DEFORM_3D有限元软件在冷挤压工艺模拟中的应用_王斌

DEFORM -3D 有限元软件在冷挤压

工艺模拟中的应用

王

斌1,2，何柏林1，江民华1，宋燕

1

(1.华东交通大学机电工程学院，江西南昌330013；2.华东交通大学理工学院，江西南昌330100)

摘

要：要提高冷挤压产品的质量、提高材料利用率、提高模具寿命、减少锤击次数、节约能源、缩短产品开发周期，

必须提高冷挤压模具设计的科学性。模拟技术可以用来优化设计方案，降低生产成本，保证设计的合理性。通过实例分析介绍了DEFORM-3D 软件在载荷计算、应力应变分布、缺陷分析和预防、流线查看等方面的应用。

关键词：DEFORM-3D ；应力分布；优化设计；流线查看；冷挤压中图分类号：TG376

文献标识码：A

文章编号：1000-8365(2013)04-0474-03

Application of DEFORM -3D Software in Simulation of Cold Extrusion Process

WANG Bin 1,2,HE Bolin 1,JIANG Minhua 1,SONG Yan 1

(1.School of Mechanical &Electrical Engineering,East China Jiaotong University,Nanchang 330013,China;2.Institute of Technology,East China Jiaotong University,Nanchang 330100,China)

Abstract ：To improve the quality of cold extrusion products,increase material utilization,improve die life,reduce hammering times and energy conservation,shorten the development cycle of product,the scientific of cold extrusion dies in design must be improved.Simulation technology can be used to optimize the design program of dies,reduce production costs,and ensure the rationality of the die design.The applications of DEFORM-3D software were introduced by examples in load calculation,stress and strain distribution,defect analysis and prevention,stream line view,etc.

Key words ：DEFORM-3D;stress distribution;optimal design;streamline view;cold extrusion

在我国，高等院校在锻造成形的数值模拟与物理模拟应用较好，并通过产学研结合方式，应用并解决了大量工程实际问题。尽管模拟技术的重要性已经引起广泛重视，而国内大多数锻造企业对数值模拟技术的应用依然很少［1］。随着计算机技术和CAE 技术的迅猛发展，特别是DEFORM-3D 软件的推出和应用，在金属加工前通过计算机对整个挤压成型过程进行模拟分析，预测在设计过程中存在的缺陷并进行修改，从而使产品和模具在设计阶段就能得到改进和完善，提高一次试模成功率，缩短开发周期和降低生产成本［2］。本文采用DEFORM-3D 对LED 铝盒成型进行数值模拟，找出挤压铝盒时的薄弱处，把试验挤压值与模拟值进行对比分析，并进行总结，为整个模具设计提供依据。

1DEFORM -3D 分析理论基础

金属材料充模过程被认为是黏性非等温不可压缩流动与传热过程，可采用黏性不可压缩流动的基本方程来描述。对于厚度方向尺寸远小于其他方向的尺寸，建立描述该过程的连续性方程、动量方程［3，4］。

（1）连续性方程：

坠（bu 軈）坠x +坠（bv 軃）坠y

=0（1）

（2）动量方程：

坠p -坠（η坠u ）=0（2）坠p 坠y -坠坠z （η坠v 坠z

）=0（3）

有限元法基本思路是将一个受外力作用的连续体离散成一定数量的有限小的单元集合体，通过这种近似处理或逼近原有模型体。通过对离散体进行分析单元之间只在节点上互相联系，亦即只有节点才能传递力［5］。虽然得到的解是近似的，但是可以通过选择适当的单元类型及节点数，使近似解达到预期的精度［6~8］。

有限元建模过程是为了满足有限元求解的要求而对实际模型的合理处理，通常要对实际模型

———————————————————收稿日期：2013-01-03；修订日期：2013-02-28

作者简介：王斌(1984-)，江西抚州人，硕士，助理工程师，华东交通

大学理工学院教师，主要研究方向：模具CAD/CAM/

CAE 、塑性成形模拟.

E -mail:wangbinhappy131415@

铸造技术

FOUNDRY TECHNOLOGY

Vol.34No.4

Apr.2013

誗实用成型技术Practical Shaping Technology 誗

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进行一定的简化，但要求模型应能正确反映实际条件。

2DEFORM -3D 在挤压铝合金方盒中

的应用

2.1

几何模型的建立

在Pro/Engineer 中建立内模芯、毛坯、内模圈、垫

板、凸模三维实体模型（图1~图5），简化处理后转化为STL 文件格式，导入DEFORM-3D 中。该凸模高度Z 为45mm ，X 为43.9641mm ，另一边Y 为43.9821mm 。内模芯Z 为48mm ，一边X 为22.86mm ，另一边Y 为

29.21mm 。内模圈Z 为65mm ，一边X 为89.9317mm ，

另一边Y 为89.9659mm 。垫板高度为8mm ，直径为

44.9989mm 。毛坯的厚度为8.01471mm ，长度为

图1凸模Fig.1Punch 图2内模芯Fig.2

Core 图3内模圈Fig.3Die circle 图4垫板Fig.4Pad 图5毛坯

Fig.5Blank

《铸造技术》04/2013王斌等：DEFORM-3D 有限元软件在冷挤压工艺模拟中的应用

37.91mm ，宽度为31.55mm 。2.2

网格的划分与重划分

由于有限元分析中网格质量的好坏直接影响到求解的效率和精度，在网格划分上多做些工作是值得的。在金属成形过程中，材料在流动时极易使相应的单元形状产生过度变形导致畸变。而有限元分析结果的精度对单元形态极为敏感。通过网格重新划分可以生成新的网格，并将旧网格上的单元量和节点量映射到新网格上，继续后续分析。如图6，节点数为6591个，单元数为26832个。

挤压材料为AL-6062，密度为2.72~2.82g/cm 3。主要用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性、但不要求有高强度的零件部位，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、反光器具。分析时工艺参数设置为：模温20℃，料温20℃，填充控制、挤压力及速度/压力控制转换均为默认设置。分析的结果在模型中以不同的颜色显示不同的值。

2.3流线分析

打开需分析零件的后处理窗口，然后将坯料单

独显示（不显示模具）。

点击FLOW NET 图标进行设置，选择自己所需要查看流线的起始步，本文选择10到70步，用鼠标在

step10上面点击一下，然后点选右边蓝色的箭头，同样，选择一个70步，然后点选右边蓝色的箭头。这里

选择的步数越多，稍后的运算就越慢，但是你可以看到的流线分析的步数就越多。选择自己欲观察流线的剖切面，默认情况下可以拖动滑块，本文为拖动滑块至合适的值，使得零件基本居中部分，显示流线剖面图。

在这里，默认是1个点加1个面来剖分，还可以使用3个点来定义1个剖分面。当然，如果要查看的面不止1个方向，可以选择下面的Add 按钮，来增加剖分面。图中对话框中的其他选项的意义是：左边的灰色框内表示定义网格的方式，第一个为网格总数，第二个为网格横向和纵向的间隔，右边的最上面的为网格旋转角度，Shift 表示网格平移，高级选项里表示网格是否有边界，以及网格是否水平或垂

直，第70步的流线如图7

。

图7流线分析图

Fig.7The diagram of flowline

analysis

图6模型初始网格

Fig.6The initial grid of model

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