用軟件進(jìn)行自由鍛模擬-DEFORM

2017-11-13 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

CAE仿真是當(dāng)前比較流行的工藝研發(fā)工具,尤其對(duì)于新材料、新工藝開(kāi)發(fā)方面發(fā)揮了重要的指導(dǎo)作用。對(duì)于金屬成形過(guò)程的仿真,國(guó)內(nèi)應(yīng)用已經(jīng)非常普遍,很多工藝人員在做模鍛成形仿真時(shí)通常是觀察金屬流動(dòng)情況,分析是否完全充滿模具、是否有折疊缺陷,以及設(shè)備噸位是否過(guò)載等缺陷,而自由鍛成形,是比較傳統(tǒng)的鍛造工藝,工藝過(guò)程及模具都相對(duì)簡(jiǎn)單,因此很多人都困惑除了模擬形狀尺寸變化以外,自由鍛仿真分析什么呢?

自適應(yīng)再加熱模擬——溫度控制

不管是坯料的翻轉(zhuǎn)多次鍛打(Multi blow forging)或軸拔長(zhǎng)的開(kāi)坯鍛造(cogging或swagging),DEFORM都增加了再加熱模擬控制,如下圖。

這里不難看出,DEFORM為我們推薦了溫度控制及自動(dòng)優(yōu)化功能,也就是自由鍛過(guò)程中強(qiáng)調(diào)溫度的重要性。我們都知道自由鍛過(guò)程由于鍛打時(shí)間長(zhǎng),工件的溫度變化也較大,鍛打頻率不同,溫度變化差異也大,因此為了保證鍛打過(guò)程中,鍛件溫度需要一直保持高于最低鍛造溫度(再結(jié)晶溫度以上),并且低于最高鍛造溫度(防止粗大晶粒產(chǎn)生),這樣才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的鍛件。在模擬過(guò)程中如果鍛件溫度過(guò)低,或變形后鍛件芯部溫度過(guò)高,將自動(dòng)觸發(fā)加熱或與空氣傳熱模擬。另外,加熱多久能夠達(dá)到我們需要的溫度范圍內(nèi),30分鐘?3個(gè)小時(shí)?比如下面這個(gè)例子的停止判據(jù):每個(gè)節(jié)點(diǎn)溫度都在935~975℃之間 ,需要約花費(fèi)9540秒。

工藝流程優(yōu)化

自由鍛模擬中,DEFORM向?qū)侥K的第二個(gè)界面提供了工藝流程列表的輸入,在自由鍛復(fù)雜的多次鍛打過(guò)程中如何安排鍛打順序,以及將鍛打過(guò)程輸入給設(shè)備的自動(dòng)化程序,需要一目了然的方式。DEFORM針對(duì)Multi blow(多次鍛打)和cogging(開(kāi)坯)各自的特性,開(kāi)發(fā)了不同的工藝列表,對(duì)于打擊的能量、打擊順序以及工件進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)情況一目了然,且方便工藝人員改進(jìn)優(yōu)化。

應(yīng)變分布分析——鍛透性

鍛透性是保證鍛件質(zhì)量的一種重要指標(biāo),幫助我們判斷分析通過(guò)多次鍛打是否打碎了鑄造生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的粗大晶粒、輕微疏松等缺陷。CAE出現(xiàn)以前,我們主要通過(guò)經(jīng)驗(yàn)和公式計(jì)算得到的鍛造比來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量,充足的鍛造比確實(shí)能夠保證鍛件完全鍛透,但這不是一種高效、節(jié)能的生產(chǎn)方式,我們需要一個(gè)確定的、直觀的變形量分析,而應(yīng)變是鍛件變形大小的關(guān)鍵參數(shù)。下圖是一個(gè)不同初始坯料的大小鍛后應(yīng)變分布比較,可以清楚的看到應(yīng)變分布規(guī)律。

晶粒大小分析

如果說(shuō)應(yīng)變只能間接的分析鍛件內(nèi)部質(zhì)量情況,那么晶粒尺寸模擬分析一定可以為我們帶來(lái)驚喜。DEFORM模擬不但可以直接通過(guò)再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大公式直接計(jì)算模擬變形過(guò)程中的晶粒尺寸變化,而還具有先進(jìn)的CA元胞自動(dòng)機(jī)法、JMAK法等微觀分析模塊,全向?qū)皆O(shè)置過(guò)程,幫助我們分析再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大過(guò)程中的晶粒尺寸大小的變化,為我們進(jìn)一步深入研究和提供高質(zhì)量鍛造產(chǎn)生提供了充分的保障。

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以上幾點(diǎn)是筆者對(duì)DEFORM軟件學(xué)習(xí)之后的幾點(diǎn)體會(huì),DEFORM具有強(qiáng)大全面的金屬成形及熱處理過(guò)程仿真能力,如果靈活應(yīng)用還會(huì)得到更多價(jià)值,歡迎大家交流討論,幫助我們工藝人員最大化獲得自由鍛模擬帶來(lái)的價(jià)值,降低原材料及能源消耗、提高并穩(wěn)定自由鍛的產(chǎn)品質(zhì)量。

另外,在DEFORM新版本的持續(xù)更新過(guò)程中,我們看到了研發(fā)工程師們不斷改進(jìn)優(yōu)化現(xiàn)有算法,同時(shí)開(kāi)發(fā)新的數(shù)學(xué)計(jì)算方法,目前已經(jīng)提供多種先進(jìn)的算法可供我們選擇使用,并且在并行計(jì)算方面的提高,使得軟件在計(jì)算精度和計(jì)算速度方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其它同類(lèi)仿真軟件,這也是DEFORM在全球范圍內(nèi)保持高知名度的重要因素。

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