第1章塑性成形CAE技术讲解
一 模具CAE技术概论
模具CAE基础
模具CAE技术概论
模具CAE基础
模具CAE技术概论
模具CAE基础
模具CAE技术概论
四、冲压成形有限元模拟软件简介
•
•
金属塑性成形一般可分为体积成形和板料成形 两大类。
在板料成形模拟方面，国际上主要有美国的 DYNAFORM、德国的AUTOFORM、法国的PAM系 列软件； 在体积成形方面，有美国的DEFORM、 MSC.SUPERFORGE，法国的FORGE3等。
模具 CAD/CAE/CAM 技术借助于计算机对产品性能 、 模具结构 、 成形工艺 、 数控加工及生产管理进行设计和 优化 。 能显著缩短模具设计与制造周期 , 降低生产成本和 提高产品质量 。
模具CAE基础
模具CAE技术概论 CAE所涉及的内容非常丰富，泛指运用科学的方 法、以计算机软件的形式，为工程领域提供一种有效 的辅助工具，帮助工程技术人员对产品、加工工艺、 工模具、以及制造成本等进行反复的评估、修改和优 化，直到获得最佳的结果。 由于所开发CAE软件的种类、功能都较有限，系 列化与集成化都难以实现； CAE应用还远未达到所定义范围。
析、翘曲分析、收缩分析、结构应力分析、气体辅助注射成
型分析、注射工艺参数优化等。
模具CAE基础
模具CAE技术概论 MPI的主要技术特性和功能
• MPI/FLOW Base Modules——基本模块 • 模型及几何建模 —能够对各种复杂的产品曲面进行造型，并 能对模具冷流道、热流道及冷却管道方便的进行造型，并能 自动进行有限单元网格划分；
后处理则将计算结果以各种形式输出，以便于了解结构的 状态，对结构进行数值分析。
模具CAE技术概论
三、通用有限元软件简介
第1章塑性成形CAE技术分析
1.3.2DEFORM 的特点
• 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、机械压力机等。 • 表面压力边界条件处理功能适用于解决 胀形工艺模拟。 • 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。
1.3.1DEFORM的发展
• 20世纪70年代后期，位于美国加州伯克 利的加利福尼亚大学小林研究室在美国 军方的支持下开发出有限元软件ALPID （Analysis of Large Plastic Incremental Deformation）。 • 1990年在此基础上开发出DEFORM-2D软 件。该软件的开发者独立出来成立SFTC 公司（Scientific Forming Technologies Co.)
• 但是，这些研究和应用的领域以及分布 的行业和地区还很有限，现在还主要局 限于少数具有较强经济实力的大型企业、 部分大学和研究机构。
• 我国的计算机分析软件开发是一个薄弱 环节，严重地制约了CAE技术的发展。
金属塑性成形技术
• 金属塑性成形技术是现代制造业中 金属加工的重要方法之一，它是金属坯 料在模具的外力作用下发生塑性变形， 并被加工成棒材、板材、管材以及各种 机器零件、构建或日用器具等技术。
• 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。 • 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。
《塑性成形工艺基础》课件
模具的构成
模具由上模、下模和导向部件等组成，用于实现金属材料的塑性成形。
模具的工艺要求
模具设计需要考虑材料选择、温度控制、表面处理等多个方面的要求。
模具设计的方法
模具设计需要考虑产品形状、材料流动和成型工艺等因素，采用综合方法进行设计。
塑性成形加工工艺
塑性成形加工的流程 塑性成形加工的工艺参数与选择 塑性成形加工的质量控制
应用范围
塑性成形工艺广泛应用于汽车、航空航天、家电等领域，是现代工业的重要组成部分。
塑性变形的基本原理
1 金属的结构和性质
金属材料由多个晶格组 成，塑性变形是晶格滑 移和晶格形变的结果。
2 冷变形与热变形
冷变形在室温下进行， 热变形在高温下进行， 两者具有不同的变形特 点。
3 塑性变形的分类
塑性变形可分为压力加 工、拉伸加工、弯曲加 工和精密成型等多种类 型。
《塑性成形工艺基础》 PPT课件
本课程将介绍塑性成形工艺的基本原理、过程和模具设计，以及该工艺的发 展趋势。让我们一起探索这个令人着迷的领域！
背景介绍
塑性成形工艺的定义
塑性成形是通过施加压力，使金属材料在保持连续性的情况下发生塑性变形的一种制造工艺。
发展历程
塑性成形工艺自古已有，经历了手工操作、机械压力成形到现代数控技术的发展。
塑性成形的基本过程
1
拉伸加工
2
通过拉伸使金属材料变薄或变长，常
见的工艺有拉延、拉具的精细控制实现复杂零件的 成形，如注塑、挤压等。
压力加工
通过施加压力使金属在模具中变形， 包括冲压、锻造等工艺。
弯曲加工
通过施加力使金属材料弯曲或折弯， 常见的工艺有折弯、卷弯等。
塑性成形模具设计
塑性成形中的CAE应用
塑性成形中的CAE应用——CAE 在汽车冲压件生产工艺中的优化应用摘要:汽车冲压件在设计过程中采用快速冲压可行性分析,结合有限元软件和CAD 软件的造型功能,通过合理地分析、排样, 达到节省材料、降低生产成本的目的, 采用一步成形法有限元技术与增量有限元技术相结合的方法,分析设计出合理的工艺方案,并在生产实际中得到有效应用。
关键词:排样;冲压可行性;生成成本;CAE 技术汽车是国民经济和现代生活中不可缺少的一种交通工具,汽车工业是一个国家工业化水平的代表性产业,它的兴衰成败又决定和影响着一大批工业产业的发展。
以CAD和CAE为代表的计算机技术的出现使汽车的设计过程和设计理念也有了革命性的变化。
钣金冲压件在卡车中总重量超过1/ 2 ,在轿车中达到3/ 4。
随着经济全球化和一体化的不断发展, 汽车制造企业之间的竞争日趋激烈, 汽车冲压件更新换代的步伐不断加快。
汽车冲压件设计制造中焦点问题是如何在保证质量的前提下达到成本最低; 同时进一步缩短冲压件的开发周期,也是汽车冲压件成为竞争取胜的决定因素。
随着计算机技术的不断发展, CAE(计算机辅助工程) 技术目前已经在各大汽车模具厂广泛用于产品模拟分析、冲压件成形过程分析。
通过提前对产品可能出现的成形缺陷进行研究, 预示汽车冲压件成形的可行性。
通过计算机数值模拟技术, 达到在设计阶段对冲压件质量进行预测, 控制成本, 提高产品工艺设计的合理性, 减少因为设计的错误而造成返修。
应用于汽车冲压件分析的主流软件是增量求解软件, 由于增量求解软件在前处理阶段花费大量的时间,计算速度相对较长,它非常适合冲压工艺最后验证阶段使用。
一步成形技术可以在冲压件设计和早期工艺设计阶段发挥设置简单、求解速度快的优势,如果把一步成形法和增量求解法相结合,就能达到兼顾精度、提高效率的目的,目前这类方法在汽车工业界被广泛地采用。
2 降低成本措施及可行性分析2. 1 降低成本降低汽车冲压件生产制造成本包括降低材料成本、生产成本、人力成本等, 其中降低生产成本和降低人力成本的空间已经很小, 现在对于材料成本的控制显得更为迫切。
塑性成型中CAE的应用
塑性成型中CAE的应用CAE在塑料模具设计中的应用10709010432 易湘CAE ( Computer Aided Execution)(31即计算机辅助工程技术，它出现是计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM )技术向纵深方向发展要求。
一般M为它是一个包含数值计算技术、数据库、计算机图形学、工程分析与仿真等内一个综合性软件系统，其核心技术是工程问题模型化和数值实现方法。
就塑料模具计算机辅助工程技术而言，它主利用高分子流变学、传热学、数值计算方法和计算机图形学等基本理论，对塑料成型过程进行数值模拟，模具制造之前就可以形象、直观计算机屏幕上模拟实际成型过程，预测模具设计和成型条件对产品影响，发现可能出现缺陷，为判断模具设计和成型条件是否合理提供科学依据。
计算机技术快速发展，对各种塑料成型过程模拟成为塑料加工业研究热点。
下面介绍一下CAE技术注射成型和气体辅助注射成型。
（一）注射成型注射模CAE中，可作充模流动、保压、冷却及翘曲变形等分析。
充模流动分析主要可以作以下工作:优化浇注系统，包括平衡流动基础上确定合理流道尺寸、分布及最佳浇口数量、位置和形状;优化注射工艺参数、流动前沿分析;熔接线和气穴位置分析;压力场、温度场和速度场分析。
保压过程是指到满意制品，充模结束时仍需较高保压压力作用下向型腔内继续注料，以弥补温度、压力变化造成体积收缩。
保压过程实质是补料，主要用于预测熔体型腔补料与压实过程压力场、温度场，计算体积收缩和型腔剪切应力及密度变化情况。
冷却过程中熔融塑料发生固化，固化过程中放出热量模具由冷却介质带走。
该过程中模具型腔温度高低及均匀性直接影响到注塑件生产效率和质量。
苌主要设计参数包括:冷却，管道尺寸、位置及各冷tp管道连接关系等几何参数和冷却介质流量、进口温度等物理参数。
一个好冷却系统应该使模具达到快速、均衡冷却，以减少冷却时间，提高成型效率，并减少或避免塑件翘曲变形、残余应力及表面质量缺陷等，提高产品质量。
机械制造基础塑性成形
回复温度较低，对于纯金属，可用下式计算：
T回 0.2 0.3T熔
式中 T回 ----金属的绝对回复温度；
T熔 ----金属的绝对熔化温度；
回复作用不改变晶粒的形状及晶粒变形时所构成的方 向性，也不能使晶粒内部的破坏现象及晶界间物质的破坏 现象得到恢复，只是逐渐消除晶格的扭曲程度。故回复作 用可以降低内应力，但力学性能变化不大，强度稍降低， 塑性稍提高。如图3-9b所示。
3）具有较高的劳动生产率。
4）适应性广。
缺点： 1）锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻造； 2）锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工； 3）需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长； 4）生产现场劳动条件较差。
常用塑性成形加工方法有：1）自由锻造；2）模型锻 造；3）挤压；4）拉拔；5）轧锻；6）板料冲压。如图 3-1所示。
2）金属的组织状态：组织结构不同，锻造性能不同； 单一固溶体组成的合金，塑性好，锻造性能好；铸态柱 状组织和粗晶结构不如细小均匀的晶粒结构；金属内部 有缺陷也不一样。
2.金属的变形条件
1）变形温度：温度升高，塑性上升，降低变形抗力，易于 锻造；但温度过高也会产生相应的缺陷，如氧化，脱碳、 过热和过烧等。故要严格控制锻造温度范围。
多晶体的晶内变形方式和单晶体一样，也是滑移和双 晶，但各个晶粒所处的塑性变形条件不同，即晶粒内晶格 排列的方向性决定了其变形的难易，与外力成45度的滑移 面最易变形。因为其产生的切应力最大。如图3-7反映了 晶粒位向与受力变形的关系。
同时在多晶体的晶界处，由于相邻晶粒间的位向差别， 产生晶格的畸变，并有杂质的存在，以及晶粒间犬牙交错 状态，对多晶体的变形造成很大障碍。低温时，晶界强度 高于晶粒内部强度，变形抗力大不易变形；高温时，晶界 强度降低，晶粒易于相互移动。所以多晶体由于存在晶界 和各晶粒的位向差别，其变形抗力要远高于同种金属的单 晶体。
材料成型及控制工程专业(塑性成形与模具技术方向)课程介绍
性成形CAE、模具制造与CAM等课程。通过实验，加深学生对塑性成
形理论、塑性成形工艺、数值模拟技术、模具CAD/CAM技术的理解， 培养学生的计算机应用能力、实践动手能力和创新能力，提高学生的综
艺的特点；通过学习掌握超塑性成形、粉末锻造、液态模锻、摆动辗压 的典型特种体积成型工艺;通过学习掌握旋压成形、爆炸成形、液压涨形、
充液拉深摆动辗压的典型特种体积成型工艺。
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塑性成形与模具技术研究所
课程简介
快速成形与快速模具
快速原型技术为近年来出现并迅速发展起来的先进制造技术，因其
在新产品开发中的显著的经济效益和时间效益而得到高度重视，成为目
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塑性成形与模具技术研究所
课程设置
课程设置分为专业和专业方向两个层次
专业课 材料成型基础 材料成型技术 ADVANCE METARIAL FORMING 材料成型检测试技术 材料成型计算机基础 材料成形计算机应用软件
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专业方向课 模具设计与CAD 塑性成形CAE 模具制造与CAM 特种塑性成形 快速成型与快速模具
本课程主要介绍如何采用AutoCAD绘制出符合工程设计要求的二维
图形，采用UG绘制并编辑曲线、草图，进行特征、曲面设计及三维实 体造型，并绘制工程图纸，实现零部件之间的装配。介绍如何采用
ANSYS软解建立结构分析的几何模型、数值分析模型，并根据实际问题
进行线性或非线性分析求解，最后对求解的结果进行后处理。
塑性成形与模具技术研究所122专业发展历史1956年成立金属压力加工专业后改为金属塑性加工锻压工艺及设备塑性成形工艺及设备1978年开始招收硕士研究生1986年获硕士学位授予权1995年获博士学位授予权1995年被评为山东省重点学科1996年开始招收博士研究生1998年整合为材料成型及控制工程专业2000年被确定为山东省重点强化建设学科2008年被确定为国家级特色专业建设点塑性成形与模具技术研究所222课程设置课程设置分为专业和专业方向两个层次专业课专业方向课材料成型基础模具设计与cad材料成型技术塑性成形caeadvancemetarialforming模具制造与cam材料成型检测试技术特种塑性成形材料成型计算机基础快速成型与快速模具材料成形计算机应用软件塑性成形与模具技术研究所322课程设置实践环节专业实验第六学期50学时专业课程上机第六七学期90学时生产实习第七学期3周专业综合实验第七学期1周创新和任选实验第七学期1周专业课程设计第七学期2周毕业设计第七八学期17周塑性成形与模具技术研究所422课程简介材料成型基础阐明液态成型塑性成型和熔焊成型等成型技术的内在基本规律和物体本质揭示材料成型过程中影响产品性能的因素及缺陷形成的机理
塑性成形CAE教学大纲-山东大学课程中心
塑性成形CAE教学大纲-山东大学课程中心《塑性成形CAE》教学大纲一、本课程的性质和任务《塑性成形CAE》是材料成型及控制工程专业模具方向的主干课程之一，其任务是根据已有的专业基础知识，掌握如何应用常用的有限元仿真软件解决实际工程问题。
主要介绍材料塑性成形数值模拟过程中应用非常广泛的两种有限元模拟分析软件：用于板料成形分析的Dynaform软件和用于体积成型分析的Deform软件。
本课程重点以工程实际问题为例，详细讲解用塑性成形分析软件解决问题的过程，掌握用板料成形软件DYNAFORM和体积成形软件DEFORM的模型建立、网格划分、前处理、计算求解及后处理分析等过程，特别是根据后处理分析结果，预测塑性成形过程中裂纹、起皱、减薄失稳等缺陷，进而指导实际的生产过程。
通过对本课程的由浅入深的应用实例的完整介绍和学习，使学生初步掌握应用CAE分析软件解决工程实际问题的技能，为今后的工作打下良好的基础，以满足用人单位对板料成形CAE分析人才的迫切需求。
二、本课程的基本教学要求(1) 掌握塑性成形CAE基本概念，有限元法的基本概念，有限元法分析的基本过程。
(2) 掌握体积成形模拟软件DEFORM和板料成形模拟软件DYNAFORM的操作和使用，能使用上述软件分析各种塑性成形过程的金属流动以及应变、应力、温度等物理场的分布，提供材料流动、模具充填、成形载荷、模具应力、缺陷形成等信息；提供模具仿真及其他相关的工艺参数分析数据。
三、课程内容与学时分配（24学时）第一部分塑性成形CAE基础知识总共2学时第一章绪论1.1 课程简介1.2 塑性成形CAE特点1.3 课程任务要求第二章有限元基础知识2.1 有限元方法概括2.2 有限元分析的步骤2.3 有限元网格划分2.4 有限元法分析的实例第二部分板料成形软件DYNAFORM 总共11学时第三章初识ETA/DYNAFORM 1学时3.1 系统结构概述3.2模型的建立3.3 DYNAFORM分析过程的流程第四章S梁的成形过程分析实例 5学时4.1 数据库操作4.2 网格划分4.3 定义压边圈4.4 快速设置4.5 分析参数设置与求解计算4.6 后处理分析4.7 分析报告手册自动设置分析实例-双动拉延成形 2学时第五章圆筒形制件的拉深成形过程分析3学时5.1 圆筒形制件的工艺分析5.2 创建三维模型5.3 数据库操作5.4 网格划分5.5 传统设置5.6 设置分析参数及求解计算5.7 后置处理第三部分体积成形过程模拟软件DEFORM 总共11学时第六章DEFORM6.1软件及功能介绍 1学时6.1 DEFORM软件简介6.2 DEFORM6.1的主界面6.3 DEFORM-3D软件的模块结构6.4 DEFORM-3D操作流程概述第七章方砖墩粗成形过程分析4学时7.1 DEFORM模拟的前处理设置7.2 启动求解器进行模拟运算7.3 方砖墩粗后处理结果分析第八章方环墩粗模拟分析2学时8.1 创建新项目8.2 创建新对象8.3 设定对称边界条件8.4 对象间关系的设定8.5 模拟控制信息设定和生成数据库8.6方环墩粗后处理第九章道钉成形模拟分析4学时9.1 工件与外界的热传导模拟9.2 工件与下模热传递模拟9.3 第一锻造过程9.4 锻造第二过程四、教材主讲教材：《塑性成形CAE》，张存生编，山东大学讲义, 2013年。
注塑成型CAD_CAE技术概述
《装备制造技术》2008年第12期随着科技的进步，计算机水平的日益发展，CAD/CAE/CAM 技术在现代模具设计生产中被广泛的应用。
使用计算机辅助技术不仅能够提高一次试模成功率，而且可以使模具设计和制造在质量、性能及成本上都有很大程度的提升。
图1给出了使用CAD/CAE 技术进行模具设计和制造的基本过程。
1注塑成型CAD/CAE 的内涵1.1计算机辅助设计（CAD ）计算机辅助设计系统由硬件和软件组成。
其中硬件主要就是指计算机系统，包括主计算机、工作站、终端和输出设备等。
软件包括系统程序、专业应用程序和各种辅助程序。
计算机辅助设计的过程主要包括以下两个环节：在样品或图纸基础上利用CAD 软件进行三维造型；在真实感效果评价满意的基础上进行模具CAD 设计。
1.2计算机辅助工程分析（CAE ）CAE 技术是一门以CAD/CAM 技术水平的提高为发展动力，以高性能计算机和图形显示设备为发展条件，以计算力学中的边界元、有限元、结构优化设计及模态分析等方法理论为基础的一项较新的技术。
注塑成型过程中，塑料在型腔中的流动和成型，与材料的性能、制品的形状尺寸、成型温度、成型速度、成型压力、成型时间、型腔表面情况和模具设计等一系列因素有关。
因此，对于新产品的试制或是一些形状复杂、质量和精度要求较高的产品，即使是具有丰富经验的工艺和模具设计人员，也很难保证一次成功地设计出合格的模具。
所以，在模具基本设计完成之后，可以通过注塑成型分析，发现设计中存在的缺陷，从而保证模具设计的合理性，提高模具的一次试模成功率，降低企业生产成本。
注塑成型CAE 分析的内容和结果为模具设计和制造提供可靠、优化的参考数据。
1.3注塑成型CAD/CAE 的特点随着CAD/CAE/CAM 技术在模具行业的广泛应用，传统的模具设计、制造方法必将被取代，其强大的优势主要表现在以下几个方面。
（1）缩短模具制作周期。
CAD 系统内容丰富并且功能强大，在CAD 数据库中存有大量模具标准件信息，并且专业的CAD 系统还可以提供模具设计的专家辅助系统，其中包含各类经验设计参数和常用设计方法可以减少设计人员因经验不足而不得不反复修模花去的时间，从而大大简化常规设计的过程。
机械制造基础-塑性成形
机械制造基础-塑性成形引言塑性成形是机械制造中常用的一种方法，通过对金属材料施加压力，使其发生塑性变形，从而得到所需的形状和尺寸。
塑性成形广泛应用于汽车制造、航空航天、建筑等领域。
本文将介绍塑性成形的基本原理、常见的塑性成形工艺以及其在实际生产中的应用。
塑性成形的基本原理塑性成形是通过施加力量使金属材料发生塑性变形的一种加工方法。
金属材料在受到外力作用下会发生原子间的位移和形变，从而改变其晶体结构和形状。
塑性成形的基本原理可以归结为以下几个方面：1.塑性变形特性：金属材料具有较高的延展性和塑性，可以在外力作用下进行塑性变形，而不断变形后回弹至初始形状。
这种特性使得金属材料适合进行塑性成形加工。
2.金属的流动性：金属材料具有较好的流动性，即在塑性变形过程中，金属材料可以顺应应力分布的变化，在不同部位形成不同的变形形状。
这种流动性使得金属材料能够通过塑性成形加工来实现复杂的形状和结构。
3.应力与应变的关系：金属材料在受到外力作用下，会引起其内部产生应力，从而引起形变。
应力与应变之间的关系可以通过应力-应变曲线来表示，该曲线可以描述金属材料在不同应力下的塑性变形特性。
常见的塑性成形工艺塑性成形工艺根据其加工原理和特点的不同，可以分为压力成形和非压力成形两大类。
压力成形是通过施加压力使金属材料发生塑性变形的一种成形方式。
常见的压力成形工艺包括冲压、压铸、锻造等。
1.冲压：冲压是通过将金属材料放置在冲压模具中，并施加较大的冲击力使金属材料在模具中发生塑性变形。
冲压工艺可以实现高质量的金属零件加工，并能够高效率地进行批量生产。
2.压铸：压铸是通过将熔化的金属材料注入到压铸模具中，并施加高压将金属材料填充至模具中的空腔中，然后冷却固化，最终得到所需的零件形状。
压铸工艺适用于制造复杂形状的零件，可以获得高度精密的产品。
3.锻造：锻造是通过施加压力使金属材料发生塑性变形的一种成形方式。
锻造工艺分为冷锻和热锻两种。
《塑性成型原理》课件
塑性变形过程
1
传递应力
材料在外力作用下，分子间开始进行运动
变形
2
并传递应力，从行改变材料的形态。
分子在传递应力的过程中发行应变，导致
塑性变形产行。
3
强度恢复
塑性变形结束后，材料开始回弹，进而 使应变减小，强度增加。
塑性成型的工艺与方法
挤压成型
通过挤出口产生的挤压力让高 温软化的材料变形成所需截面 形状。
吹塑成型
将加热的塑料片材放置在形状 符合需要的具有微小孔的模具 上，利用压缩空气把塑料片材 吹卡进去，达到成型的目的。
热成型
根据成型温度、压力或成型方 式不同，又可以分为真空吸塑 成型、热压成型、热拉伸成型 等。
塑性成型的应用领域
工业制造
塑性成型在工业制造领域的应用 十分广泛，如汽车、电器、玩具 等生产制造中都广泛使用。
塑性成型原理PPT课件
本PPT课件介绍了塑性成型的基本原理、分类、工艺、应用与优缺点，希望能 够帮助您深入了解这一领域。
塑性成型的定义让热塑性材料变形成所需形状的过程。
2 分类
根据加热方式，塑性成型可分为热成型和冷成型；根据材料的状态，塑性成型可分为固 态变形和热变形。
医疗器械
医疗器械需要塑性成型产生的材 料具有优良的耐腐蚀性，生物安 全性等特点。
塑料制品
如饮料瓶、打包盒、盆子、盘子 等的生产都需要塑性成型。
塑性成型工艺的优缺点
优点
生产效率高，成本低；制造出来的产品质量稳定，重复性好。
缺点
生产过程对环境污染大；材料无法回收利用，热变性能不稳定。
结论与总结
塑性成型是一种将热塑性材料通过加热或其他方式变形成所需形状的过程，其在生产制造、医疗器械、塑 料制品等领域都有广泛应用，但也存在污染、资源浪费等问题。因此在使用时需要注意环保措施和材料回 收。
《DEFORM-3D塑性成形CAE应用教程》第6章道钉成形分析
6.2.3定义毛坯的温度及材料
• （1）此时默认选中Workpiece，点击 按钮，物体类型（Object Type）采用默 认的塑性体（plastic）。
• （2）点击按钮
，在出现的对
话框中输入2000，如图6-6所示，点
击
，结束对话框。
6.2.4几何体导入
• （1）点击按钮
，然后选择
按钮，在弹出的读取文件窗口中找到
掌握塑性成形分 析对称面的设 置技术
掌握工序之间的 衔接技术
热交换面的设置， DB文件的打开 及编辑，热分 析结果的显示
对称面的添加、 删除及编辑
应变的保留、温 度的梯度及对 塑性的影响
导入案例
• 道钉就是这铁路等使用的螺钉，如图6-1 所示，其实也是一种舶来物，是从国外 传过来的一种先进的交通安全产品。道 钉的一种英文名字叫：Raised pavement marker 这是美式英语的一种叫法，原意 是突起路标，道钉的另一个英文名字是： road stud，这是英国英语或欧洲的一种叫 法，意思是路上的钉子，以形容其带钉 的形状。我们国家的国标中选用的道钉 英文单词是美国的Raised pavement marker。
，增加一个名为
Bottom Die的刚性物体，点击按钮导入
Spike_BottomDie.STL，导完的几何体如
图。
6.2.5划分坯料网格
6.2.6定义热边界条件
• 这是一个 1 / 4 对称体的一部分，所以在分析中，要通 过边界条件的定义体现出来，因为我们要分析热问题， 所以制定一热边界条件即可。这一步操作不许是对己 经划分网格的物体才能操作。选择 Workpiece ，点击 按钮 BCC ，弹出对话框，在 BCC Type 下选择 Thermal 类中的 Heat Exchange with Environment 在选择 右面的按钮 Define ，在弹出的窗口中，设置环境温度 为 70
金属塑性成形原理课件
△ 拉深 把板料毛坯成形制成各种空心零件。
△ 翻边 把板料半成品的边缘按曲线或圆弧成形成
竖立的边缘。
△ 胀形 在双向拉应力作用下实现的变形，可以成
形各种空间曲面形状。
△ 扩口 在空心毛坯或管状毛坯的某个部位上使其
直径扩大的变形方法。
△ 缩口 在空心毛坯或管状毛坯的某个部位上使其
△ 落料 用冲模沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是零
件。
△ 冲孔 用冲模沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是废
料。
△ 切断
用剪刀或冲模沿不封闭轮廓线切断，多用 于加工形状简单的平板零件。
△ 切边
将成形零件的边缘修切整齐或切成一定的 形状。
◇ 成形工序 成形工序是板料在不破裂的条件下产生塑
性变形，获得与模具形状一致的工件。包括弯 曲、拉深、翻边、胀形、扩口、缩口等。 △ 弯曲
3) 晶格类型的影响 面心立方金属塑性最好，如铝、铜和镍等； 体心立方次之，如钒、钨、钼等； 密排六方塑性最差，如镁、锌、钛等。
4) 铸造组织的影响 铸造组织由于具有粗大 的柱状晶粒和偏祈、夹杂、 气泡、疏松等缺陷，故使金 属塑性降低。右图是Cr-NiMo钢铸造状态和锻造状态 时的塑性差别。
Cr-Ni-Mo钢铸造组织和锻造 组织塑性的差别
塑 性a 指 标
b
d
e c
应变速率
□ 应变速率对塑性影响的结论
➢不同的应变速率大小影响不同； ➢化学成分越复杂或合金元素含量越高，率敏感性越
高； ➢对有脆性转变金属，视是否避开脆性区而定； ➢增大应变速率，降低摩擦系数；减少热量损失；提高
惯性流动效应； ➢非常高的应变速率大大提高金属的塑性
(5) 应力状态对金属塑性的影响
第1章塑性成形CAE技术讲解
• 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。
• 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。
• 在网格重划分时，DEFORM在同类软件 中体积损失最小。
1.3.2DEFORM 的特点
• EFORM-3D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。
我国CAE技术现状
• 随着我国科学技术现代化水平的提高， 计算机辅助工程技术也在我国蓬勃发展 起来。
• 近年来，我国的CAE技术研究开发和推 广应用在许多行业和领域已取得了一定 的成绩。
• 但从总体来看，研究和应用的水平还不 能说很高，某些方面与发达国家相比仍 存在不小的差距。
• 目前，一些大型通用有限元分析软件已 经引进我国，在汽车、航空、机械、材 料等许多行业得到了应用。
• 另一方面，计算机辅助分析使大量繁杂的工程 分析问题简单化，使复杂的过程层次化，节省 了大量的时间，避免了低水平重复的工作。
国外现状
• 目前，一些发达国家在这方面已达到了 较高的水平。
• 国际上不少先进的大型通用有限元计算 分析软件的开发已达到较成熟的阶段并 已商品化。
• 就CAE技术的工业化应用而言，西方发 达国家目前已经达到了实用化阶段。
• CAE技术的成功运用，缩短了模具和新产品的 开发周期，降低了生产成本，提高企业的市场 竞争能力。
锻件预成形后的坯料应力分布
塑性成形CAE技术
• 塑性成形CAE的特点是以工程和科学问题为 背景，建立计算模型并进行计算机仿真分析。
• 一方面，CAE技术的应用，使许多过去受条件 限制无法分析的复杂问题，通过计算机数值模 拟得到满意的解答；
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• 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。
• 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。
• 在网格重划分时，DEFORM在同类软件 中体积损失最小。
1.3.2DEFORM 的特点
• EFORM-3D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。
【综合习题】
• 一、思考题 • （1）列举常见塑性成型工艺成形原理及
特点。
• （2）列举常见塑性成形CAE软件及优缺 点。
• （3）列举金属板料成形与体积成形在变 形和研究上的区别。
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。
所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。
”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力；
• 我国的计算机分析软件开发是一个薄弱 环节，严重地制约了CAE技术的发展。
金属塑性成形技术
• 金属塑性成形技术是现代制造业中 金属加工的重要方法之一，它是金属坯 料在模具的外力作用下发生塑性变形， 并被加工成棒材、板材、管材以及各种 机器零件、构建或日用器具等技术。
• 金属塑性成形加工的作用如下： • (1）塑性成形可将金属坯料内的疏松和
通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣；
通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
• 另一方面，计算机辅助分析使大量繁杂的工程 分析问题简单化，使复杂的过程层次化，节省 了大量的时间，避免了低水平重复的工作。
国外现状
• 目前，一些发达国家在这方面已达到了 较高的水平。
• 国际上不少先进的大型通用有限元计算 分析软件的开发已达到较成熟的阶段并 已商品化。
• 就CAE技术的工业化应用而言，西方发 达国家目前已经达到了实用化阶段。
• 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。
1.3.2DEFORM 的特点
• 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、机械压力机等。
• 表面压力边界条件处理功能适用于解决 胀形工艺模拟。
第1章塑性成形CAE技术
北大出版社配套电子课件
【本章学习目标】
★ 了解塑性成形CAE技术及国内外现状；
★ 了解塑性成形技术的特点； ★ 了解DEFORM-3D软件的发展、特点及功 能。
【本章教学要点】
知识要点
能力要求
相关知识
塑性成形CAE技术 现状
塑性成形技术的特 点
DEFORM-3D软件
了解塑性成形 CAE技术及国内 外现状
• CAE技术的成功运用，缩短了模具和新产品的 开发周期，降低了生产成本，提高企业的市场 竞争能力。
锻件预成形后的坯料应力分布
塑性成形CAE技术
• 塑性成形CAE的特点是以工程和科学问题为 背景，建立计算模型并进行计算机仿真分析。
• 一方面，CAE技术的应用，使许多过去受条件 限制无法分析的复杂问题，通过计算机数值模 拟得到满意的解答；
• 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，可以划分细密的网格，从 而降低题目的运算规模，并显著提高计 算效率。
CAE技术及塑性 成形CAE的定义 、优点及常见技 术
了解塑性成形技 术的特点
各种类型的常见 塑性成形技术原 理及变形特点
了解DEFORM-3D 了解有限元法及
软件的发展、特 刚黏塑性有限元
点及功能
法
导入案例
• 随着计算科学的快速发展和有限元技术应用的 日益成熟，CAE技术模拟分析金属在塑性变形 过程中的流动规律在现实生产中得到愈来愈广 泛的应用。
• 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。
• 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。
• 我国已经拥有一批科技人员在从事CAE 技术的研究和应用，取得了不少研究成 果和应用经验，使我们在CAE技术方面 紧跟住现代科学技术的发展。
• 开发出CAXA等具有自己产权的CAE软 件。
• 但是，这些研究和应用的领域以及分布 的行业和地区还很有限，现在还主要局 限于少数具有较强经济实力的大型企业、 部分大学和研究机构。
1.3.3DEFORM功能
• 弹塑性材料模型适用于分析残余应力和回弹问 题。
• 烧结体材料模型适用于分析粉末冶金成形。
• 完整的成形设备模型可以分析液压成形、锤上 成形、螺旋压力成形和机械压力成形。
• 用户自定义子函数允许用户定义自己的材料模 型、压力模型、破裂准则和其他函数。
• 网格划线和质点跟踪可以分析材料内部的流动 信息及各种场量分布。
• 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。
1.3.2DEFORM 的特点
• 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。
我国CAE技术现状
• 随着我国科学技术现代化水平的提高， 计算机辅助工程技术也在我国蓬勃发展 起来。
• 近年来，我国的CAE技术研究开发和推 广应用在许多行业和领域已取得了一定 的成绩。
• 但从总体来看，研究和应用的水平还不 能说很高，某些方面与发达国家相比仍 存在不小的差距。
• 目前，一些大型通用有限元分析软件已 经引进我国，在汽车、航空、机械、材 料等许多行业得到了应用。ຫໍສະໝຸດ 1.3.3DEFORM功能
• 温度、应变、应力、损伤及其他场变量 等值线的绘制使后处理简单明了。
• 自我接触条件及完美的网格再划分使得 在成形过程中即便形成了缺陷，模拟也 可以进行到底。
• 多变形体模型允许分析多个成形工件或 耦合分析模具应力。
• 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。
1.3.1DEFORM的发展
• 20世纪70年代后期，位于美国加州伯克 利的加利福尼亚大学小林研究室在美国 军方的支持下开发出有限元软件ALPID （Analysis of Large Plastic Incremental Deformation）。
• 1990年在此基础上开发出DEFORM-2D软 件。该软件的开发者独立出来成立SFTC 公司（Scientific Forming Technologies Co.)
• 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。
1.3.2DEFORM 的特点
• 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、力 学性能等。
空洞性缺陷压实，提高其性能和质量。
• (2）塑性成形引起再结晶，从而改变金 属坯料铸态偏析，改善金属坏料组织结 构。
• (3）在塑性成形过程中，通常采用各种 模具型腔，可制造各种形状的构件。
• 与金属切削加工、铸造、焊接等加工方法相比， 金属塑性成形具有以下特点：
• （1）组织、性能得到改善和提高。 • （2）材料利用率高。
1.3.3DEFORM功能
• （1)成形分析 • 冷、温、热锻的成形和热传导耦合分析。
• 丰富的材料数据库，包括各种钢、铝合金、钛 合金和超合金。
• 用户自定义材料数据库允许用户自行输入材料 数据库中没有的材料。提供材料流动、模具充 填、成形载荷、模具应力、纤维流向、缺陷形 成和韧性破裂等信息。
• 刚性、弹性和热粘塑性材料模型，特别 适用于大变形成形分析。
1.3.3DEFORM功能
• （2)热处理 • 模拟正火、退火、淬火、回火、渗碳等工艺过程。
• 预测硬度、晶粒组织成分、扭曲和含碳量。
• 专门的材料模型用于蠕变、相变、硬度和扩散。
• 可以输入顶端淬火数据来预测最终产品的硬度 分布。
• 可以分析各种材料晶相，每种晶相都有自己的 弹性、塑性、热和硬度属性。 。
1.3.3DEFORM功能
• 混合材料的特性取决于热处理模拟中每步各种 金属相的百分比。
• DEFORM用来分析变形、传热、热处理、相 变和扩散之间复杂的相互作用。各种现象之间 相互耦合。拥有相应的模块以后，这些耦合效 应将包括：由于塑性变形引起的升温、加热软 化、相变控制温度、相变内能、相变塑性、相 变应变、应力对相变的影响以及含碳量对各种 材料属性产生的影响等。
• （3）生产效率高。
• （4）尺寸精度高。
1.3DEFORM-3D软件
• DEFORM-3D是针对复杂金属成形过程的 三维金属流动分析的功能强大的过程模 拟分析软件。是一套基于工艺模拟系统 的有限元系统，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及有关成形 过程中的材料和温度流动，典型的 DEFORM-3D应用包括锻造、摆碾、轧制、 旋压、拉拔和其他成形加工手段。 DEFORM-3D是模拟3D材料流动的理想 工具。