DEFORM Pre”進入前處理界面。2)彈出數(shù)據(jù)庫中模擬步選擇對話框，詢問要打開數(shù)據(jù)庫中的第幾個模擬,此處選擇第130步,即模擬過程的最后一個序列步，單擊OK按鈕。2.4.2 更換凸模和凹模1）激活對象樹中的“Top Die”,使之高亮顯示，單擊Geometry按鈕，在彈出的對話框中單擊Import Geometry按鈕，彈出輸入幾何對象的對話框，選擇Top

12、die2文件，完成凸模幾何模型輸入。2）重復上述步驟，激活對象樹中“Bottom Die”完成下模的替換。結果如圖所示。2.4.3 設置模擬控制初始條件2.4.4 設置模擬控制信息2.4.5 定義驅動條件2.4.6 生成數(shù)據(jù)庫文件及分析求解點擊工具欄快捷鍵或Input Database打開數(shù)據(jù)庫生成對話框。數(shù)據(jù)庫文件的默認存儲路徑為之前創(chuàng)建項目的存儲路徑，點擊Check，對話框中出現(xiàn)Database can be generated說明沒有錯誤可生成文件，點擊Generate生成數(shù)據(jù)庫文件，點擊Close退出對話框。此時，前處理已經(jīng)完成，點擊退出，前處理窗口2.4.7開始模擬退出前處理窗口后返

13、回到DEFORM主窗口，點擊運行快捷鍵或Simulator中Run，開始模擬。通過Message欄可觀察每步的數(shù)據(jù)情況。模擬結束后打開后處理界面觀察變形情況如下圖所示2.5 后處理及結果分析模擬完成以后，點擊Post Processor中DEFORM-3D Post進入后處理窗口，由圖形顯示窗口，圖形顯示選擇窗口，圖形顯示控制窗口組成。圖形顯示窗口圖形顯示控制窗口圖形顯示選擇窗口通過動畫播放按鈕可觀察模具運動和工件成形過程，通過改變視圖可使顯示更清楚。右擊圖形顯示選擇區(qū)的物體名稱Turn off可隱藏物件，以便觀察。點擊Single Object mode 或Multi Object mode

14、 可設置顯示模式。2.5.1 齒輪坯的等效應力分析等效應力場分布反映了變形過程中材料內部之間的作用力，其大小影響加工過程中金屬流動、晶粒尺寸、模具受力等一系列問題。下圖是墩粗一模鍛階段的等效應力分布圖。從圖可以看出，坯料墩粗工步時發(fā)生了很大的塑性，致使在鐓粗結束后，坯料保持了較高的應力，齒輪坯心部是高應變區(qū)域，其等效應力場分布特點是由內向外沿徑向方向逐漸變小最后趨于平穩(wěn)，等效應力場分布比較均勻；從圖可以看出，墩粗工步后的坯料進入模鍛模膛，由于模鍛模膛的結構比較復雜，致使圓餅形坯料再次發(fā)生較大的塑性變形，總之，隨著壓下量的增大，等效應力也隨之增大，在整個成形過程中應力分布比較均勻，變形齒輪坯上較

15、大的塑性變形可以保證齒輪坯有較高的強度和剛度，以承受工作時復雜的交變載荷。鐓粗結束后的等效應力模鍛結束后的等效應力2.5.2 凸模載荷-行程分析點擊工具欄快捷鍵彈出Graph對話框，Plot objects選取Top Die，可選擇不同單位N或tone，點擊OK，生成載荷-行程曲線。 為了獲得良好的金屬流線并滿足預鍛工步需要的坯料形狀和尺寸而采用墩粗工步。在墩粗工步中圓柱坯料上端首先與動模表面開始接觸，隨著動模的移動，坯料高度減小，徑向尺寸增大，上圖為變形力一行程曲線，可以清楚地看到，變形力隨著動模的移動逐漸增大，此時變形金屬處于較弱的三向壓應力狀態(tài)，變形力較小。 預鍛工步模擬開始時，將墩粗工步成形結束時的坯料直接導入預鍛