毕业设计(论文)-楔横轧成形技术与模拟仿真[管理资料]

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摘要┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ⅠABSTRACT┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈Ⅱ第1章绪论┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1
1楔横轧工艺简介┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
┈
楔横轧的发展及其应用┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
2┈
2国外发展状况┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
┈┈
3国内的应用状况┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
┈┈
第2章轧件设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈4
4径向加工余量来的确定┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
┈┈
4轴向加工余量的确定┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
┈┈
轧件尺寸的计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈5
┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈5第3章楔横轧模具设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 6 毛坯与坯料尺寸的确定┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
6 ┈
毛坯尺寸┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 6
坯料直径与长度的确定┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 6
6 模具型腔设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
┈
热态毛坯尺寸┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
6 ┈┈
7 模具精整区型腔尺寸┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
┈┈
模具孔型设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
8 ┈
成型方案┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈8 计算断面收缩率与初选α、β┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈8
孔型几何尺寸设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈9
第4章仿真实验结果分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈11 仿真所用软件DEFORM-3D的介绍┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈11 DEFORM的发展┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈11 DEFORM的特点┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈12 DEFORM应用举例┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈12 DEFORM-3D软件的模块结构┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈13 起楔段轧件截面上的应变场特征┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈14 横截面上的应变分布┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈14 纵截面上的应变分布┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
15 ┈┈
展宽段轧件截面上的应变场特征┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈17 横截面上的应变分布┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
17 ┈
18
纵截面上的应变分布┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈
┈┈
楔段轧件截面上的应力场特征┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈20 横截面上应力分布┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈20
纵截面上的应力分布┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈21 宽段轧件截面上的应力场特征┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈22 横截面上的应力分布┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈22
纵截面上的应力分布┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈23 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈24 展宽角β和形角α对轧制力的影响┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈25 断面收缩率ψ对轧制力的影响┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈25 轧件尺寸对轧制力的影响┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈25 第5章结论┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈26 参考文献┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈27 致谢┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈28 附录┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈30
第1章绪论
楔横轧是一种轴类零件成型新工艺、新技术。

这种工艺在科学上属于冶金和机械学科的交叉，与传统的切削、锻造零件成形工艺相比较，它具有生产效率高3-7倍，节约材料20％-40％，生产成本低30％左右等优点，被公认为当今先进制造技术的组成部分。

楔横轧的工艺原理如图1所示，两个带楔型模具的轧辊，以相同的方向旋转并带动圆形轧件旋转，轧件在楔形孔型的作用下，扎制成各种形状的台阶轴。

楔横轧的变形主要是径向压缩、轴向延伸。

图1 楔横轧原理
楔横轧工艺可生产各种台阶轴类零件，在国内外已生产出数400多种零件毛坯。

其中台阶可以是直角台阶、斜台阶、圆弧台阶（包括凸圆弧台阶和凹圆弧台阶）和窄凹档台阶等。

可单台阶，也可以是组合台阶。

楔横轧工艺已热轧为主，小直径产品可实现冷轧。

产品直径范围为6～150㎜，长度范围40～120㎜。

楔横轧既可以用于无切削或少切削的精轧，又可以为模锻件提供毛坯。

对第一种情况，往往精度要求较高，因此模具费用较高，适用于大批量生产。

对第二种情况，因仅仅是进行体积的再分配，所以模具形状简单，适用小批量生产。

与其它常用的成形工艺（如锻造、铸造）相比，楔横轧有以下优点：
⑴生产效率大幅度提高。

轧辊每旋转一周就生产一个产品，楔横轧使用的转速一般为6～25r∕min，即每分钟生产6～25个产品（成对轧制则加倍），生产效率平均提高5～20倍。

今后，伴随着楔横轧技术的进一步完善，生产效率将会更大的提高。

⑵材料利用率显著提高。

铸锻之后进行机加工的产品，材料利用率一般只有60％左右，有的还要低于这个数字。

楔横轧成形的每一个产品只损失两个料头，利用率一般达到80％以上。

精密楔横轧可达到90％以上，即达到少切削，甚至无切削的目的。

⑶模具寿命长。

根据楔横轧的工作原理，作用在模具上的力比较小，所以模具的寿命可以很长。

模具可以根据零件由几块组合而成，因此磨损部分可以很容易更换。

一般说来，模具的平均寿命能达到100000～150000件。

⑷产品精度高。

～㎜，～1㎜。

采用高强度轧机或冷轧机，尺寸精度还可提高，甚至可以达到无切削加工。

⑸产品质量提高。

楔横轧产品由于金属纤维连续，晶粒细化，产品的机械性能明显提高，一般承载能力可提高20％左右。

⑹振动、噪声均较小，劳动条件得到明显改善。

⑺产品的成形、精整与切断等工序均在轧辊孔型中连续自动完成，易于实现自动化生产。

⑻生产人员、设备、和厂房面积都可大幅度下降，因此也带来成本的大幅度下降。

楔横轧技术，作为轴类零件的生产方法，其研究的历史可以追溯到19世纪。

关于楔横轧轧机的首个专利由Lebek于1879年提交。

受当时技术水平的限制，相应的产品没能被第一台楔横轧轧机制造出来。

六年后，Simonds试图用该技术生产汽车用车轴，可是，没能使楔横轧得到广泛应用。

直到20世纪50年代，Holub在捷克斯洛伐克（原）制造出第一台轧机，楔横轧才逐步开始他的商业应用。

1967年，东德（前）UWQ40 ×400型楔横轧机定型，并且在莱比锡春季博览会展出。

从此，楔横轧技术作为轴类零件工艺技术，得到了广泛关注。

楔横轧技术发展了60年的时间才从实验室研究到工业生产。

此后，楔横轧技术在欧洲、亚洲和美洲得到了推广。

捷克斯洛伐克（前）于20世纪50年代末设计的UL类型轧机可以产生最大直径100毫米，长度600毫米的零件。

苏联（前）1987年以前，曾尝试生产各种不同类型的楔横轧设备，包括单辊，水平/垂直二辊以及机械类指定的“1417'的热轧生产线。

，长度由5至630毫米的零件在当时已能广泛生产。

在其他国家，如东德（前），大不列颠，波兰，美国等，其楔横轧技术也有了不同程度的发展。

20世纪60年代，东德进行了许多与楔横轧技术相关的尝试。

Kaul和Mockel在1967年申请了单楔轧机的专利。

在这之后，德累斯顿技术大学的Dietrich和Muller在1976年研制了单辊轧机，而且对工件变形进行了调查。

在英国，Henry Wiggin and C. 有限公司制成了早期的三辊楔横轧原型机。

基于这一原型机，雷德曼工程有限公司在1969年制造了三辊楔横轧机。

在波兰，一个WPM120专利型机由马齐尼亚克于1972年提出。

但是，由于其复杂模具，它仅能实现较小的应用
价值。

在美国，1972年，Belmont基于捷克UL- 35型轧机，研制了双辊楔横轧机。

此外，80年代末，RolFlo公司设计了水平二辊楔横轧机。

20世纪中叶，本村申请了日本第一台楔横轧机的专利。

同年，一个试验机在日本的物理和化学研究所完成了。

二十世纪末，楔横轧机被日本三菱汽车公司用于生产复杂的加强轴，并已在市场上销售。

在印度，轧球和环零件的轧机得到广泛使用，如在ProSIM公司和一些大学，本世纪初其楔横轧技术也取得了一些快速发展。

我国在楔横轧上起步不晚，20世纪60年代末，重庆大学、清华大学、东北大学等单位就进行楔横轧的研究与开发工作，并取得相当多理论与实际成果，但未能实现工业上的应用。

20世纪60年代初，重庆大学最早进行楔横轧汽车球销的实验研究工作，并取得初步成功，但由于某些原因未能用于工业生产。

20世纪70年代初，东北工学院（现东北大学）在实验室轧出火车D轴的模拟件，以后与沈阳轧钢厂合作，试轧出火车D轴，但由于种种原因未能应用于生产。

20世纪70年代中期，清华大学与北京电讯工具厂合作，也试轧出尖嘴钳毛坯。

上海锻压机床三厂研制成功单辊弧形式楔横轧鲤鱼钳毛坯新工艺，是我国最早将楔横轧应用于生产的单位，并收到较好的经济效果。

由于单辊形式楔横轧在模具制造、工艺调整等方面都十分困难，故一直不能得到推广。

从20世纪70年代初期起，北京科技大学(原北京钢铁学院)在较好孔型斜轧技术基础上开展楔横轧技术研究工作。

北京科技大学与无锡江南工具厂合作。

在我国首先将二辊式楔横轧工艺研制成功并应用于五金工具生产。

随后大力进行研究、开发与推广工作，先后帮助工厂建成楔横轧生长线80多条，其中2条出口美国。

开发并利用于生产的零件300多种，包括汽车、拖拉机、摩托车、发动机、油泵与水泵等机器轴类零件（如下图），累计生产轴类零件200万t，使我国成为世界上开发并投产楔横轧产品最多国家之一。

为此，国家科委编辑《中华人民共和国重大科技成果（1979~1998）》，收录了北京科技大学的这项研究成果，该研究室并被国家科委、国家教委以及冶金工业部列为“轴类零件轧制（斜轧与楔横轧）研究与推广中心”。

20世纪80年代以来，机械工业部的济南铸锻研究所、郑州机械锁、北京机电研究所、吉林工业大学，先后开展了楔横轧的研究与开发工作，也取得了不同的进展。

第2章轧件设计
给定一个产品，在进行楔横轧模具设计之前，首先要根据楔横轧工艺的特点及产品要求，确定合理的加工余量，设计楔横轧轧件。

楔横轧轧件径向加工余量的确定主要考虑轧件的弯曲、表面缺陷、径向尺寸精度以及机加工时装夹误差等。

楔横轧轧件一般为较长的轴类件，由于轧制时存在轧件受力不均、坯料加热温度不匀、轧件冷却不匀，以及其他多种因素的影响，轧件都会存在一定程度的弯曲。

一般来讲，模具较新时，上下两个模具的一致性好，轧件受力均匀，轧件弯曲小；当模具磨损加大、磨损的程度不一致加大时，轧件的弯曲就加大；轧件的直径大、长度短时，弯曲较小，反之就会大些。

轧件的弯曲度过大就应进行校直，校直后的轧件也会存在一定的弯曲。

生产实际中，~㎜。

轧件的表面缺陷主要有螺旋压痕、异物压入伤痕以及碰伤划伤等。

螺旋压痕主要是由于模具的表面和成型面形成的棱过于尖锐造成的；异物压入伤痕主要是由于氧化皮、铁屑等异物在轧制的过程中压入轧件表面造成的；碰伤和划伤主要是在生产及运输过程中形成的，尤其是轧件在轧制完成后出料过程中以及热处理的出料过程中，由于这时的轧件温度很高，轧件很软，很容易碰伤和划伤。

另外在装卸过程也容易造成轧件的碰伤和划伤。

生产实际中，~㎜。

轧制过程中，由于坯料加热温度不均匀、模具和轧件接触摩擦状态分布不同以及其他工艺条件变化等多方面因素的影响，轧件的直径会有波动，一般在±~±㎜。

在进行机械加工时，轧件的装夹和定位也会有误差，尤其是大批量的流水线作业生产中，不可能对每一个产品进行反复找正，使每一个产品的装夹误差最小。

㎜。

综上所述，轧件的径向加工余量应该综合分析，并根据实际情况确定，一般轧件的直径方向加工余量为2~5㎜。

．轴向加工余量的确定
轧件轴向加工余量的确定主要考虑轧件的表面缺陷、轴向尺寸精度以及批量生产过程轧件轴向尺寸稳定情况等，一般为2~5㎜。

轧件尺寸的计算
轧件径向尺寸的计算比较简单，将零件各处直径加上加工余量即可得到轧件的直径。

轧件轴向尺寸的计算要复杂一些。

轧件的各轴段长度有的要由零件该轴端的长度加上加工余量，有的要减去加工余量，有的不加也不减。

零件直径比相邻轴段大的轴段长度就要加上加工余量的尺寸，反之就要减去加工余量的尺寸。

零件直径大小介于两个相邻轴段直径之间的轴段长度不变。

描述楔横轧轧件的形状尺寸可以有多种方法，但从进行楔横轧模具设计角度讲，描述轧件的图形模型应该具有以下三个特点：
⑴便于计算机进行图形识别和后续处理；
⑵易于操作者用习惯的方法迅速为计算机输入轧件的全部图形信息；
⑶充分体现楔横轧轧件的整体性。

经过综合分析比较，选用以体素法来建立描述楔横轧轧件的计算机模型。

基本体素的选择是很重要的。

如果体素选择得过于复杂，不仅增加了基本体素的量，给原始的数据输入和后续的计算机处理带来困难，而且会将基本体素的数据描述复杂化，导致再用简单的体素来描述复杂的体素。

反之，如果体素选得过于简单，对某些问题就显得太零碎，使用户得不到较完整的形象，从而也不便于应用。

根据楔横轧轧件的特点，选用圆柱体、圆锥体。

圆弧回转体作为构造楔横轧轧件的基本体素，需要指出的是，由于楔横轧轧件的结构比较简单，在用基本体素构造，无需像一般三维造型设计进行复杂的相交、相切、相贯以及隐线面的计算机处理。

因此，原则上来讲只是应用了基本体素构造三维实体的概念。

第3章楔横轧模具设计
该轴为近似对称零件。

可采用对称轴轧制，然后机加工切除余量。

由于该轴的断面收缩率均位小于75%，利于模具设计，保证模具精度。

毛坯与坯料尺寸的确定
根据第二章轧件设计和任务书上的Y1电机轴零件图，毛坯径向尺寸均在零件径向尺寸基础上增加3㎜;毛坯轴向尺寸为零件径向最大直径处单侧增加2㎜。

两端需要切除料头，每端增加4㎜切刀余量。

Y1电机轴毛坯尺寸图3-1。

其中d0=40㎜，l0=215㎜，d1=33㎜，l1=27㎜，d2=31㎜，l2=64㎜
图3-1 Y1电机轴毛坯图
⑴坯料直径φ0
该轴坯料直径φ0等于毛坯最大直径d0，即
φ0=d0=40㎜
⑵坯料长度L0
坯料直径L0的计算公式如下
L0=V/F0+2Δl
=V0+2V1+2V2
=(d0²l0+2d1²l1+2d2²l2)/ φ0²+2Δl
式中V—毛坯总体积，㎜³；
F 0—坯料截面面积，㎜²；
Δl—单侧料头长度，Δl=4㎜；
V0、V1、V2—如图所示部位体积，㎜³；
d0、d1、d2—如图所示部位直径，㎜；
l0、l1、l2—如图所示部位长度，㎜；
将数值带入式中得
L0=(40²×215＋2×33²×27＋2×31²×64)/40²＋2×4 =㎜
热态毛坯尺寸
热态毛坯尺寸等于冷态毛坯尺寸乘以热膨胀系数，即
dθn=d n K D
lθn=l n K L
式中d
—热态毛坯n部位尺寸的直径，㎜；
θn
d n—冷态毛坯n部位尺寸的直径，㎜；
K D—径向热膨胀系数，K D=~；
—热态毛坯n部位长度，㎜；
l
θn
l n—冷态毛坯n部位长度，㎜；
K L—轴向热膨胀系数，K L=~。

计算结果如表3-1：
3-1空心电机轴毛坯各部分热态尺寸表
直径冷态尺寸热态尺寸长度冷态尺寸热态尺寸d040 l0215 218
d133l127
d231l264 65
下图为轧制该轴热态毛坯图
d Q0=40㎜，l Q0=218㎜，d Q1=33㎜，l Q1=㎜，d Q2=31㎜，l Q2=65㎜
图3-2 Y1电机轴热态毛坯图
模具精整区型腔尺寸由热态毛坯尺寸却定。

轴向尺寸与热态毛坯尺寸一致。

径向尺寸为热态毛坯最大直径处增加1㎜深度为基圆间隙，参见图3-3：
图3-3 Y1电机轴精整区型腔示意图
图3-4为孔型展开及工件成形过程简图。

由于孔型轴向完全对称，故只计算一侧。

方案如下：
⑴楔Ⅰ段将坯料由d0轧至d1，长度至l1′。

l1′= l1+( d2²×l2)/d1²=27+(31²×64) /33²=㎜
⑵楔Ⅱ段将坯料由d1轧至d2，长度至l2。

、β
ψ1=（1- d1²/d0²）×100％=（1-33²/40²）×100％=％
ψ2=（1- d2²/d0²）×100％=（1-31²/33²）×100％=％
％，故成型角α、展宽角β均可选较大数值。

由于设计题目为三辊轧制空心电机轴模拟仿真及工艺性能分析，故需要选五组α、β值。

初选α、β值如下表所示：
单位/（°）α29 31
β
图3-4空心电机轴孔型展开及工件成形过程简图
以第一组数据楔Ⅰ段为例进行下列计算。

已知轧辊最大直径D max=750㎜，楔Ⅰ段轧制所对应的轧辊半径R1=㎜，取
α
Ⅰ-1=29°，β
Ⅰ-1
=°
楔入段长度及圆心角
LⅠ-1-1=hⅠ-1cotαⅠ-1cotβⅠ-1=[(d0-d1) K D /2+δ] cotαⅠ-1cotβⅠ-1= [(40-33) ×+1] =㎜
式中δ为基圆间隙，取δ为1㎜
所对应的圆心角Φ
Ⅰ-1-1=360 L
Ⅰ-1-1
/2πR
Ⅰ
=360°×（2π×）=°
楔入精整段长度及圆心角LⅠ-1-2==×38=㎜
Φ
Ⅰ-1-2=360 L
Ⅰ-1-2
/2πR
Ⅰ
=360°×（2π×）=°
展宽带长度及圆心角
LⅠ-1-3=l Q1 cotβⅠ-1 =×°=㎜
Φ
Ⅰ-1-3= L
Ⅰ-1-3
/ R
Ⅰ
=°×°
长度及圆心角LⅠ-1-4==×=㎜
Φ
Ⅰ-4-3=360 L
Ⅰ-1-2
/2πR
Ⅰ
=360°××=°
TⅠ-1=2πRⅠtanβⅠ-1=2π×㎜×=㎜
用上述关系可求出楔Ⅱ段及另外四组所对应的楔Ⅰ段和楔Ⅱ段的长度及圆心角。

计算结果如下表：
①
通过相同的计算结果可以计算出第二组数据，结果如下：
②
第4章仿真实验结果分析
仿真所用软件DEFORM-3D的介绍
DEFORM -3D是一套基于工艺模拟系统的有限元系统(FEM)，专门设计用于分析各种金属成形过程中的三维(3D)流动，提供极有价值的工艺分析数据，有关成形过程中的材料和温度流动。

典型的DEFORM-3D应用包括锻造、挤压、镦头、轧制,自由锻、弯曲和其他成形加工手段DEFORM -3D是模拟3D材料流动的理想工具。

它不仅鲁棒性好，而且易于使用。

DEFORM-3D强大的模拟引擎能够分析金属成形过程中多个关联对象耦合作用的大变形和热特性。

系统中集成了在任何必要时能够自行触发自动网格重划生成器，生成优化的网格系统。

在要求精度较高的区域，可以划分较细密的网格，从而降低题目的规模，并显著提高计算效率。

DEFORM-3D图形界面，既强大又灵活。

为用户准备输入数据和观察结果数据提供了有效工具。

DEFORM-3D还提供了3D几何操纵修正工具，这对于3D过程模拟极为重要。

DEFORM-3D延续了DEFORM系统几十年来一贯秉承的力保计算准确可靠的传统。

在最近的国际范围复杂零件成形模拟招标演算中，DEFORM-3D的计算精度和结果可靠性，被国际成形模拟领域公认为第一。

相当复杂的工业零件，如连杆,曲轴, 扳手,具有复杂筋-翼的结构零件,泵壳和阀体，DEFORM-3D都能够令人满意地例行完成。

DEFORM的发展
20世纪70年代后期，位于美国加州伯克利的加利福尼亚的加利福尼亚大学小林研究所在美国军方的支持下开发出了有限元软件ALPID，1990年在此基础上开发出DEFORN-2D软件。

该软件的开发者独立出来成立SFEC 公司（Secientific Forming Techonologies Co.)，并推出了DEFORM-3D软件，DEFORM-3D是集成了原材料、成形、热处理和机加工的软件。

DEFORM的理论基础是经过修订的拉格朗日定理，属于刚塑性有限元法，其材料模型包括刚塑性材料模型、塑性材料模型、多孔材料模型和弹性材料模型。

DEFORM-2D的单元类型是四边形，3D的单元类型是经过特殊处理的四面体，四面体单元比六面体单元容易实现网格重划分。

DEFORM软件有强大的网格重划分功能，当变形量超过设定值时自动进行网格重划。

在网格重划分时，工件的体积有部分损失，损失越大，计算误差越大，DEFORM在同类软件中体积损失最小。

DEFORM软件提供了三种迭代方法：Newton-Raphson、Direct和Explicit，根据不同的材料性能可以选择不同的计算方法。

同时该软件提供了丰富的材料库，几乎包含了所有
常用材料的弹性变形数据、塑性变形数据、热能数据、热交换数据、晶粒长大数据、材料硬化数据和破坏数据。

DEFORM的特点
DEFORM具有以下特点:
-DEFORM是在一个集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性进行模拟仿真分析。

适用于热、冷、温成形，提供极有价值的工艺分析数据。

如：材料流动、模具填充、锻造负荷、模具应力、晶粒流动、金属微结构和缺陷产生发展情况等。

DEFORM-3D功能与2D类似，但它处理的对象为复杂的三维零件、模具等。

- 不需要人工干预，全自动网格再剖分。

- 前处理中自动生成边界条件，确保数据准备快速可靠。

- DEFORM-3D模型来自CAD系统的面或实体造型（STL/SLA）格式。

- 集成有成形设备模型，如：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（如胀压成形）。

- 表面压力边界条件处理功能适用于解决胀压成形工艺模拟。

- 单步模具应力分析方便快捷，适用于多个变形体、组合模具、带有预应力环时的成形过程分析。

- 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。

- 实体之间或实体内部的热交换分析既可以单独求解，也可以耦合在成形模拟中进行分析。

- 具有FLOWNET和点迹示踪、变形、云图、矢量图、力-行程曲线等后处理功能。

- 具有2D切片功能，可以显示工件或模具剖面结果。

- 程序具有多联变形体处理能力，能够分析多个塑性工件和组合模具应力。

- 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机会，并且可以在后处理中显示整个模型。

- 自定义过程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。

DEFORM-3D应用举例
DEFORM-3D典型应用于：锻造、机加工、轧制、挤压、冷镦、拉深、开坯、压塑、镦锻。

DEFORM-3D软件的模块结构
DEFORM-3D提供了丰富、适应性强的分析设计环境，主要包括三大模块:
有限元模拟器
有限元模拟器是整个分析系统的核心，它以塑性有限元为理论基础，具有以下特点与功能:
⑴具有多种常见的和用户自定义流动应力方程形式，摩擦可采用库仑模型和剪切模型，热力学参数可为随温度变化的函数;
⑵模具的运动可由速度、力、滑块动能、机械能等多种形式控制;
⑶单元形式可为四边形、四面体和六面体单元，模拟准确性高;
⑷可以分析弹性、弹塑性、刚塑性、刚粘塑性金属材料等的塑性变形过程，提供了成形体的各种力学场;
⑸可进行非线性热传导过程分析;
⑹非等温、多分析对象的热一力祸合过程分析;
⑺可以分析多工步成形问题，实现物理常量的自动继承和转换;
⑻可进行模具的应力、弹性应变及其损伤分析。

前处理
DEFORM-3D的前处理包括数据准备和网格自动生成，具体功能为:
⑴可方便地对数据进行输入、检查和修改;
⑵模具几何边界的自动检测和修改;
⑶具有丰富的材料数据库，并可自建材料数据;
⑷全自动网格生成，自动实现成形过程的网格畸变检测、网格重划及新旧网格间的信息传递，以保证模拟成形过程的顺利进行。

后处理
DEFORM-3D的后处理具有强大的功能，可以满足用户的各种不同需要，包括:
⑴成形网格的动态仿真;
⑵速度、应力、应变、应变数率、温度场的等值线和等色面等的动态显示;
⑶自动产生模具载荷一行程曲线;
⑷成形材料多个质点各种场量的跟踪描述;
⑸模拟结果的自动输出和数据提取等。

起楔段轧件截面上的应变场特征
横截面上的应变分布
a b
c d
图4-1 楔横轧起楔段横截面上的应变场
楔横轧起楔段横截面上的应变分布，如图4-1所示。

能了解到轧件应变仅发生在与模具接触得局部，其他所有部位得应变均为零，即没有发生变形。

图4-1a为横截面上横向应变εx的分布在与模具接触下，局部由于模具得作用，在X 方
向发生延伸，出现拉伸应变，其拉伸应变εx最大应为+，可设一点P1为中心，离P1点越远，应变εx越小，并逐步下降到零。

由于模具的带动，延伸应变主要伸向出口，造成出
处。

其他所有部位得横向应口部位金属堆积，局部出现压缩变形，，如图4-1a所示的P
2
变εx均为零。

图4-1b为横截面上轴向应变εy为横截面上轴向应变εy的分布。

在与模具接触下，局部如图4-1b中P2处，由于模具的作用在Y方向产生延伸，出现拉伸应变，其拉伸应变值最大，为+，并以接触点P2位心，离P2点越远，应变εy越小，并逐步下降到零（P1处应变值为+），部分会出现负值。

图4-1c为横截面上纵向应变εz的分布。

在与模具接触下，局部如图4-1c中P1处，由于模具得作用，在Z方向发生压缩，出现压缩应变，。

以点P1为心，离A 点越远，应变εz越小，并逐步下降到零。

局部A处得压缩变形带动出口局部P2出产生拉伸变形，其最大值达到+。

其他所有部位得纵向应变εz均为零。

如图4-1所示，在横截面上，只有P1、P2两处局部区域发生较大的应变。

在P1部位为一向压缩变形（Z向），两向拉伸变形（X向与Y向）。

在P2部位为一向压缩变形（X 向）与两向拉伸变形（Y向与Z向）。

反映应变强度的等效应变ε，如图4-1d所示，在与模具接触点等效应变值最大，，并以接触点为心，离它越远，等效应变越小，并逐步下降为零。

a b
c d
图4-2 楔横轧起楔段纵截面上的应变场
楔横轧起楔段纵截面上的应变分布，如图4-2所示。

从图4-2可以看出，轧件应变仅发生在与模具接触下的局部，其他所有部位的应变均为零，即没有发生变形。

图4-2a为纵截面上横向应变εx的分布。

在与模具接触下，局部如图4-2a中P1点处，由于模具的作用金属在X方向产生延伸，出现拉伸应变，其拉伸应变值最大为+。

离P1点越远，应变εx越小，。

其他所有部位的横向应变εx均为零。

图4-2b为纵截面上轴向应变εy的分布。

在与模具接触下局部P1点处，由于模具的作用在Y方向产生压缩，出现压缩应变，。

它的变形使得靠近部位P2点产生拉伸变形，其压拉伸变最大值达到+。

图4-2c为纵截面上纵向应变εy的分布。

在与模具接触下，局部如图4-2b的P1点处，由于模具的作用在Z方向产生压缩，出现压缩应变，。

局部P1点处的压缩变形带动附近局部P2点处产生拉伸变形，其最大值达到+。

其它所有部位的纵向应变εy的分布均为零。

如图4-2所示，在纵截面上，只有两处局部区域发生较大的应变。

在P1处是一向拉伸变形（X向），两向压缩变形（Y向与Z向）。

在P2处产生一向压变形（X向），两向拉伸变形（Y向与Z向）。

反映应变强度的等效应变ε，如图4-2d所示，在与模具接触点的等效应变值最大，达到+，并以接触点为心，离它越远，等效应变越小，并逐步下降为零。