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(guó)Ohio Clumbus的科學(xué)成形技術(shù)公司（Science Forming Technology Corporation）開(kāi)發(fā)的。該系列軟件主要應(yīng)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(guó)Battelle實(shí)驗(yàn)室開(kāi)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(guó)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(jiàn)的UNIX工作站平臺(tái)（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微機(jī)平臺(tái)?？梢苑治銎矫鎽?yīng)變和軸對(duì)稱(chēng)等二維模型

2、。它包含了最新的有限元分析技術(shù)，既適用于生產(chǎn)設(shè)計(jì)，又方便科學(xué)研究。 2. DEFORM-3D（三維）適用于各種常見(jiàn)的UNIX工作站平臺(tái)（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微機(jī)平臺(tái)?？梢苑治鰪?fù)雜的三維材料流動(dòng)模型。用它來(lái)分析那些不能簡(jiǎn)化為二維模型的問(wèn)題尤為理想。 3. DEFORM-PC（微機(jī)版）適用于運(yùn)行Windows 95，98和NT的微機(jī)平臺(tái)。可以分析平面應(yīng)變問(wèn)題和軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題。適用于有限元技術(shù)剛起步的中小企業(yè)。 4. DEFORM-PC Pro（Pro版）適用于運(yùn)行Windows 95，98和NT的微機(jī)平臺(tái)。比DEFORM-PC功能強(qiáng)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(guò)程，包括：硬度、晶相組織分布、扭曲、殘余應(yīng)力、含碳量等。二 模鍛模擬2.1 問(wèn)題描述與分析本文通過(guò)對(duì)齒輪坯成形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析齒輪坯鍛件在成形過(guò)程中的金屬流動(dòng)、變形力和應(yīng)力分布規(guī)律，預(yù)測(cè)成形過(guò)程中可能出現(xiàn)的鍛件缺陷，提出影響齒輪坯成形的開(kāi)式鍛模工藝參數(shù)，同時(shí)通過(guò)對(duì)成形工藝過(guò)程的模擬仿真分析，克服傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的不足，實(shí)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(biāo)，為齒輪坯鍛件的實(shí)際成形工藝提供理論依據(jù)及技術(shù)支持，指導(dǎo)齒輪坯鍛件的鍛造生產(chǎn)

4、。本文把齒輪坯的制備過(guò)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(guò)程（1）創(chuàng)建一個(gè)新的題目正確安裝DEFORM 6.1后運(yùn)行程序DEFORM-3D，其界面如下圖所示。 點(diǎn)擊 或從File New Problem建立新的題目。彈出如下窗口。默認(rèn)為Deform-3D preprocessor不用更改。點(diǎn)擊Next，選擇Other location，選擇預(yù)設(shè)的程序存儲(chǔ)地址。注意：路徑不能包含中文！點(diǎn)擊Next，輸入Problem Name，如chilun。點(diǎn)擊Finish，完成新題目的創(chuàng)建，自動(dòng)進(jìn)入前處理窗口，其創(chuàng)建的文件類(lèi)型為key。（2）

5、前處理2.2.1模擬控制參數(shù)設(shè)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(diǎn)擊快捷按鍵，或Input Simulation Controls進(jìn)入模擬控制參數(shù)設(shè)置窗口。Units選擇框中選擇UI國(guó)際制單位，彈出提示框時(shí)點(diǎn)OK，Reset all the values to new unit system defaults。在Simulation Title中可設(shè)定標(biāo)題如chilun。點(diǎn)擊OK，完成模擬控制參數(shù)設(shè)置。2.2.2導(dǎo)入毛坯幾何文件Deform可導(dǎo)入的文件格式為stl。可由UG等建模軟件生成。軟件默認(rèn)

6、第一物體為workpiece即毛坯。Geometry選項(xiàng)卡中點(diǎn)擊Import Geo導(dǎo)入預(yù)先生成的文件mapi.stl?？稍趫D形顯示窗口中看到導(dǎo)入的幾何體。其默認(rèn)物體屬性為Plastic，溫度為20，不用修改。2.2.3對(duì)毛坯進(jìn)行網(wǎng)格劃分在Mesh選項(xiàng)卡中，Number of Elements選項(xiàng)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(shè)置，數(shù)目過(guò)多影響模擬計(jì)算速度，數(shù)目過(guò)少影響模擬效果。此實(shí)例設(shè)定為10000。點(diǎn)擊生成網(wǎng)格。2.2.4設(shè)置毛坯材料在General選項(xiàng)卡中點(diǎn)擊進(jìn)入材料庫(kù)?？稍谖矬w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(shè)置完成。2.2.4

7、導(dǎo)入上模點(diǎn)擊建立新幾何體，其默認(rèn)為T(mén)op Die即上模。同毛坯的導(dǎo)入一樣，在Geometry選項(xiàng)中點(diǎn)擊Import Geo，導(dǎo)入預(yù)先生成的top die1.stl，注意此時(shí)導(dǎo)入的上模已經(jīng)與毛坯位置相匹配，這是因?yàn)樵赨G整體建模中已將上、下模及毛坯位置匹配。在General選項(xiàng)卡中可以看到上模默認(rèn)屬性為剛體Rigid，不做修改。2.2.5設(shè)置上模運(yùn)動(dòng)參數(shù)在Movement選項(xiàng)卡中Constant Value輸入上模運(yùn)行速度，此實(shí)例采用5mm/sec。在Direction選取上模運(yùn)行方向，可通過(guò)觀察圖形顯示窗口中的坐標(biāo)系確定運(yùn)行方向，此坐標(biāo)系與UG建模時(shí)坐標(biāo)系相一致。2.2.4導(dǎo)入下模同上模導(dǎo)入一

8、樣，點(diǎn)擊建立新幾何體后，默認(rèn)即為Bottom Die，在Geometry選項(xiàng)中點(diǎn)擊Import Geo，導(dǎo)入預(yù)先生成的bottom die.stl。此時(shí)，所以幾何體均導(dǎo)入成功。其整體效果如下圖，可點(diǎn)擊工具欄視圖快捷鍵觀察不同視圖效果。2.2.5設(shè)置物間聯(lián)系 雖然模具和毛坯已成功導(dǎo)入且位置相匹配，但是個(gè)物體之間是相互獨(dú)立，沒(méi)有任何聯(lián)系的，需要通過(guò)設(shè)置摩擦和創(chuàng)建接觸來(lái)使各物件之間發(fā)生聯(lián)系。點(diǎn)擊工具欄快捷鍵，彈出Inter-Object對(duì)話框。點(diǎn)擊Edit，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置，如下圖。 Separation與Friction Type均采用默認(rèn)，Constant點(diǎn)擊下三角，選取Cold forming 0

9、.12，設(shè)置完成。點(diǎn)擊Close返回上層對(duì)話框，點(diǎn)擊Apply to other relations，將摩擦條件應(yīng)用于所以物間關(guān)系。 在Contact BCC選擇區(qū)，點(diǎn)擊Generate all，生成物間接觸。此時(shí)，物間聯(lián)系設(shè)置完成，點(diǎn)擊OK退出。2.2.6設(shè)定模擬步長(zhǎng)和步數(shù)點(diǎn)擊快捷按鍵，或Input Simulation Controls進(jìn)入模擬控制參數(shù)設(shè)置窗口。選擇Step選項(xiàng)卡，Solution Step Definition選擇With Die Displacement，設(shè)定步長(zhǎng)一般為變形體單元長(zhǎng)度的1/3，比較容易收斂，節(jié)省時(shí)間。變形體單元長(zhǎng)度可通過(guò)Check Mesh讀出。步數(shù)根據(jù)

10、上模行程和步長(zhǎng)來(lái)確定，起始步按默認(rèn)-1，設(shè)置每?jī)刹奖４嬉淮?，點(diǎn)擊OK完成設(shè)置。此時(shí)所以參數(shù)設(shè)置已經(jīng)完成，點(diǎn)擊保存。 2.2.7生成數(shù)據(jù)庫(kù)文件點(diǎn)擊工具欄快捷鍵或Input Database打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)生成對(duì)話框。數(shù)據(jù)庫(kù)文件的默認(rèn)存儲(chǔ)路徑為之前創(chuàng)建項(xiàng)目的存儲(chǔ)路徑，點(diǎn)擊Check，對(duì)話框中出現(xiàn)Database can be generated說(shuō)明沒(méi)有錯(cuò)誤可生成文件，點(diǎn)擊Generate生成數(shù)據(jù)庫(kù)文件，點(diǎn)擊Close退出對(duì)話框。此時(shí)，前處理已經(jīng)完成，點(diǎn)擊退出，前處理窗口2.3開(kāi)始模擬退出前處理窗口后返回到DEFORM主窗口，點(diǎn)擊運(yùn)行快捷鍵或Simulator中Run，開(kāi)始模擬。通過(guò)Message欄可觀察

11、每步的數(shù)據(jù)情況。模擬結(jié)束后打開(kāi)后處理界面觀察變形情況如下圖所示2.4進(jìn)行模鍛模擬2.4.1 加載數(shù)據(jù)庫(kù)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(jìn)入前處理界面。2)彈出數(shù)據(jù)庫(kù)中模擬步選擇對(duì)話框，詢(xún)問(wèn)要打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)中的第幾個(gè)模擬,此處選擇第130步,即模擬過(guò)程的最后一個(gè)序列步，單擊OK按鈕。2.4.2 更換凸模和凹模1）激活對(duì)象樹(shù)中的“Top Die”,使之高亮顯示，單擊Geometry按鈕，在彈出的對(duì)話框中單擊Import Geometry按鈕，彈出輸入幾何對(duì)象的對(duì)話框，選擇Top

12、die2文件，完成凸模幾何模型輸入。2）重復(fù)上述步驟，激活對(duì)象樹(shù)中“Bottom Die”完成下模的替換。結(jié)果如圖所示。2.4.3 設(shè)置模擬控制初始條件2.4.4 設(shè)置模擬控制信息2.4.5 定義驅(qū)動(dòng)條件2.4.6 生成數(shù)據(jù)庫(kù)文件及分析求解點(diǎn)擊工具欄快捷鍵或Input Database打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)生成對(duì)話框。數(shù)據(jù)庫(kù)文件的默認(rèn)存儲(chǔ)路徑為之前創(chuàng)建項(xiàng)目的存儲(chǔ)路徑，點(diǎn)擊Check，對(duì)話框中出現(xiàn)Database can be generated說(shuō)明沒(méi)有錯(cuò)誤可生成文件，點(diǎn)擊Generate生成數(shù)據(jù)庫(kù)文件，點(diǎn)擊Close退出對(duì)話框。此時(shí)，前處理已經(jīng)完成，點(diǎn)擊退出，前處理窗口2.4.7開(kāi)始模擬退出前處理窗口后返

13、回到DEFORM主窗口，點(diǎn)擊運(yùn)行快捷鍵或Simulator中Run，開(kāi)始模擬。通過(guò)Message欄可觀察每步的數(shù)據(jù)情況。模擬結(jié)束后打開(kāi)后處理界面觀察變形情況如下圖所示2.5 后處理及結(jié)果分析模擬完成以后，點(diǎn)擊Post Processor中DEFORM-3D Post進(jìn)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(guò)動(dòng)畫(huà)播放按鈕可觀察模具運(yùn)動(dòng)和工件成形過(guò)程，通過(guò)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(chēng)Turn off可隱藏物件，以便觀察。點(diǎn)擊Single Object mode 或Multi Object mode

14、 可設(shè)置顯示模式。2.5.1 齒輪坯的等效應(yīng)力分析等效應(yīng)力場(chǎng)分布反映了變形過(guò)程中材料內(nèi)部之間的作用力，其大小影響加工過(guò)程中金屬流動(dòng)、晶粒尺寸、模具受力等一系列問(wèn)題。下圖是墩粗一模鍛階段的等效應(yīng)力分布圖。從圖可以看出，坯料墩粗工步時(shí)發(fā)生了很大的塑性，致使在鐓粗結(jié)束后，坯料保持了較高的應(yīng)力，齒輪坯心部是高應(yīng)變區(qū)域，其等效應(yīng)力場(chǎng)分布特點(diǎn)是由內(nèi)向外沿徑向方向逐漸變小最后趨于平穩(wěn)，等效應(yīng)力場(chǎng)分布比較均勻；從圖可以看出，墩粗工步后的坯料進(jìn)入模鍛模膛，由于模鍛模膛的結(jié)構(gòu)比較復(fù)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(yīng)力也隨之增大，在整個(gè)成形過(guò)程中應(yīng)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(qiáng)度和剛度，以承受工作時(shí)復(fù)雜的交變載荷。鐓粗結(jié)束后的等效應(yīng)力模鍛結(jié)束后的等效應(yīng)力2.5.2 凸模載荷-行程分析點(diǎn)擊工具欄快捷鍵彈出Graph對(duì)話框，Plot objects選取Top Die，可選擇不同單位N或tone，點(diǎn)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(yù)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(dòng)模表面開(kāi)始接觸，隨著動(dòng)模的移動(dòng)，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(dòng)模的移動(dòng)逐漸增大，此時(shí)變形金屬處于較弱的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，變形力較小。 預(yù)鍛工步模擬開(kāi)始時(shí)，將墩粗工步成形結(jié)束時(shí)的坯料直接導(dǎo)入預(yù)鍛