基于Deform的钛合金棒材辊锻成形数值模拟

基于DEFORM3D二次开发的塑性成形过程组织演化模拟

基于DEFORM3D 二次开发的塑性成形过程组织演化模拟作者：曲周德张伟红摘要：金属热成形方法可以有效改善产品的综合机械性能，利用有限元模拟可以为控制锻造和产品质量提供理论依据。在Deform3D 的热力耦合刚粘塑性有限元模拟技术的基础上，进行了微观组织演化的二次开发，可以扩展有限元软件的组织模拟能力，并利用该方法对20CrMnTi 钢镦锻热成形过程进行了计算机模拟，得到了热力参数的分布状况和内部晶粒度变化的规律。通过摇臂轴的镦锻成形模拟证明了组织模拟能够为工艺改进提供了理论依据。关键词：刚粘塑性；有限元；晶粒尺寸；显微组织演化；热镦锻 0 引言高温成形过程中，金属将发生动态和静态再结晶，产生新的晶粒。这种微观组织的演变在很大程度上决定了产品的宏观力学性能[1，2]。利用热加工过程控制晶粒大小，细化微观组织，是提高产品力学性能的重要手段。因此，研究材料在热成形过程中宏观力学行为和微观组织的变化，揭示其相互之间的关系，并依据优化工艺参数、设计塑性成形工艺和锻后冷却方案，这对解决目前的工艺问题，提高产品质量是很有意义的，同时也是变形过程全面模拟的前沿课题[3]。有限元数值模拟技术是随着物理模拟设备的完善以及计算机技术的发展而发展起来的。鉴于有限元法是目前唯一能对塑性加工过程给出全面且较为精确数值解的分析方法，本文对材料组织性能所进行的数值模拟均采用该分析方法。数值模拟软件是求解塑性加工问题的一个基本工具。现在市场上已有许多成熟的用于金属塑性加工的商业软件。如DEFORM ，MSC.MARC ，MSC.SUPERFORM ，Dynaform 等，但这些软件都只进行宏观变形和温度的分析计算，没有考虑宏观与微观耦合，不具备微观组织演化的模拟和预测功能，或者只具有简单的预测能力，其模型并不一定适合于所考察的问题。本文通过对Deform3D 二次开发，将适合于材料的组织模型与成形的热力耦合计算结合，模拟热成形过程中的组织演化。 1 模型建立

【文献】基于DEFORM三维多晶体材料微结构的有限元分析【价值多】

第25卷　第14期 2009年7月甘肃科技 Gansu Science and Technol ogy V ol .25　N o .14Jul .　2009 基于D EFORM 三维多晶体材料微结构的有限元分析何凤兰,李旭东,王国梁 (兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州730050) 摘　要:利用本课题组自主开发的计算机软件Aut oRVE,实现三维多晶体材料微结构的几何建模,网格划分,并将生成的I nput 的文件通过脚本语言Python 的编译,实现在DEF OR M 中建立三维多晶体微结构的具体材料模型,并进行挤压过程热力耦合仿真分析,演示出了三维多晶体材料微结构的温度场及等效应力、等效应变分布结果。关键词:三维多晶体;材料微结构;Key 文件;I nput 文件中图分类号:TG14 1　D EFO RM 简介 DEF ORM -3D 是一套基于工艺模拟系统的有限元系统(FE M ),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。主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。前处理器处理模具和坯料的材料信息及几何信息的输入、成形条件的输入,建立边界条件,它还包括有限元网格自动生成器;模拟器是集弹性、弹塑性、刚(粘)塑性、热传导于一体的有限元求解器;后处理器是将模拟结果可视化,支持OpenG L 图形模式,并输出用户所需的模拟数据。DEF OR M 允许用户对其数据库进行操作,对系统设置进行修改,以及定义自己的材料模型等 [1] ,如图1所示。图1　有限元分析流程图 2　D EFO RM 前处理程序的二次开发 2.1　材料代表性体积单元(RVE ) 材料微结构细观力学响应的数值计算建立在材料微观组织结构的“代表性体积单元”(RVE )技术上。微观组织结构的“代表性体积单元”定义在材料的细观尺度上。“代表性体积单元”其体积尺寸是最小的,但体积单元内却包含了足够多微观组织结构组成物的几何信息、晶体学取向信息、分布信息与相场信息,并能在统计学意义上(统计平均性质)代表材料微观组织结构的基本特征,由“代表性体积单元”组成的材料称为统计均匀材料,统计均匀材料受到均匀边界条件的作用,则介质内的场变量是统计均匀场。值得指出的是,应该根据材料实际(或模拟)的微观组织结构组成物的几何构造、取向分布与结构,计算材料微观组织结构的“代表性体积单元”内的细观力学响应以及材料性能。“代表性体积单元”的细观应力的体积平均响应程度必须与“代表性体积单元”边界上所承受的外加载荷程度相一致 [2-6] 。 2.2　几何模型的建立挤压件原始尺寸为:1000mm ×1000mm ×500mm (长度×宽度×厚度),其开始温度为900℃,上下模具温度都为300℃。材料假定是各相同性的,挤压件和上下模之间采用剪切摩擦模型,摩擦系数是0.3。工件的自由表面与周围环境之间的等效换热系数取为180.2N /(s ?m 2 ?c ),工件与上下模之间的接触传热系数取为5N /(s ?m 2 ?c ),辐射率为0.7。坐标系的建立为:Z 轴的负方向为挤压方向。

锻造工艺

复杂弯轴类锻件辊锻-摩擦压力机模锻复合锻造工艺一、前言复杂弯轴类锻件的最佳成形法一直是锻造行业致力研究的问题，前些年我国轻轿车生产数量不大，没有形成规模经营，故轻轿车复杂弯轴锻件的生产主要以传统的锤上模锻工艺进行小批量生产，有的厂家甚至采用自由锻—胎模锻工艺，需几火次才能锻成。近年来，我国轻轿车生产迅速发展，生产批量越来越大，整机制造水平越来越高，对复杂弯轴类锻件而言，不仅形状复杂，而且锻件尺寸精度，表面质量等方面的要求也更加严格，故探索轻轿车复杂弯轴类锻件的合理锻造方法，显得尤为重要。根据一汽轻轿车生产实际需求，在试验研究的基础上，我们采用了辊锻制坯—摩擦压力机模锻复合工艺替代传统的锤上模锻，生产了轻型车左转向节臂，奥迪轿车左、右下控制臂等五种复杂弯轴类锻件，其锻件技术水平达到了轻型车、奥迪轿车原图纸设计要求，各项技术经济指标均达到了预期目标。二、工艺分析与方案确定轻轿车复杂弯轴类锻件，其特点是轴线呈空间曲线形，多向弯曲，截面差与落差大，外形复杂，锻造成形与模具加工难度较大。以左转向节臂（图1）为例，按传统的锤上模锻工艺，一般要采用拨长—滚压—弯曲—锻造等工步。其突出缺点是锻件精度较差，工作时震动噪音大，材料消耗与能耗大，劳动条件差。如采用较先进的热模锻压力机成形法，虽然工人劳动条件好，生产率及锻件尺寸精度较高，也便于实现机械化和自动化，但其突出缺点是制造成本高，不便于拔长、滚压等制坯工步，需配其它辅助设备制坯。图1 针对现有锻造工艺的诸多问题及复杂弯轴类锻件自身的技术特点，我们确定了辊锻——摩擦压力机模锻复合锻造工艺的方案，其工艺流程为：下料→中频感应加

材料成形工艺期末复习总结

7.简述铸造成型的实质及优缺点。答：铸造成型的实质是：利用金属的流动性，逐步冷却凝固成型的工艺过程。优点：1.工艺灵活生大，2.成本较低，3.可以铸出外形复杂的毛坯缺点：1.组织性能差，2机械性能较低，3.难以精确控制，铸件质量不够稳定4.劳动条件太差，劳动强度太大。 8.合金流动性取决于哪些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？答：合金流动性取决于 1.合金的化学成分 2.浇注温度 3.浇注压力 4.铸型的导热能力5.铸型的阻力合金流动性不好：产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣和缩孔缺陷的间接原因。 9.何谓合金的收缩，影响合金收缩的因素有哪些？答：合金的收缩：合金在浇注、凝固直至冷却到室温的过程中体积或缩减的现象影响因素：1.化学成分 2 浇注温度 3.铸件的结构与铸型条件 11.怎样区别铸件裂纹的性质？用什么措施防止裂纹？答：裂纹可以分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹的特征是：裂纹短、缝隙宽，形状曲折，裂纹内呈氧化色。防止方法：选择凝固温度范围小，热裂纹倾向小的合金和改善铸件结构，提高型砂的退让。冷裂纹的特征是：裂纹细小，呈现连续直线状，裂缝内有金属光泽或轻微氧化色。防止方法:减少铸件内应力和降低合金脆性，设置防裂肋 13.灰铸铁最适合铸造什么样的铸件？举出十种你所知道的铸铁名称及它们为什么不用别的材料的原因。答：发动机缸体，缸盖，刹车盘，机床支架，阀门，法兰，飞轮，机床，机座，主轴箱原因是灰铸铁的性能：[组织]：可看成是碳钢的基体加片状石墨。按基体组织的不同灰铸铁分为三类：铁素体基体灰铸铁；铁素体一珠光体基体灰铸铁；珠光体基体灰铸铁。 [力学性能]：灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。同时，基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响，铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小，有较高的强度和硬度，主要用来制造较重要铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。故工业上较多使用的是珠光体基体的灰铸铁。 [其他性能]：良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性 14.可锻铸铁是如何获得的？为什么它只适宜制作薄壁小铸件？答：制造可锻铸铁必须采用碳、硅含量很低的铁液，以获得完全的白口组织。可锻铸铁件的壁厚不得太厚，否则铸件冷却速度缓慢，不能得到完全的白口组织。 17. 压力铸造工艺有何缺点？它熔模铸造工艺的适用范围有何显著不同？答：压力铸造的优点： 1.生产率高 2.铸件的尺寸精度高，表面粗糙度低，并可直接铸出极薄件或带有小孔、螺纹的铸件 3.铸件冷却快，又是在压力下结晶，故晶粒细小，表层紧实，铸件的强度、硬度高 4.便于采用嵌铸法压力铸造的缺点： 1.压铸机费用高，压铸型成本极高，工艺准备时间长，不适宜单件、不批生产。 2.由于压铸型寿命原因，目前压铸尚不适于铸钢、铸造铁等高熔点合金的铸造。

锻造成形工艺及其质量控制

锻造成形工艺及其质量控制汽车前梁成形辊锻工艺日趋成熟，特别是近几年，前梁生产逐步采用整体辊锻模锻复合工艺，它是成形辊锻工艺基础上，引入模锻工艺，原理上汲取各自优点，但组成优于两者的新工艺，该工艺适用于各类轻、中、重型汽车前梁锻件的生产。为少投入、高质量、大批量生产复杂类汽车零部件探索了一条新途径。 1、汽车前轴成形辊锻工艺汽车前轴（图2-1左右对称）成形辊锻工艺流程如下：图2-1 汽车前轴锻件图（1）下料采用G4032带锯条下料。（2）加热采用KGPS250-1型中频感应炉加热。（3）成形辊锻采用D42-1000辊锻机，进行制坯、预成形、终成形三道次辊锻或四道次。（4）弯形局部整形采用6300T磨擦压力机整体弯形、整形。（5）切边采用1600T摩擦压力整体切边。（6）热校正采用1600T磨擦压力机整体热校正。该工艺将圆钢通过制坯、预成形、终成形三道次辊锻制成带飞边直坯锻件，然后通过局部整形、切边、弯形、热校正完成锻件生产，从而达到工艺要求的几何尺寸。 2、下料是将原材料切割成所需尺寸的坯料。 3、锻造所用的原材料种类繁多，有各种钢号和非铁金属，有不同的截面形状，不同的尺寸规格，不同的化学成份的物理学性质等，所以下料方法是多种多样的。

4、辊锻工艺辊锻前轴一般利用圆钢作为初始材料，直径和长度都是设计出来的。 5、不同型号前轴所需圆钢尺寸不一样。印度产品FA90 所需原钢尺寸为Φ150×740 6、因辊锻工艺所需圆钢长度精确，端面平整，所以辊锻工艺采用锯床下料。但存在生产率较低、锯口损耗较大等缺陷。 2.1.1加热在锻造生产中，金属坯料锻前一般均需加热，其目的是：提高金属塑性，降低变形抗力，使之易于流动成形并获得良好锻压组织。因此，锻前加热是整个锻造过程中的一个重要环节，对提高锻造生产率，保证锻件质量及节约能源消耗等都有直接影响。圆钢加热主要采用电加热。电加热是通过把电能转变为热能来加热金属坯料。其中有感应电加热，接触电加热，电阻炉加热和盐浴加热等。辊锻工艺要求加热速度快，加热质量好，温度控制准确，金属烧损较少（一般小于0.5%)，故一般采用感应加热。并且感应加热还具有操作简单，工作稳定，便于和锻压设备组成生产线实现机械化一自动化，劳动条件好，对环无污染等优点。感应加热的原理如图2-2在感应器通入变电流产生的交变磁切作用下，金属坯料内部产生交变涡流。由于涡流发热机磁化发热（磁性转变点以下）便直接将金属坯料加热。图2-2 感应电加热原理图1—感应器2—坯料

Deform模拟实验报告

第一章挤压模具尺寸及工艺参数的制定 1.1实验任务已知：空心坯料Φ90×25mm，材料是黄铜（DIN－CuZn40Pb2），内径与挤压针直径相同。所要完成成品管直径26mm，模孔工作带直径36mm，模孔出口带直径46mm。完成如下操作：（1）根据所知参数设计挤压模具主要尺寸和相关工艺参数，并运用AUTOCAD(或Pro/E)绘制坯料挤压过程平面图。（2）根据所绘出的平面图形，在三维空间绘出三维图。并以STL格式分别输出各零件图形，并保存。（3）运用DEFORM-3D模拟该三维造型，设置模拟参数，生成数据库，最终完成模拟过程。 1.2挤压温度的选取挤压温度对热加工状态的组织、性能的影响极大，挤压温度越高，制品晶粒越粗大，挤制品的抗拉强度、屈服强度和硬度的值下降，延伸率增大。由于黄铜在730℃时塑性最高，而在挤压过程中由于变形、摩擦产热使配料温度升高，若把黄铜预热到730℃，坯料可能超过最佳塑性成型温度，所以选取坯料初始温度为500℃。挤压筒、挤压模具也要预热，以防止过大的热传递导致金属温度分布不均，影响制品质量，预热温度与坯料温度不能相差太大，故选取为300℃。挤压速度的选取挤压速度对制品组织与性能的影响，主要通过改变金属热平衡来实现。挤压速度低，金属热量逸散较多，致使挤压制品尾部出现加工组织；挤压速度高，锭坯与工具内壁接触时间短，能量传递来不及，有可能形成变形区内的绝热挤压过程，使金属的速度越来越高，导致制品表面裂纹。而且在保证产品质量和设备能量允许的前提下尽可能提高挤压速度。根据挤压流程可计算得挤压比为λ=13，故挤压垫速度为为1.5 mm/s。

第二章工模具尺寸 2.1 挤压筒尺寸确定 2.1.1考虑坯料挤压过程中的热膨胀，取挤压筒内径为mm； 2.2.2挤压筒外径为，故挤压筒外径为mm； 2.2.3挤压筒长度 (2-1) 式中：—锭坯最大长度，对重金属管材为； —锭坯穿孔时金属增加的长度； —模子进入挤压筒的深度； —挤压垫厚度。由于金属的内径与挤压针的直径相等，则锭坯穿孔时金属增加的长度L=0，改例中模子进入挤压筒的深度t=0，挤压垫厚度s=5mm mm 模子尺寸设计

材料成型工艺基础习题答案

材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度范围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对下图所示铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。答：①同时凝固原则：将内浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。 ②定向凝固原则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。第二章 ⑴ .试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白

口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同？答：①主要因素：化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果不如球墨铸铁好？普通灰铸铁常用的热处理方法有哪些？其目的是什么？答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除内应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。

DEFORM楔横轧成形工艺工业应用-安世亚太

DEFORM楔横轧成形工艺工业应用安世亚太公司工艺产品部 1 前言楔横轧工艺主要适用于带旋转体的阶梯轴类零件的生产，如车辆、内烧机等变速箱中的各种齿轮轴、发动机中的凸轮轴等。因楔横轧工艺设计不合理产生的成形缺陷如端头凹心、表面螺旋痕、轧件拉缩及缩松与空洞等也是该类产品生产中遇到的常见难题。DEFORM金属楔横轧成形模拟技术可实现轴类件的成形工艺过程分析，预测轧制缺陷，优化楔横轧工艺参数及轧制模具设计。 2 楔横轧成形工艺技术及特点楔横轧成形是在两个同向旋转的轧辊模具的楔形凸起作用下带动工件旋转，并使毛坯产生连续局部变形，最终轧制成楔形孔型的各种台阶轴，轧制过程中主要为径向压缩和轴向拉伸变形，如图1所示。图1 楔横轧成形工艺图与锻造、铸造成形工艺相比，楔横轧有诸多优点： 1、具有高的生产效率。每分钟可生产6-25个产品，生产效率平均提高5-20 倍。 2、材料利用率高。铸锻加工方式，材料利用率一般只有60%左右，楔横轧成形的每个产品只损失料头，利用率达80%以上。 3、模具寿命较长。楔横轧过程中，模具受力较小，因此模具寿命较长。 4、加工精度高。热轧件径向尺寸公差可控制在0.2-0.5mm，长度尺寸公差可以控制在0.1-1mm。 5、产品质量高。金属在轧制过程中，晶粒得到细化，产品机械性能得到明显提高。

3 DEFORM楔横轧成形工艺方案的工业应用尽管楔横轧工艺具有上述多种优点，但若工艺参数设计、模具结构设计、摩擦条件等不合理则会造成轧件成形尺寸不合格、轧制力过大、出现端部凹心、轧件拉缩、加工过程工具窜动、表面螺旋痕及因曼内斯曼效应造成的缩松及空洞等缺陷，严重影响产品质量。因此如何进行楔横轧工艺参数优化及模具楔形结构设计成为需要解决的问题。影响楔横轧成形的因素包括楔展角、成形角、断面缩减率、摩擦系数、旋转速度、轧制温度、轧件尺寸等，因此如何在工艺及模具设计阶段优化工艺设计参数，是提高楔横轧成形精度，降低研发成本的重点。楔横轧数值模拟技术正逐渐应用于轴类件轧制成形工艺的工业研究，通过楔横轧工艺模拟，可提前预测成形缺陷，获得成形尺寸、应力应变、温度变化、轧制力等各种轧制结果，指导楔横轧工艺及模具结构的设计。 DEFORM楔横轧成形技术可考虑工件在冷、热条件下轧制工艺过程的种种影响因素。通过精确模拟轧制过程，获得应力应变、温度场、缺陷产生时刻及位置、轧制力曲线等结果，从而优化轧制工艺参数及楔形结构设计，提高生产效率。图2 轴类件楔横轧成形模拟 3.1 DEFORM楔横轧应力应变分析楔横轧成形过程中，金属材料受到楔形模具的挤压滚动作用产生塑性变形，变形过程中产生轴向、径向和环向拉压应力，应力的变化和大小可以判断成形裂纹、缩松的潜在产生位置等，应变可以反映局部变形强度及加工硬化区域的分布。轴类件楔横轧成形变形过程如图所示。

辊锻轧制技术

辊锻轧制技术周艳鸿成型082 2008101208 1.辊锻变形特点辊锻是材料在一对反向旋转模具的作用下产生塑性变形得到所需锻件或锻坯的塑性成形工艺。辊锻变形原理如图1所示。辊锻变形是复杂的三维变形。大部分变形材料沿着长度方向流动使坯料长度增加，少部分材料横向流动使坯料宽度增加。辊锻过程中坯料根截面面积不断减小。辊锻适用于轴类件拔长，板坯辗片及沿长度方向分配材料等变形过程。 2.辊锻基本原理 (1)坯料的咬入只有坯料被辊锻模咬入才能建立起辊锻过程，在实际生产中有端都自然咬入和中间咬入两种咬入方式，如图2所示。在端部自然咬入进，模具与坯料之词的摩擦力是咬入的主动力，而坯料受到的压力p的分力是咬入的阻力，图中α称咬入角。提高摩擦系数，减少咬入角有利于实现咬入条件，提高摩擦系数可用模具表面粗糙化来实现，减少咬入角可用减少绝对压下量来实现。中间咬入是由辊锻模上的突出部位直接压入坯料而强行将坯料拽入变形区，咬入时不受摩擦影响，咬入角可以加大。为了减少辊锻道次，增加每道次的压下量采用中间咬入是必需的。端部自然咬入时咬入角不大于25?，中间咬入时可达：32?～37?。 (2)前滑辊锻过程中，每一时刻流入变形区与流出变形区的材料体积相等，而变形区的高度是变化的，因此材料沿辊锻方向运动速度也是变化的，在变形区出口处材料运动速度大于锻辊线速度。这一现象称为前滑。由于辊锻件的长度由出口处运动速度决定，因此计算前滑有重要意义，计算前滑的芬克公式为 S＝(R/h-1/2)r2 r＝(α/2)×（1-α/2β) 式中S——前滑值； R——辊锻模半径； α——咬入角； β——摩擦角； h——变形区出口处高度。芬克公式是在忽略宽民的条件下导出的，是计算简单变形的近似公式。对于受型槽约束的纵向变断面辊锻，其前滑值较简单辊锻小。

DEFORM3D笔记

问题:1、如何用测量工具测量其底部过渡圆角的半径？ 2、如何确定总模拟步长、存储步长、计算步长与计算时间？还有模具运动速度？ 3、接触容差tolerance含义？其大小对结果有什么影响,一般设定为多少合适？主界面的【summary】按钮显示当前步骤的模拟信息,包括模具及工件的各种信息;【preview】显示用户在后处理中处理的最后图形;【message】显示模拟进程,用户可以观察目前模拟进行到多少步,每步及每子步模拟所需的时间,以及每子步的模拟误差;【log】显示模拟日志,可以瞧到模拟过程中每一步的起始与终止时间,及模拟出错的各种信息前处理窗口:点击【DEFORM-3D Pre】进入DEFORM-3D的通用前处理界面。点击【Machining [Cutting]】进入DEFORM-3D的机加工向导界面,它包括车削,钻削,铣削等机加工工艺。点击【Forming】进入DEFORM-3D的成形向导界面,它包括冷成形,温成形,热成形等工艺。点击【Die Stress Analysis】进入DEFORM-3D的模具分析向导界面。点击【Cogging】进入DEFORM-3D的粗轧向导界面。模拟控制:点击【Run (options)】进入模拟选择对话框,有多个处理器时,选择multiple processor对话框,并进行个处理器任务设置,若就是单机则不要选此项,否则模拟无法进行;点击【Batch Queue 】进入模拟任务队列设置对话框,用户有多任务时,可安排模拟的先后顺序;点击【Process Monitor】进入模拟控制菜单,点击按钮abort来结束当前模

拟任务,但模拟会完成当前步。若要求立即停止模拟,可点击abort immediately按钮;点击【Add to Queue】可随时添加模拟任务。后处理窗口:用户可在模拟任务正在进行时点击【DEFORM-3D Post】进入后处理界面, STL文件的生成: 我没有用过pro/E,但就是我用solidworks造型时,插入合适的坐标系,并在保存为stl文件时,需设定选项,这样才能保证导入DEFORM 前处理的几何坐标系与您在造型软件中的一致,也就不用再花费过多时间调整各objects间的位置了、我就是用Solidworks造型的,比如一个简单的圆柱体镦粗过程,在装配图中您应该添加坐标系,将坐标系的原点设在冲头的圆心,并且在保存为stl文件时,设定"保存为"对话框中的选项,如果不知就是否正确,可以选择简单的模型试一下,(将几何调入DEFORM前处理并划分网格,然后瞧结点坐标),这样就能保证DEFORM中的几何坐标系与您在造型软件中的一致、 6、2 文件视图功能操作正负代表视图法线方向,法向由荧屏向外为正 6 环境菜单设置点击【options】出现下拉菜单——点击【environment】 6、2 前处理功能操作设置好工作目录后进入前处理窗口。退出前处理窗口时,如果设置的用户类型就是初级或者中级,会弹出“询问退出对话框”,询问用户就是否存储当前工作。若设置为高级,次对话框不会显示,并且任何未保

DEFORM_3D笔记

问题：1.如何用测量工具测量其底部过渡圆角的半径？ 2.如何确定总模拟步长、存储步长、计算步长和计算时间？还有模具运动速度？ 3.接触容差tolerance含义？其大小对结果有什么影响，一般设定为多少合适？主界面的【summary】按钮显示当前步骤的模拟信息，包括模具及工件的各种信息；【preview】显示用户在后处理中处理的最后图形；【message】显示模拟进程，用户可以观察目前模拟进行到多少步，每步及每子步模拟所需的时间，以及每子步的模拟误差；【log】显示模拟日志，可以看到模拟过程中每一步的起始和终止时间，及模拟出错的各种信息前处理窗口：点击【DEFORM-3D Pre】进入DEFORM-3D的通用前处理界面。点击【Machining [Cutting]】进入DEFORM-3D的机加工向导界面，它包括车削，钻削，铣削等机加工工艺。点击【Forming】进入DEFORM-3D的成形向导界面，它包括冷成形，温成形，热成形等工艺。点击【Die Stress Analysis】进入DEFORM-3D的模具分析向导界面。点击【Cogging】进入DEFORM-3D的粗轧向导界面。模拟控制：点击【Run (options)】进入模拟选择对话框，有多个处理器时，选择multiple processor对话框，并进行个处理器任务设置，若是单机则不要选此项，否则模拟无法进行；点击【Batch Queue 】进入模拟任务队列设置对话框，用户有多任务时，可安排模拟的先后顺序；点击【Process Monitor】进入模拟控制菜单，点击按钮abort来结

束当前模拟任务，但模拟会完成当前步。若要求立即停止模拟，可点击abort immediately按钮；点击【Add to Queue】可随时添加模拟任务。后处理窗口：用户可在模拟任务正在进行时点击【DEFORM-3D Post】进入后处理界面， STL文件的生成：我没有用过pro/E,但是我用solidworks造型时,插入合适的坐标系,并在保存为stl文件时,需设定选项,这样才能保证导入DEFORM前处理的几何坐标系和你在造型软件中的一致,也就不用再花费过多时间调整各objects间的位置了. 我是用Solidworks造型的,比如一个简单的圆柱体镦粗过程,在装配图中你应该添加坐标系,将坐标系的原点设在冲头的圆心,并且在保存为stl文件时,设定"保存为"对话框中的选项,如果不知是否正确,可以选择简单的模型试一下,(将几何调入DEFORM前处理并划分网格,然后看结点坐标),这样就能保证DEFORM中的几何坐标系和你在造型软件中的一致. 6.2 文件视图功能操作正负代表视图法线方向，法向由荧屏向外为正 6 环境菜单设置点击【options】出现下拉菜单——点击【environment】 6.2 前处理功能操作设置好工作目录后进入前处理窗口。退出前处理窗口时，如果设置的用户类型是初级或者中级，会弹出“询问退出对话框”，询问用户是

材料成形工艺知识点

一．铸造成型 1.1收缩：铸造合金在液态、凝固态和固态的冷却过程中，由于温度降低而引起的体积减小的现象，称为收缩。缩松缩孔：铸件在冷却和凝固过程中，由于合金的液态和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部分出现空洞。容积大而集中孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。影响缩孔和缩松的因素及防止措施：因素：浇筑温度，合金的结晶范围，铸型的冷却能力越大防止措施：用顺序凝固方法 1.1.5铸造应力怎么产生的：铸件凝固后在冷却过程中，由于温度下降将继续收缩。有些合金还会发生固态相变而引起收缩或膨胀，这导致铸件的体积和长度发生变化，若这种变化受到阻碍，就会在铸件内产生应力，称为铸造应力。 1.2砂型铸造剖面示意图：上型下型，明冒口，出气冒口，浇口杯，型砂，砂箱，直浇道，横浇道，暗冒口，内浇口，型腔，型芯，分型面。工艺流程！ 1.3金属型铸造金属型铸造又称硬模铸造，它是将金属液浇入金属型中，以获得金属铸件的一种工艺方法。（永久型铸造） 1.4熔模铸造：熔模铸造又称失蜡铸造，通常是在蜡模表面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的蜡模熔去而制成型壳，再经过焙烧，然后进行浇注，而获得铸件的一种方法。熔模铸造工艺（重点） 1.5压力铸造：在高压作用下，使得液态或半液态金属以较高的速度充填压铸模型腔，并在压力下成形和凝固。 1.6铸造工艺设计 1.6.2铸件结构的工艺性。 1.铸造结构形式：结构外形应方便起模，尽可能减少和简化分型面，铸件的内腔应尽量不用或少用型芯。 2.合理的铸件壁厚：铸件壁厚过小，易产生浇不到、冷隔等缺陷；壁厚过大，易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷。壁厚应均匀。 3.铸件壁的链接：连接处或者转角处应有结构圆角。，厚壁与薄壁间的链接要逐步过渡。 4.铸件应尽量避免有过大的平面 1.6.4型芯设计的作用是形成铸件的内腔、孔洞、形状复杂阻碍取模部分的外形以及铸型中有特殊要求的部分。 1.6.5浇注系统设计：浇口杯，直浇道，横浇道，内浇道。金属型的浇筑位置一般分为三种：顶注式、底注式和侧注式。基本要求： 1.防止浇不足缺陷 2．液态金属平稳地流入型腔 3.能把混入合金液中的熔渣挡在浇筑系统中 4能够合理地控制和调节铸件各部分的温度分布，减少或消除缩松缩孔 5.结构简单，体积小

锻造基本知识

锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压（锻造与冲压）的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。 1.变形温度钢的开始再结晶温度约为727℃，但普遍采用800℃作为划分线，高于800℃的是热锻；在300～800℃之间称为温锻或半热锻，在室温下进行锻造的称为冷锻。用于大多数行业的锻件都是热锻，温锻和冷锻主要用于汽车、通用机械等零件的锻造，温锻和冷锻可以有效的节材。 2.锻造类别上面提到，根据锻造温度，可以分为热锻、温锻和冷锻。根据成形机理，锻造可分为自由锻、模锻、碾环、特殊锻造。 1）自由锻。指用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧铁之间直接对坯料施加外力,使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。采用自由锻方法生产的锻件称为自由锻件。自由锻都是以生产批量不大的锻件为主，采用锻锤、液压机等锻造设备对坯料进行成形加工，获得合格锻件。自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。自由锻采取的都是热锻方式。 2）模锻。模锻又分为开式模锻和闭式模锻．金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件，模锻一般用于生产重量不大、批量较大的零件。模锻可分为热模锻、温锻和冷锻。温锻和冷锻是模锻的未来发展方向，也代表了锻造技术水平的高低。按照材料分，模锻还可分为黑色金属模锻、有色金属模锻和粉末制品成形。顾名思义，就是材料分别是碳钢等黑色金属、铜铝等有色金属和粉末冶金材料。挤压应归属于模锻，可以分为重金属挤压和轻金属挤压。闭式模锻和闭式镦锻属于模锻的两种先进工艺，由于没有飞边，材料的利用率就高。用一道工序或几道工序就可能完成复杂锻件的精加工。由于没有飞边，锻件的受力面积就减少，所需要的荷载也减少。但是，应注意不能使坯料完全受到限制，为此要严格控制坯料的体积，控制锻模的相对位置和对锻件进行测量，努力减少锻模的磨损。

精锻成形技术的现状及其发展

精锻成形技术的现状及其发展青岛建筑工程学院（山东青岛!(("&&）孙令强【摘要】首先介绍了我国的精锻成形技术；然后介绍了用传统的锻压设备及新型局部连续成形锻压设备进行精密成形的国内外情况，例如冷摆辗、辗环、径向锻造等；最后介绍了精锻技术必须注意的几个问题。关键词精锻成形径向锻造辊锻冷摆辗 )我国的精锻成形技术现状锻造工业一直是汽车、矿山、能源、建筑、航空、航天、兵器等工业的重要基础。近十年来，锻压工艺突破了毛坯生产的范畴，人们能生产出不少接近成品的冷锻成形件，其表面质量好，机械加工余量少，尺寸精度高。精锻成形提高了材料利用率，部分取消或减少了切削加工，使金属纤维沿产品轮廓分布，使零件的承载能力增加，提高了整车性能。我国已拥有&""""台左右的锻压设备，锻件年产量大体为&""多万吨，其中模锻件大约占&"*。我国有模锻设备约&+""台。其中蒸、空模锻锤(+"台；模锻水压机万吨和&+"""吨各一台；)("",$以上的热模锻压力机)""台；螺旋压力机)!""台；平锻机约-""台，用于模锻生产的机械压力机约为-""台。我国模锻业发展迅速，目前已能为("万千瓦及以下火电站、."万千瓦及以下水电站、&"万千瓦及以下核电站提供汽轮机主轴、发电机转子和核岛锻件。为冶金机械生产.!""//特厚板轧机轧辊，直径!!"""//整体支持辊锻件，为炼油化工行业提供单重+("",$及以下加氢反映容器等大型锻件，能锻造直径!+!""//以下环形锻件。在汽车行业依靠自己的力量建成了汽车前轴自动生产线。在轴承行业已较多的采用多工位热镦工艺取代旧的扩孔工艺；直伞齿轮已普遍采用精锻齿形工艺，等速万向节筒形壳体用冷锻压力机冷挤已试制成功并投入生产。由此可见，我国精锻成形技术的发展已较为成熟，但与世界先进水平尚有一定的差距。 !采用传统锻压设备进行的精密成形技术精锻成形工艺的主要应用大体分两类："精化毛坯，即用精锻工序代替粗切削加工工序，将精锻件直接进行精加工得到成品件；#精锻件，大多数是采用精密成形工艺制造零件的主要部分或不易机加工的部分，减少机加工量或只进行少量的切削加工。精锻成形工艺按金属成形时的变形温度可分为高温精密模锻、中温精锻成形、室温精锻成形和超速等温精锻成形。如按成形式金属的流动情况，则可分为开式精锻成形、闭式精锻成形、半闭式精锻成形。按变形速度可分为一般精密模锻、慢速精锻成形和高速精锻成形。常规模锻件所达到的合理尺寸精度为0"#)1"#!+//，表面粗糙度值小于!"2!#+$/，而精锻件一般为"#"+//，较高精度可达到"#"+1"#)"//，表面粗糙度可达到!"2 )#(1"#.$/。此外，采用精密模锻成形还可节约材料和机床。据有关资料，每)""万吨钢材由切削加工改为精密模锻，可节约钢材)+万吨，相应可节约机床)+"""台。冷成形工艺的生产率比切削加工要高几倍到几十倍，材料利用率达-"*1’"*，在冷成形过程中，金属材料处于三向不等的压应力作用下，挤压变形后，金属材料的晶粒组织更加致密；金属流线不被切断，而是沿着挤压件轮廓连续分布；同时由于冷挤压利用了金属材料冷变形的冷作硬化特性，从而使冷挤压件的强度大为提高。国外已普遍采用冷成形工艺生产低碳钢、中碳钢和合金钢零件，重量由几克到几十克。冷成形的形状多种多样，如齿轮、齿条、同步齿圈、花键等。我国现在可以生产)("",$、!""",$、.""",$、+""",$、(&"",$以至)"""",$的各种型号的冷挤压机。温锻是("年代至-"年代较为发展的新工艺，其工艺特点为把金属加热到再结晶温度以下（-""1

材料成型工艺基础习题答案

？材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素合金流动性不好对铸件品质有何影响答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度范围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮影响合金收縮的因素有哪些答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 \ ⑹.何谓同时凝固原则和定向凝固原则试对下图所示铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。答：①同时凝固原则：将内浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。 ②定向凝固原则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。第二章 ⑴.试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同答：①主要因素：化学成分和冷却速度。 / ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁它与普通灰铸铁有何区别如何获得孕育铸铁答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果不如球墨铸铁好普通灰铸铁常用的热处理方法有哪些其目的是什么

deform中晶粒模拟

晶粒模拟 1.输入变形主要文件 2.输入与晶粒有关的材料参数 3.输入最初的晶粒变量 4.运行模拟 5.准备及运行空冷模拟 6. 准备及运行水中淬火模拟 7.后处理 8.改变条件介绍本章的目的是介绍如何采用DEFORM2D晶粒模拟模拟锻造过程及热处理过程中微观组织的变化。再结晶度及平均晶粒尺寸是使用者最关心的参数，该模型中共有16中晶粒变量，他们都放在数据库中。静态再结晶、中间动态再结晶、动态再结晶的演化机理和结晶成长都在模型中被计算。在每一个时间步里，基于时间、温度、应力、应力速率、演化历史，变形机制被定义，晶粒的变化被计算和更新。关于该模拟完整的解释在用户文档中有。注意： 1）由于锻造过程的复杂性，对动态再结晶的同步模拟几乎是不可能的。实际上动态再结晶的计算是在变形过程之后。中间动态

再结晶，动态再结晶也是如此。这就是说，用户将看不到任何的结果除非一个非变形的模拟（例如：热处理）跟在一个变形模拟的后面。 2）要完成一个完整的晶粒变化模拟，用户必须确定一个完整的热处理过程。特别是坯料必须在模拟结束时彻底的冷却。问题摘要空冷水中淬火是一个既简单又让人头疼的过程，该问题使用SI单位，轴对称。材料IN718,模具材料H13钢。 1.输入变形主要文件做一个工作路径，打开DEFORM 2D，用Problem ID GRAIN_LAB, 打开前处理，装载KEY文件UPSET.KEY. 这个KEY文件包含了该模拟的所有信息。 2.输入与晶粒有关的材料参数点击模拟控制按纽，激活“晶粒”，到材料中选择IN718，点击晶粒窗口，窗口显示如下：激活meta-dynamic、grain growth，不激活其他俩个，输入以下数据到相应的矩阵。最高应力应变速率极限中间动态再结晶动力中间动态再结晶晶粒尺寸

基于Deform3D二次开发的塑性成形过程组织演化模拟

基于Deform3D二次开发的塑性成形过程组织演化模拟 [ 内容简介 ] 金属热成形方法可以有效改善产品的综合机械性能，利用有限元模拟可以为控制锻造和产品质量提供理论依据摘要：金属热成形方法可以有效改善产品的综合机械性能，利用有限元模拟可以为控制锻造和产品质量提供理论依据。在Deform3D的热力耦合刚粘塑性有限元模拟技术的基础上，进行了微观组织演化的二次开发，可以扩展有限元软件的组织模拟能力，并利用该方法对20CrMnTi钢镦锻热成形过程进行了计算机模拟，得到了热力参数的分布状况和内部晶粒度变化的规律。通过摇臂轴的镦锻成形模拟证明了组织模拟能够为工艺改进提供了理论依据。关键词：刚粘塑性；有限元；晶粒尺寸；显微组织演化；热镦锻 0 引言高温成形过程中，金属将发生动态和静态再结晶，产生新的晶粒。这种微观组织的演变在很大程度上决定了产品的宏观力学性能[1，2]。利用热加工过程控制晶粒大小，细化微观组织，是提高产品力学性能的重要手段。因此，研究材料在热成形过程中宏观力学行为和微观组织的变化，揭示其相互之间的关系，并依据优化工艺参数、设计塑性成形工艺和锻后冷却方案，这对解决目前的工艺问题，提高产品质量是很有意义的，同时也是变形过程全面模拟的前沿课题[3]。有限元数值模拟技术是随着物理模拟设备的完善以及计算机技术的发展而发展起来的。鉴于有限元法是目前唯一能对塑性加工过程给出全面且较为精确数值解的分析方法，本文对材料组织性能所进行的数值模拟均采用该分析方法。数值模拟软件是求解塑性加工问题的一个基本工具。现在市场上已有许多成熟的用于金属塑性加工的商业软件。如DEFORM，MSC.MARC，MSC.SUPERFORM，Dynaform等，但这些软件都只进行宏观变形和温度的分析计算，没有考虑宏观与微观耦合，不具备微观组织演化的模拟和预测功能，或者只具有简单的预测能力，其模型并不一定适合于所考察的问题。本文通过对Deform3D二次开发，将适合于材料的组织模型与成形的热力耦合计算结合，模拟热成形过程中的组织演化。 1 模型建立材料在热塑性变形中除了应力和应变的变化外，还要发生复杂的微观组织变化，即动态再结晶、静态再结晶、晶粒生长等。研究表明，再结晶的晶粒尺寸和再结晶晶粒百分比，