abaqus在加工成型方面的應(yīng)用.doc

加工成形工字鋼成形過(guò)程模擬在軋制工字鋼、槽鋼等帶凸緣的異型斷面型鋼時(shí)，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(jìn)行有限元仿真分析，可以對(duì)孔型橫斷面上各處變形進(jìn)行精確模擬，能夠有效解決軋輥、動(dòng)力消耗大，產(chǎn)品尺寸精度、軋制效率等問(wèn)題?！癓”型鋼材軋制過(guò)程軋制過(guò)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(guān)于軋制壓力的研究比較多，已經(jīng)有許多經(jīng)典的公式對(duì)其進(jìn)行了描述，關(guān)于L型鋼軋制壓力分布規(guī)律方面的研究還需進(jìn)一步完善。Abaqus顯示動(dòng)力學(xué)有限元模擬的方法，對(duì)在不同變形參數(shù)條件下的軋制過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)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(guān)鍵點(diǎn)的位移、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度值，而且可以得到整個(gè)軋件的變形和溫度場(chǎng)等更全面的信息，從而使新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和現(xiàn)有工藝的改進(jìn)建立在更科學(xué)、更可靠得基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)提供必要的借鑒信息。此外，Abaqus有限元模擬還可應(yīng)用在：金屬擠壓、拉拔過(guò)程分析、板帶熱軋過(guò)程變形分析、型鋼冷軋、熱軋過(guò)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(chǎng)分析等。 飛剪過(guò)程先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，在冷熱加工之間，加工、檢測(cè)、物流、裝配過(guò)程之間，設(shè)計(jì)、材料應(yīng)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(guò)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(wèn)題的性能可以為該流程中每一道環(huán)節(jié)提供技術(shù)保障。厚板材輥壓成形過(guò)程的模擬局部單元和節(jié)點(diǎn)的變形信息彎管成形過(guò)程的模擬在航空、航天、汽車(chē)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(fù)合材料、高分子材料等一種或多種材料并存，力學(xué)性能從簡(jiǎn)單線彈性到極端復(fù)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(wú)明顯的屈服平臺(tái)，延伸率非常大，明顯的各向異性，橫向拉伸的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)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(duì)抗拉強(qiáng)度也有一定的影響，而對(duì)屈服強(qiáng)度影響不大，同時(shí)，由于材料內(nèi)部的缺陷引起的沿厚度方向強(qiáng)度降低和橫向拉應(yīng)力的作用，斷裂時(shí)在結(jié)構(gòu)特定區(qū)域出現(xiàn)分層開(kāi)裂等。在實(shí)際分析中，往往需要作適當(dāng)簡(jiǎn)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(shí)際應(yīng)用。圓錐管成形據(jù)估計(jì)，切削加工約占機(jī)械制造工作量的30%40%，全世界每年約有1億噸鋼料通過(guò)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(duì)產(chǎn)品的加工過(guò)程進(jìn)行模擬與仿真，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的加工質(zhì)量、制造周期、使用性能等，以便及時(shí)修改設(shè)計(jì)，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(kāi)發(fā)周期。鈑金成形過(guò)程的模擬沖壓成形的模擬沖壓是靠壓力機(jī)和模具對(duì)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(biāo)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(chē)的車(chē)身、底盤(pán)、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機(jī)、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(chē)、辦公機(jī)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(chēng)管件內(nèi)高壓成形(Internal High Pressure Forming) 技術(shù)受到工業(yè)界及學(xué)術(shù)界極大矚目而蓬勃發(fā)展，目前已成為國(guó)際間汽車(chē)產(chǎn)業(yè)主流制造技術(shù)之一，包括：德國(guó)雙B、VW、AUDI、OPEL，美國(guó)GM、FORD、CHRYSLER，日本TOYOTA、HONDA、NISSAN、SUBARU、MAZDA、MITSUBISHI，韓國(guó)KIA、Hyundai等均已投入生產(chǎn)或試量產(chǎn)，主要應(yīng)用為底盤(pán)件、車(chē)身結(jié)構(gòu)件與排氣系統(tǒng)零組件，在其它產(chǎn)業(yè)應(yīng)用亦不斷擴(kuò)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(rùn)滑、變形過(guò)程中材料的本構(gòu)關(guān)系等機(jī)理尚未被人們完全認(rèn)識(shí)和掌握，因而到目前為止還未能對(duì)各種材料各種形狀的制件成形過(guò)程作出準(zhǔn)確的定量判定。正因?yàn)榇笞冃螜C(jī)理非常復(fù)雜，使得塑性成形研究領(lǐng)域一直成為一個(gè)充滿(mǎn)挑戰(zhàn)和機(jī)遇的領(lǐng)域。Abaqus擁有豐富的材料本構(gòu)模型和單元類(lèi)型，在處理高度非線性問(wèn)題方面性能卓越，一直為廣大工業(yè)和研究客戶(hù)所信賴(lài)。圖示為某航空油箱成形過(guò)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(shè)計(jì)中，主要依靠工程類(lèi)比和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)試模修模，調(diào)整工藝參數(shù)以期望消除成形過(guò)程中的產(chǎn)品缺陷如局部破裂等，僅僅依靠類(lèi)比和傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)工藝分析和模具設(shè)計(jì)方法已無(wú)法滿(mǎn)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(guò)程中，建立適當(dāng)?shù)摹斑^(guò)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(duì)成形過(guò)程的影響，設(shè)計(jì)工程師可以正確地設(shè)計(jì)模具和選擇加工設(shè)備，并預(yù)測(cè)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(yīng)用。如電子、儀表、紡織、機(jī)械、汽車(chē)、航空航天及工藝制品等行業(yè)中獲得了應(yīng)用，尤其在航空上用得更多，美國(guó)在戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)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(jī)上用量達(dá)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(duì)各種超塑性材料的研究。多次成形過(guò)程的模擬隨著模擬中的一些關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及計(jì)算機(jī)硬件水平的提高，數(shù)值模擬在加工成形中的應(yīng)用越來(lái)越接近真實(shí)流程，模擬工作逐步從模擬簡(jiǎn)單零件轉(zhuǎn)向模擬復(fù)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(dòng)模擬轉(zhuǎn)向溫度場(chǎng)等多方面的復(fù)合模擬。Abaqus的分析步正好體現(xiàn)了這樣的概念模擬真實(shí)的世界。點(diǎn)焊、線焊過(guò)程的模擬焊接技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在航空航天、汽車(chē)、船舶、電子等行業(yè)。Abaqus具有強(qiáng)大的熱固耦合分析功能，包括：穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)和瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析，順序耦合熱固分析，完全耦合熱固分析，強(qiáng)制對(duì)流和輻射分析，熱界面接觸，摩擦生熱等等?？梢远x從簡(jiǎn)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(fù)雜材料模型，來(lái)模擬金屬、聚合物、復(fù)合材料等電子材料的熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)。復(fù)雜結(jié)構(gòu)的技術(shù)處理技術(shù)突破：采用實(shí)體殼單元模擬復(fù)雜的殼結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)殼單元更精確。退火過(guò)程的模擬型鋼軋制退火過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的彈塑性大變形過(guò)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(jī)理非常復(fù)雜, 難以用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)關(guān)系式來(lái)描述。Abaqus軟件提供了復(fù)雜的非線性分析程序，且擁有功能強(qiáng)大的子程序接口。因此無(wú)