simufact环轧工艺仿真

Simufact.forming
环轧工艺仿真优化整体解决方案
西模发特信息科技（上海）有限公司
2013年9月15日
目录
一、环轧工艺仿真软件购买的必要性 (3)
二、环轧工艺仿真软件的组成部分和技术要求 (4)
2.1、环轧工艺仿真软件的主要组成部分 (4)
2.2、环轧工艺仿真软件的主要技术要求 (4)
三、Simufact环轧工艺设计仿真优化整体解决方案 (6)
3.1 德国SIMUFACT ENGINEERING公司介绍 (6)
3.2 Simufact.forming环轧工艺仿真软件介绍 (6)
3.3 simufact.froming软件工作原理 (11)
3.4 simufact.forming国内客户成功案例 (12)
3.5 simufact.forming软件推荐配置 (13)
3.6 simufact.forming硬件参考配置 (14)
3.7 simufact.forming其他功能介绍 (14)
3.8售后服务能力介绍 (15)
四、结论 (16)
一、环轧工艺仿真软件购买的必要性
环件轧制又称环件辗扩或扩孔，它是借助环件轧机和轧制孔型使环件产生连续局部塑性变形，进而实现壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺，它适用于生产各种形状尺寸的环形机械零件。

目前，用于轧制成形的环件材料主要有：碳素钢、合金工具钢、不锈钢、铝合金、铜合金、钛合金、钴合金等。

环件轧制工艺与传统的环件自由锻造工艺、环件模锻工艺、环件火焰切割工艺相比，具有较好的技术经济效果，具体表现在环件精度高、加工余量少、材料利用率高；环件内部质量好；设备吨位小、加工范围大；生产率高、生产成本低等。

有限元技术是一种常用的优化金属塑性加工工艺的方法，它可以动态观察、分析金属塑性加工过程中各种物理场量的演变规律，分析金属流动规律和缺陷产生的原因，从而优化出合理的加工工艺，这对于生产出高质量、高精度的环件产品具有重要意义。

传统的环轧工艺工装设计主要依据经验数据，工作量大、周期长、效率低、费用高、缺少科学性和预见性。

我们通过实际的物理实验，往往需要多次实验才能得到较为合理的工装设计和工艺参数，对人力和物力的消耗极为巨大。

随着计算机技术在仿真领域中的广泛应用，环轧过程的数值仿真技术也越来越显示出其优越性。

对环轧过程进行计算机模拟，可从以下几个方面显著地减少能耗节约资源：
（1）减少物理实验次数，节约能源及相关人力物力，提高工作效率
（2）减少因物理实验或工艺不当造成的材料和模具损耗
（3）减少工时
（4）优化工艺路线，减少工艺步骤
（5）缩短新产品研发时间，加快产品上市步伐
（6）降低废料率，减少资源耗费
（7）人力资源，
为了提高贵厂在环轧工艺设计优化方面的效率，缩短设计周期，减少成本，通过利用德国SIMFACT公司的专业的环轧工艺仿真模拟软件simufact.forming软件进行计算机仿真，使得环轧工装和工艺参数的设计由经验型向科学计算型转变，提高环轧工艺装备设计的科学性和精确性。

在现有生产工装不变的前提下，实现提高产品质量的目的。

二、环轧工艺仿真软件的组成部分和技术要求
2.1、环轧工艺仿真软件的主要组成部分
目前有限元工艺仿真软件主要由三部分组成，包括用户界面（GUI）、求解器及相关数据库，这三部分也直接决定了软件是否易用、求解是否稳定且精确及数据库是否全面，这三部分的主要功能如下：
1、用户界面（GUI）：用户操作界面，用户可使用软件界面进行镦粗、扩孔、冲
孔、立式/卧式环轧工艺仿真有限元模型的建立，包括相关边界条件定义、
几何模型导入、后处理结果查看等功能。

2、求解器（solver）：在整个软件中担负计算功能，负责对前处理建立好的有限
元模型进行计算并得出计算结果。

3、数据库：主要为材料数据库，设备数据库及边界条件等数据库。

2.2、环轧工艺仿真软件的主要技术要求
对于环轧工艺仿真，要求软件能实现以下功能，从而帮助我们提高效率、节约材料、优化人力物力配置，提高产品精度、优化工艺：
1、软件应采用windows风格界面，易学易操作，软件应包括前处理模块、求
解器模块和结果显示模块。

2、软件应包含常用的钢材及有色金属等热处理模拟所需参数的材料库，并可以
进行自定义材料库的扩充。

且软件可以考虑材料不同相成分的不同属性，
使模拟结果更加精确。

具有和材料分析软件JMatPro的接口，可将JMatPro
的材料数据导入进行模拟分析。

3、软件应能够与焊接、热处理、锻造、铸造仿真软件友好结合，方便进行一体
化工艺模拟，也可以和其它有限元软件进行数据交换。

4、具有立式/卧式环轧、锻造等仿真模块，便于用户完成镦粗、扩孔、冲孔、
锻造及环轧材料加工工艺的材料非线性和接触边界非线性仿真分析，为
工艺参数的制定和工装的设计提供相+应指导。

预知加工结果（成形后的
形状、材料的流动情况、预测相关缺陷）、优化成形工艺、预测加工过程
中的组织转变、预测设备所受载荷。

5、具有专业的环轧仿真模块，能够实现卧式和立式环轧的模拟分析。

立式环轧
中能对信号辊、抱辊、芯辊和主动辊进行详细设定，因而考虑它们对整
个环轧工艺的影响，且主动辊转速能根据环件的直径而自动根据设定值
进行变化。

卧式环轧能对两个抱辊、芯辊、主动辊和两个端面轧辊进行
详细设定，因而考虑它们对整个环轧工艺的影响。

且具有专门针对环形
零件的六面体网格划分及重划分工具。

6、软件可以进行四面体网格、六面体网格的划分和重划分。

具有筒形回转体六
面体网格自动划分专用工具。

7、对于卧式环轧，端面轧辊的后退运动，软件可以自动进行调整，无需用户自
己定义。

8、对于立式环轧，能够考虑测量辊，并且以直径为变量定义其它辊的运动。

9、对于立式环轧，软件应能设定主动辊的进给速度随半径变化。

当达到具体半
径时，软件自动转换用户设定的速度进行计算。

10、软件应能很方便的定义被动旋转边界条件。

如轧辊的局部坐标系定义。

11、软件应能方便的定义芯棒的主动旋转。

12、软件应预先为用户定义好相关参数设置，用户只需进行简单设定便可进行环
轧仿真。

13、软件应具有简便的仿真建模功能，通过改变输入数据方便获得最佳的仿真结
果，如：设备吨位、应变、温度、厚度等。

14、软件的模拟过程均考虑热传导，包括工件与空气、工件与旋轮、工件与芯轴、
旋轮与空气、芯轴与空气间的热传导。

15、软件对于非线性问题（几何、材料等）计算，应具有良好的收敛性，并能由
用户来进行运算模型和时间步长的调整。

16、软件应能考虑环轧过程中的大应变、大变形等非线性行为。

17、软件可以采用CCT及TTT曲线对热处理工艺中的相变过程进行仿真，从而预
测工件的组织性能。

18、软件求解器应包含：直线迭代法求解器、稀疏矩阵求解器、混合迭代求解器、
多波前法直接迭代求解器、共轭梯度迭代求解器、并行直接稀疏矩阵求
解器等多种求解器。

19、软件应具有强大的后处理显示功能，并能满足如下要求：
可以分不同时间段在不同节点、单元、高斯节点上显示不同的计算结果，
并能将模拟结果以图片和动画方式保存。

可以制作任意结点处的各种结
果曲线，并能将数据导出为excel格式进行处理。

可以显示残余应力、各向分应力、切应力、各向变形、总变形及温度场
结果。

20、软件应支持WINDOWS 2000/XP/2007等主流操作系统
21、软件可以运用Fortran等语言进行软件的二次开发。

三、Simufact环轧工艺设计仿真优化整体解决方案
3.1 德国SIMUFACT ENGINEERING公司介绍
SIMUFACT ENGINEERING公司是世界知名的CAE软件及咨询服务公司，成立于1995 年，总部位于德国汉堡。

核心业务是金属成形、焊接及热处理工艺仿真软件的开发、维护及相关技术咨询服务。

公司不断汲取该领域最新的分析理论和仿真技术，引领全球金属成形工艺模拟技术的最新发展方向。

SIMUFACT公司一直以来就是美国MSC.Software公司的商业合作伙伴，为其金属成形工艺模拟软件提供源程序并进行开发。

2005年收购MSC.Software的MSC.Maufacturing （即以前的MSC.Superform和MSC.Superforge）软件，并在此基础上经高度整合研发出Simufact.forming软件，产品性能极大提升，使得高度复杂的金属成形工艺仿真成为现实，标志制造业模拟仿真新时代的来临。

SIMUFACT公司在全球各地拥有分公司以及办事处。

SIMUFACT在中国的唯一总代理，西模发特信息科技（上海）有限公司，拥有独立的技术支持和售后服务能力，其专业的CAE技术人员和SIMUFACT全球技术研发和技术支持人员共同为国内外客户提供优秀的技术支持服务。

3.2 Simufact.forming环轧工艺仿真软件介绍
Simufact.forming是由德国Simufact公司和美国MSC.Software 公司达成协议，基
于MSC.Superform 和MSC.SuperForge 的基础上开发的独立软件。

Simufact.forming 主要用于锻造及热处理，其主要的功能包括：
● 镦粗
能够对环轧制坯过程中的镦粗过程进行仿真。

可以进行2D/3D模拟，且2D仿真结果可以转换为3D结果，供下一步扩孔仿真模型使用。

● 扩孔、冲孔
能够对环轧制坯过程中的扩孔及冲孔过程进行仿真。

● 立式环轧
能够对立式环轧进行仿真，集成立式环轧机设备，用户只需输入设备参数和工艺参数，即可对立式进行精确仿真。

软件结合实际设备进行开发，可以考虑主轧辊速度随着零件直径变化而变化。

抱辊运行轨迹用户只需定义抱辊转动中心坐标及转动半径，程序随着换件长大自动控制。

卧式环轧
能够进行卧式工艺仿真。

Simufact.forming集成卧式环轧设备，根据实际设备进行开发，可以考虑所有自由度，对实际工艺进行精确仿真。

抱辊用户设定简单参数后，在计算过程中由程序自动控制，抱辊运动轨迹与实际运行轨迹吻合度极高。

端面轧辊也可以随着环件的长大自动后退。

锻造仿真
simufact软件也可以对模锻、挤压、钣金冲压、自由锻、焊接工艺进行仿真，可以方便的进行工艺链模拟。

● 正火、退火、回火、淬火静态热处理仿真
可对常见的静态热处理工艺进行仿真分析，集成常用冷却介质。

用户可任意自定义热处理工艺路线。

● 动态热处理
可对动态热处理，如动态感应加热、感应淬火进行模拟分析。

● 热处理工艺路线优化
可对热处理工艺路线进行优化计算。

● 环轧工艺参数优化
工艺参数优化。

● 工装优化
可对实际工装进行优化。

● 温度场分析
热力耦合计算，温度场预测分析。

● 应力应变分析
工件加工时不同部位应力应变分析。

● 设备吨位分析
设备吨位及模具各向受力分析。

● 相变分析
可对热加工及热处理过程中的相转变进行分析。

● 硬度分析
可对热加工及热处理完成后工件硬度进行分析。

3.3 simufact.froming 软件工作原理
通过CAD 软件建立几何模型，然后导入simufact 软件中。

设置好相关参数如：工艺参数（转速、压下速度、压下量、摩擦等）、材料性能参数（材料数据库中选择/手动添加新材料）、其它计算控制参数等。

然后提交给计算机进行计算。

计算完成后，通过后处理分析计算结果。

能否正确成形。

如果不能，我们需要返回重新设计工艺参数，然后进行计算分析。

通过在计算机上进行多次仿真，便相当于做了多次的物理实验，结合实际工程经验。

我们便可以很快得出合理的工装设计和工艺参数匹配。

修改工艺参数，重新分析 修改工装设计，重新计算 几何建模 相关参数设置 计算 结果分析
3.4 simufact.forming国内客户成功案例
温度分布云图
应变分布云图
“通过以上分析发现simufact.forming环轧模拟计算结果和实际生产呈现的结果基本一致，提出的优化建议较为合理。

”——某重型厂工艺部门工程师
3.5 simufact.forming软件推荐配置
环轧仿真软件需要解决的主要问题如下：
（a）对环轧制坯、立式及卧式环轧、锻前锻后热处理等工艺进行模拟
（b）分析各项工艺参数对产品质量影响，探寻合理工艺参数
（c）产品加工可行性验证前期指导
由于环轧均为热加工过程，均涉及到应力应变和相变场分析计算，因此采用六面体实体单元进行仿真模拟的效果最好。

同时由于材料的非线性、接触边界的非线性及热边界条件的非线性等采用simufact.forming solver非线性求解器进行计算，能够得到最接近实际的结果，从而支撑实际生产和新产品研发的相关研究工作。

我们推荐的simufact.forming模块介绍如下：
(1) Simufact.forming Solver(2D+3D)：simufact.forming 2D和3D求解器，基于sfMARC 的有限元求解器和基于sfDytran的有限体积求解器。

包括自动的标准2D和3D网格划分。

多线程并行计算也包括其中，能够对自由锻（如镦粗、扩孔、冲孔等）、模锻、挤压等材料加工工艺仿真进行求解计算。

在软件中负责对建立好的CAE模型进行计算。

(2) Simufact. forming GUI (windows)：极易使用的windows前后处理界面，同时支持有限元法和有限体积法包括交互式的2D和3D网格划分。

通用的CAD文件导入，如：STL、bdf、dat等格式文件。

在软件中负责有限元模型的建立，包括：参数设定、材料
定义、边界条件定义等。

(3) Simufact.forming Ring Rolling：专业环轧仿真模块，集成立式或卧式环轧设备。

以上模块能实现的功能：
(1) 优化工装设计
(2)优化工艺参数
(3) 其它工艺仿真优化分析如：模锻、挤压、弯曲等塑性成形工艺分析。

3.6 simufact.forming硬件参考配置
综合考虑性能，价格因素，以下类似的系统可作为软件的硬件运行环境：
HP Z800（Xeon X5650*2/32GB/4000GB）
CPU主频：2.66GHz
CPU型号：Xeon X5650
CPU数量：2颗
主板芯片组：2个Intel 5520
内存大小：8GB
最大内存容量：192GB
硬盘容量：2TB .
光驱类型：DVD
显卡芯片：nVIDIA Quadro
以上为HP Z800工作站标准配置，标准配置为2个6核CPU，由于环轧及热处理仿真为非线性很强的有限元分析，会占用较大内存，提高电脑内存，有助于提高计算效率，因此建议将内存增加到32GB。

同时，有限元分析会产生大量后处理数据，建议将硬盘增加至4TB。

3.7 simufact.forming其他功能介绍
simufact.forming软件除了在环轧及热处理仿真方面的功能以外，在其他材料加工工艺领域也具有着优秀的性能，主要包括：
金属材料加工工艺仿真
辊锻、楔横轧、孔型斜轧、板材轧制、旋压、挤压、自由锻、锤锻、多向模锻、钣金成形、弯管等工艺均可在Simufact软件上进行仿真
● 模具应力仿真
过盈配合模具热压分析、耦合/非耦合模具应力分析、自动计算模具变形、模具变形分析、预应力模具分析
● 材料和其它数据库
Simufact提供极其丰富的材料库及材料模型，主要的材料模型有：线弹性材料模型、非线性弹性材料模型、理想塑形、弹塑性、超塑性、粘塑性、刚塑性等材料模型。

材料数据库中涵盖：钢铁、铝合金、高温合金、钛合金等常用材料超过600种。

Simufact还提供摩擦和设备数据库，极大的方便了用户的建模仿真工作。

使用simufact软件可以是设计和工艺工程师在产品研发的阶段对工装和工艺参数进行仿真分析，缩短研发周期，提升产品质量及核心竞争力。

3.8售后服务能力介绍
本地化的培训与技术支持，西模发特信息科技（上海）有限公司配备专职技术支持工程师，进行产品的售前售后咨询与培训(使用语言中文)。

技术支持的目的是为用户提供关于本产品的相关技术支持与服务，以便用户在使用授权产品解决工业实际问题时发挥最佳功效。

西模发特信息科技（上海）有限公司提供如下几种方式的技术支持:
远程支持：
第一步：通过电子邮件、电话热线和网络远程提供疑难解答;
第二步：利用电子邮件、FTP传输、磁盘、网盘等交换电子文件，提供解答。

回复时间：承诺在3个工作日内针对用户的问题提供与软件相关的计算机模拟解决计划或解决方案。

现场支持：
现场支持所包括的内容有：在以上二种远程支持方法都不足以解决贵公司的问题时，双方可商量由西模发特信息科技派遣专业工程师赴贵公司现场进行技术支持。

更进一步的技术支持：
更进一步的技术支持包括高级技术培训，版本升级培训，客户界面等。

由贵公司提出并由双方对派遣人员收费、开销等参照本协议的相关条款进行讨论同意后个别实施。

对于一般问题，将在一个工作日内负责答复；如果不能在24小时内处理解决的，将在24小时内给出最终处理期限。

对于复杂的问题处理，依托中国本地公司/技术研发中心及国外技术队伍，给出最终的处理方案。

提供技术支持的主要方式有：
22、远程支持；
23、现场支持；
24、更进一步高级技术培训，版本升级培训。

免费的软件升级维护服务
对新购买License的用户提供12个月内免费升级。

在合同签字后，最终用户能获得自
验收合格之日起12个月的产品维护、升级服务，无需支付任何费用。

详尽的培训计划
西模发特信息科技为用户提供详尽的培训计划。

根据用户的实际现状，为用户量身制定详细地培训计划，具体培训内容由用户提出构想，经过双方协商沟通后进行制定。

四、结论
通过以上分析发现，德国SIMUFACT公司的环轧及热处理仿真模拟软件具有以下优势：
1、软件操作界面：simufact.forming软件采用windows风格界面，界面简洁，操作简单。

能够满足我厂技术人员的使用要求。

2、软件材料数据库：simufact.forming软件不仅具有丰富的钢、铁以及有色金属合金的材料数据库，还可以自己定义扩展材料数据库，并且与著名的材料数据计算软件JMatPro 有数据接口，完全能够满足我厂材料数据要求。

3、环轧工艺仿真：集成所有环轧工艺设备，环轧仿真建模简便快捷，且设备符合实际工况，仿真结果具有较高可靠性。

4、软件求解器：simufact.forming求解器基于世界著名的非线性求解器MARC开发，包含直线迭代法求解器、稀疏矩阵求解器、混合迭代求解器、多波前法直接迭代求解器、共轭梯度迭代求解器、并行直接稀疏矩阵求解器等多种求解。

保证了求解的精度。

5、兼容扩展性：simfuact.forming软件功能强大，不仅可以实现环轧及热处理工艺仿真的模拟，而且还可以扩展实现锻造、挤压、轧制、折弯、冲压、旋压等工艺的仿真。

Simufact.froming软件可以使用Fortran语言进行二次开发。

并且simufact.forming软件与其他铸造软件和焊接软件拥有数据接口，从而方便地进行材料加工一体化仿真。

6、国内成功案例：simufact.forming软件的环轧及热处理求解功能已经在国内如河南理工大学、中国二重、太原重工等客户得到了有效地验证，得到客户的一致好评。

进一步保证了软件在环轧工艺仿真方面的功能可靠性。

7、软件供应商：simfuact.forming软件是由世界著名的材料加工工艺仿真解决方案供应商--德国SIMUFACT公司开发，德国SIMUFACT公司成立于1995年，多年来一直专致于材料加工工艺仿真模拟的研究。

SIMUFACT公司拥有强大的技术开发及技术支持能力，并且全球各地拥有分公司和办事处。

SIMUFACT公司在全球拥有众多成功用户。

8、中国唯一总代理：西模发特信息科技（上海）有限公司由CAE行业资深专家李光杰
先生和德国SIMUFACT公司合作于2012年12月创立，专注于工艺仿真软件的推广和技术支持。

西模发特具有软件销售及坚强的技术支持能力，保证了SIMUFACT软件的技术支持和售后服务。

综上所述，通过对软件的易用性，求解器稳定性与精确性、相关数据库、国内成功案例以及供应商情况的介绍，Simufact.Forming软件具有简洁的操作界面，采用改进的MARC 求解器，计算过程稳定、求解结果精确，同时具备开放性的数据库。

因此，推荐贵厂采用Simufact.Forming软件作为环轧及热处理工艺仿真软件。