Deform培训教程3
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金属塑性成形模拟
• 塑性有限元的基本概念 • 金属塑性变形过程非常复杂，是一种典 型的非线性问题，不单包含材料非线性， 也有几何非线性和接触非线性。因此， 塑性有限元与线弹性有限元相比也就复 杂得多，这主要体现为：
• 1.由于塑性变形区中的应力与应变关系为非线 性的，为了便于求解非线性问题，必须用适当 的方法将问题进行线性化处理；一般采用增量 法（或称逐步加载法），即将物体屈服后所需 加的载荷分成若干步施加，在每个加载步的每 个迭代计算步中，把问题看作是线性的。 • 2.塑性问题的应力与应变关系不一定是一一对 应的；塑性变形的大小，不仅取决于当时的应 力状态，而且还决定于加载历史；而卸载与加 载的路线不同，应变关系也不一样；因此，在 每一加载步计算时，一般都应检查塑性区内各 单元是处于加载状态，还是处于卸载状态。
• 1）打开deform软件，新建一个文件，文 件取名name.key; • 2)打开前处理文件界面分别增加工具 体,topdie和bottomdie(workpiece已经存 在）。 • 3）在各个工具体上相应导入几何体（就 是前面所导出的stl文件。 • 4检查上述几何体几何状况。 • 5对坯料进行网格划分（有热传导情况模 具也应划分网格）
• DEFORM的求解器是集成弹性、弹塑性、刚 （粘）塑性和热传导等于一体的有限元求解器。 可进行冷、温、热锻的成形和热传导耦合分析； 其典型应用包括锻造、挤压、镦头、轧制、自 由锻、弯曲和其他成形工艺的模拟；而运用不 同的材料模型可分析残余应力、回弹问题以及 粉末冶金成形等；基于损伤因子的裂纹萌生及 扩展模型可以分析剪切、冲裁和机加工过程； 其单步模具应力分析方便快捷，可实现多个变 形体、组合模具、带有预应力环时的成形过程 分析。
• DEFORM提供了有效的后处理工具，让用户能 对有限元计算结果进行详细分析。在后处理中， 具有网格变形跟踪和点迹示踪、等值线图、云 图、矢量图、力-行程曲线等多种功能；且具有 2D切片功能，可以显示工件或模具剖面结果； 后处理中的镜面反射功能，为用户提供了高效 处理具有对称面或周期对称面的手段，并且可 以在后处理中显示整个模型；自定义过程则可 用于计算流动应力、冲压系统响应、断裂判据 和一些特别的处理要求，如金属微结构、冷却 速率、机械性能等；后处理还能以包括图形、 原始数据、硬拷贝和动画等多种方式输出结果。
刚（粘）塑性有限元的基本原理
• 在塑性加工的体积成形工艺中，变形体 产生了较大的塑性变形，而弹性变形相 对很小，可以忽略不计，此时可认为是 刚塑性问题，如锻造、挤压等；相应地 则可以用刚塑性有限元法分析。刚塑性 有限元法是在马尔可夫（Markov）变分 原理的基础上，引入体积不可压缩条件 后建立的。
体积成形模拟软件DEFORM
• DEFORM是一个模块化、集成化的有限元模拟系统， 它包括前处理器，后处理器、有限元模拟器和用户处 理器四个功能模块。其系统结构如图7-5所示 • DEFORM有一个较完整的CAE集成环境，具有强大而 灵活的图形界面，使用户能有效地进行前后处理。在 前处理中，模具与坯料几何信息可由其他CAD软件生 成的STL或SLA格式的文件输入，并提供了3D 几何操 纵修正工具，方便几何模型的建立；网格生成器可自 动对成形工件进行有限元网格的划分和变形过程中的 重新划分，并自动生成边界条件，确保数据准备快速 可靠；DEFORM的材料数据库提供了146 种材料的宝 贵数据，材料模型有弹性、刚塑性、热弹塑性、热刚 粘塑性、粉末材料、刚性材料及自定义类型，为不同 材料的成形仿真提供有力的保障；DEFORM集成典型 的成形设备模型，包括液压压力机、锤锻机、螺旋压 力机、机械压力机、轧机、摆辗机和用户自定义类型 （如表面压力边界条件处理功能解决胀压成形工艺模 拟）等，帮助用户处理各种不同的工艺条件。
• 6为坯料定义材料（有热交换的也需要对 模具定义材料） • 7定义工具体的速度（对轧制等给定坯料 的初速度） • 8定义边界条件，坯料性能（体积补偿） • 9定义控制的单位和模拟类型，以及步长 和运算停止条件。 • 10自动靠模和边界接触的定义。 • 11检查并生成分析所需db文件
• 12.进行模拟分析，完成或观察后处理结 果。 • 13.如果制定的工艺在后处理出现缺陷， 查找工艺原因并改进，对新工艺创造三 维模型重新进行工艺分析。
• 3.塑性变形中，金属与工模具的接触面不 断变化；因此，必须考虑非线性接触与 动态摩擦问题。 • 4.塑性理论中关于塑性应力应变关系与硬 化模型有多种理论，材料属性有的与时 间无关，有的则是随时间变化的粘塑性 问题；于是，采用不同的理论本构关系 不同，所得到的有限元计算公式也不一 样。
• 对于一些大变形弹塑性问题，一般包含 材料和几何两个方面的非线性，进行有 限元计算时必须同时考虑单元的形状和 位置的变化，即需采用有限变形理论。 而对于一些弹性变形很小可以忽略的情 况，则必须考虑塑性变形体积不变条件， 采用刚塑性理论。
Байду номын сангаас件
基本工艺
• Mechanical Press Forging • Tooling and Billet Geometry given for 1/12 (300) section • Billet: 31.5mm dia. x 67mm high • Material（材料）: DIN C35 • Preheat（预热）: 1230C • Tool Temperature（模具温度）: 80C • Transfer from furnace: 7 seconds • Dwell on die: 0.7 seconds • First operation: Flat upset to 9.5mm • Transfer to 2nd tool: 3 seconds • Second operation: Forge to shape.
软件应用步骤
• 1.三维造型与模具设计 • 1）对指定的成形工艺，使用三维0造型； • 2）根据产品模型，确定成形工艺并将成 形模具工作部分和所需坯料进行造型； • 3）将所得三维模型转换为STL格式，取 好相应的文件名，比如。Topdie.stl, botdie.stl, billet.stl
网格划分和前处理
• 塑性有限元的基本概念 • 金属塑性变形过程非常复杂，是一种典 型的非线性问题，不单包含材料非线性， 也有几何非线性和接触非线性。因此， 塑性有限元与线弹性有限元相比也就复 杂得多，这主要体现为：
• 1.由于塑性变形区中的应力与应变关系为非线 性的，为了便于求解非线性问题，必须用适当 的方法将问题进行线性化处理；一般采用增量 法（或称逐步加载法），即将物体屈服后所需 加的载荷分成若干步施加，在每个加载步的每 个迭代计算步中，把问题看作是线性的。 • 2.塑性问题的应力与应变关系不一定是一一对 应的；塑性变形的大小，不仅取决于当时的应 力状态，而且还决定于加载历史；而卸载与加 载的路线不同，应变关系也不一样；因此，在 每一加载步计算时，一般都应检查塑性区内各 单元是处于加载状态，还是处于卸载状态。
• 1）打开deform软件，新建一个文件，文 件取名name.key; • 2)打开前处理文件界面分别增加工具 体,topdie和bottomdie(workpiece已经存 在）。 • 3）在各个工具体上相应导入几何体（就 是前面所导出的stl文件。 • 4检查上述几何体几何状况。 • 5对坯料进行网格划分（有热传导情况模 具也应划分网格）
• DEFORM的求解器是集成弹性、弹塑性、刚 （粘）塑性和热传导等于一体的有限元求解器。 可进行冷、温、热锻的成形和热传导耦合分析； 其典型应用包括锻造、挤压、镦头、轧制、自 由锻、弯曲和其他成形工艺的模拟；而运用不 同的材料模型可分析残余应力、回弹问题以及 粉末冶金成形等；基于损伤因子的裂纹萌生及 扩展模型可以分析剪切、冲裁和机加工过程； 其单步模具应力分析方便快捷，可实现多个变 形体、组合模具、带有预应力环时的成形过程 分析。
• DEFORM提供了有效的后处理工具，让用户能 对有限元计算结果进行详细分析。在后处理中， 具有网格变形跟踪和点迹示踪、等值线图、云 图、矢量图、力-行程曲线等多种功能；且具有 2D切片功能，可以显示工件或模具剖面结果； 后处理中的镜面反射功能，为用户提供了高效 处理具有对称面或周期对称面的手段，并且可 以在后处理中显示整个模型；自定义过程则可 用于计算流动应力、冲压系统响应、断裂判据 和一些特别的处理要求，如金属微结构、冷却 速率、机械性能等；后处理还能以包括图形、 原始数据、硬拷贝和动画等多种方式输出结果。
刚（粘）塑性有限元的基本原理
• 在塑性加工的体积成形工艺中，变形体 产生了较大的塑性变形，而弹性变形相 对很小，可以忽略不计，此时可认为是 刚塑性问题，如锻造、挤压等；相应地 则可以用刚塑性有限元法分析。刚塑性 有限元法是在马尔可夫（Markov）变分 原理的基础上，引入体积不可压缩条件 后建立的。
体积成形模拟软件DEFORM
• DEFORM是一个模块化、集成化的有限元模拟系统， 它包括前处理器，后处理器、有限元模拟器和用户处 理器四个功能模块。其系统结构如图7-5所示 • DEFORM有一个较完整的CAE集成环境，具有强大而 灵活的图形界面，使用户能有效地进行前后处理。在 前处理中，模具与坯料几何信息可由其他CAD软件生 成的STL或SLA格式的文件输入，并提供了3D 几何操 纵修正工具，方便几何模型的建立；网格生成器可自 动对成形工件进行有限元网格的划分和变形过程中的 重新划分，并自动生成边界条件，确保数据准备快速 可靠；DEFORM的材料数据库提供了146 种材料的宝 贵数据，材料模型有弹性、刚塑性、热弹塑性、热刚 粘塑性、粉末材料、刚性材料及自定义类型，为不同 材料的成形仿真提供有力的保障；DEFORM集成典型 的成形设备模型，包括液压压力机、锤锻机、螺旋压 力机、机械压力机、轧机、摆辗机和用户自定义类型 （如表面压力边界条件处理功能解决胀压成形工艺模 拟）等，帮助用户处理各种不同的工艺条件。
• 6为坯料定义材料（有热交换的也需要对 模具定义材料） • 7定义工具体的速度（对轧制等给定坯料 的初速度） • 8定义边界条件，坯料性能（体积补偿） • 9定义控制的单位和模拟类型，以及步长 和运算停止条件。 • 10自动靠模和边界接触的定义。 • 11检查并生成分析所需db文件
• 12.进行模拟分析，完成或观察后处理结 果。 • 13.如果制定的工艺在后处理出现缺陷， 查找工艺原因并改进，对新工艺创造三 维模型重新进行工艺分析。
• 3.塑性变形中，金属与工模具的接触面不 断变化；因此，必须考虑非线性接触与 动态摩擦问题。 • 4.塑性理论中关于塑性应力应变关系与硬 化模型有多种理论，材料属性有的与时 间无关，有的则是随时间变化的粘塑性 问题；于是，采用不同的理论本构关系 不同，所得到的有限元计算公式也不一 样。
• 对于一些大变形弹塑性问题，一般包含 材料和几何两个方面的非线性，进行有 限元计算时必须同时考虑单元的形状和 位置的变化，即需采用有限变形理论。 而对于一些弹性变形很小可以忽略的情 况，则必须考虑塑性变形体积不变条件， 采用刚塑性理论。
Байду номын сангаас件
基本工艺
• Mechanical Press Forging • Tooling and Billet Geometry given for 1/12 (300) section • Billet: 31.5mm dia. x 67mm high • Material（材料）: DIN C35 • Preheat（预热）: 1230C • Tool Temperature（模具温度）: 80C • Transfer from furnace: 7 seconds • Dwell on die: 0.7 seconds • First operation: Flat upset to 9.5mm • Transfer to 2nd tool: 3 seconds • Second operation: Forge to shape.
软件应用步骤
• 1.三维造型与模具设计 • 1）对指定的成形工艺，使用三维0造型； • 2）根据产品模型，确定成形工艺并将成 形模具工作部分和所需坯料进行造型； • 3）将所得三维模型转换为STL格式，取 好相应的文件名，比如。Topdie.stl, botdie.stl, billet.stl
网格划分和前处理