1 模鍛工藝分析方案及應用
◆冷、溫、熱鍛的成形和熱-力耦合分析；
◆豐富的材料數據庫，包括各種鋼、鋁合金、鈦合金和高溫合金；
◆用戶自定義材料數據庫允許用戶自行輸入材料數據庫中沒有的材料；
◆提供材料流動、模具充填、成形載荷、模具應力、纖維流向、缺陷形成和韌性破裂等信息；
◆預測填充不足、折疊、裂紋、飛邊等缺陷；
◆彈塑性材料模型適用于分析殘余應力和回彈問題；
◆多孔材料模型適用于分析粉末材料成形的壓實和鍛造及燒結分析；
◆完整的成形設備模型可以分析液壓成形、錘上成形、螺旋壓力成形和機械壓力成形；
◆用戶自定義子函數允許用戶定義自己的材料模型、壓力模型、破裂準則和其他函數；
折疊填充不足
◆流線和質點跟蹤可以分析材料內部的流動信息及各種場量分布；
◆溫度、應變、應力、損傷及其他場變量等值線的繪制使后處理信息更加豐富；
◆自動接觸條件及完美的網格再劃分使得在成形過程中即便形成了缺陷，模擬也可以進行到底；
◆多變形體模型允許分析一模多件或耦合分析模具應力；
◆磨損分析模型用于評估成形過程中模具磨損情況；
◆預成形設計模塊為復雜鍛件的多步模具設計提供指導；
模具應力計算
機閘模鍛成形
◆基于損傷因子的裂紋萌生及擴展模型可以分析剪切、沖裁和機加工過程。
◆完善的熱邊界條件可以分析熱成形中材料與環境間的熱交換。
◆提供依據模具運動時間、載荷力、成形溫度、閉模間隙等精確成形行程控制準則。
◆可計算熱鍛過程中由于空氣或潤滑劑高溫蒸發所造成的材料填充不滿缺陷。
模鍛應用案例
■案例一：氣缸毛坯優化及缺陷分析
◆項目描述
●氣缸鍛造成形，毛坯的設計尺寸影響成形結果。
●對不同毛坯設計尺寸進行分析優化，預測成形缺陷，獲得最佳毛坯尺寸和成形結果。
◆項目挑戰
●產品復雜，成形過程材料流動和填充復雜可能出現的缺陷種類較多。
◆解決方案
●采用熱-結構耦合鍛造模擬分析通過計算材料流動與接觸行為，預測各種成形缺陷。
◆重要價值
●通過多方案對比優化分析，在工藝定型前期預測缺陷，獲得結構尺寸最佳的毛坯設計。
氣缸毛坯優化及缺陷分析
■案例二：緊固件工藝優化
◆項目描述
●優化傳統緊固件成形工藝分析不同成形毛坯尺寸條件下緊固件成形內部特質，提升產品質量。
◆項目挑戰
●要求對成形缺陷及應力、應變等有高的計算精度。
●需要準確的冷擠計算能力。
◆解決方案
●采用冷成形方法計算出不同條件下的成形噸位。
●通過成形應變分布評估加工硬化及強度脆弱部位。
◆重要價值
●通過成形現象、應變及成形力、材料填充難易等結果獲得最佳成形質量。
緊固件工藝優化
2 自由鍛工藝分析方案及應用
◆具有流程式的操作模板，可操作性強；
◆具有自由鍛工模具模型自定義方式，方便使用；
◆可任意進行咬合、加熱、鍛打工序的多工步設置；
◆可分析成形過程金屬流動、缺陷產生、工件形狀、晶粒細化及優化工藝設計；
◆優化鍛打次數、鍛造比、拔長效率、加熱溫度、平砧結構等參數；
◆預測自由鍛形狀尺寸、折疊、表面裂紋、扭曲等成形缺陷；
◆具有鍛錘設備庫及多工步自由錘鍛設置方式；
Cogging及swaging分析
自由鍛應用案例
■案例一：軸類件自由鍛工藝分析
◆項目描述
●通過模擬多工序數次捶打過程，預測各階段拔長形狀尺寸、溫度場及裂紋等缺陷。
◆項目挑戰
●自由鍛鍛打次數多，成形過程涉及塑性大變形，溫度變化及材料破壞。
◆解決方案
●結構-熱耦合分析，考慮功轉熱、空氣散熱、鍛打間隙加熱。
●采用連續捶打設置方式實現連續鍛打，預測各階段成形尺寸及可能出現的鍛造裂紋等缺陷。
◆重要價值
●通過模擬多工序數次捶打過程，預測各階段拔長形狀尺寸、溫度場及裂紋等缺陷，優化鍛造比、打擊次數等，指導工藝設計。
軸類件自由鍛工藝分析
■案例二：大型鍛件內部夾雜及孔洞變形分析
◆項目描述
●該零件坯料初始內部有孔洞、塑性及剛性夾雜缺陷，通過分析鍛造過程預測缺陷的運動、閉合及對成形結果的影響。
◆項目挑戰
●夾雜、孔洞的設置及分析。
●小缺陷的變形及對結果的影響。
◆解決方案
●采用建立孔洞、內部不同材料性質的夾雜模型進行整體鍛造計算。
◆重要價值
●預測了鐓鍛過程孔洞及夾雜隨材料流動、閉合等的現象，評估這些缺陷對最終產品加工質量的影響。
大型鍛件內部夾雜及孔洞變形分析
3 環軋工藝分析方案及應用
◆具有專用環軋模板，操作方式流程化；
◆具有環件模型及模具模型自動產生方式；
◆復雜及多數量模具可實現準確自動定位；
準確自動定位
◆可完全采用全六面體網格及重劃分技術，保證模擬結果的高精度；
◆同時進行軋制及溫度的耦合分析；
◆可任意設置模具旋轉運動方式，實現多步軋制；
◆可進行環軋變形過程模擬、模具應力及磨損分析；
◆預測環軋過程中出現的折疊、凹坑、蝶形、壁厚不均、壓扁、橢圓、錐度等成形缺陷；
環軋缺陷分析
環軋溫度場云圖應力場云圖
環軋應用案例
■案例一：航天發動機環件碾環缺陷分析
◆項目描述
●通過模擬環軋成形過程，對設計方案的可行性進行分析，預測充型不滿等缺陷。
◆項目挑戰
●材料在徑向變形的同時進行整體旋轉運動，計算較為復雜。
●成形過程將受到摩擦、壓力等的影響，接觸方式復雜。
◆解決方案
●采用工件及滾輪同時旋轉、考慮多種熱邊界條件。
●采用全六面體網格，提高計算精度。
◆重要價值
●通過模擬異型環件的碾環過程，預測成形缺陷，評估碾環工藝參數的合理性。
碾環缺陷分析
■案例二：異性環件碾環尺寸分析
◆項目描述
●通過模擬異型結構件的環軋過程，對環件成形尺寸精度進行預測。
◆項目挑戰
●環件形狀較為復雜，軋制計算過程局部網格變形大。
◆解決方案
●采用全六面體單元進行熱軋分析，提高傳熱計算精度。
●采用熱固耦合及剛塑性材料進行計算，預測成形尺寸及可能出現的缺陷。
◆重要價值
●模擬環境完整軋制過程，預測成形尺寸，降低了復雜件的試模次數。
碾環尺寸分析
4 型軋工藝分析方案及應用
◆具有專用軋鋼模板，操作方式流程化，簡單易學；
◆可進行板材、管材、線材、型材的軋制分析；
◆具有鋼坯模型及軋具模型自動產生方式；
◆復雜及多數量軋具可實現準確自動定位；
線材及板材軋制成形
◆可完全采用全六面體網格及重劃分技術，保證模擬結果的高精度；
◆同時進行軋制及溫度的耦合分析；
◆可任意設置軋具旋轉運動方式，實現多道次軋制；
◆可進行軋鋼變形過程模擬、軋輥及磨損分析；
◆可考慮軋制過程中的彎輥力、軋輥橫向移動、軋輥下壓量變化等各方面的工藝參數的影響；
◆可耦合熱處理分析計算軋制過程中發生的冷卻及組織轉變現象；
型材軋制過程組織變化
◆預測軋制過程中出現的折疊、塔型卷曲、壁厚不均、變形、流線紊亂等軋制缺陷；
楔橫軋分析
型軋應用案例
■案例一：考慮彎輥力的軋板過程板型控制分析
◆項目描述
●通過模擬軋輥在彎輥力的作用下預測板型及軋輥變形情況，分析對板型的影響。
◆項目挑戰
●軋制過程中各軋輥的摩擦、力傳遞及彈性變形，并耦合軋制過程預測板材的變形，成形條件復雜。
◆解決方案
●采用彈塑性、彈性及熱固耦合算法同時計算軋輥變形及板材厚度、溫度場、軋制力等的結果。
◆重要價值
●通過軋制模擬，達到控制板型、預測軋輥變形及軋輥受力情況，優化彎輥力、軋輥移動、軋縫尺寸等工藝參數。
軋板過程板型控制分析
■案例二：卷管工藝分析
◆項目描述
●通過模擬卷管的多工序過程預測卷型形狀。
◆項目挑戰
●卷管過程工序多，各工序要實現計算結果的良好傳遞。
◆解決方案
●采用六面體單元，厚度方向分布三層單元結構。
●各工序實現連續計算，保證各結果的傳遞。
◆重要價值
●通過軋制模擬預測卷管過程中可能出現的異常變形缺陷，對于優化工序有著良好的指導意義。
卷管工藝分析
5 擠型工藝分析方案及應用
◆高級ALE（Arbitrary LagrangianEulerian）及S-S（Steady-state）穩態算法適合復雜非對稱截面型材擠壓成形過程；
◆具有向導式操作界面，自動產生型材或擠型模具，實現擠型設置過程的流程化管理，操作簡便；
◆增量算法可模擬擠壓過程材料分流及在焊合過程，預測焊縫位置；
◆增量算法可實現型材擠壓成形的裂紋、扭擰、波浪及彎曲等缺陷；
擠型工藝分析
◆優秀的單元重劃及節點粘接接觸能力可模擬焊合過程中焊接面的形成；
◆ALE穩態算法可在很少的時間步內收斂，快速獲得流速、溫度等場變量；
◆增量算法與穩態算法相結合可高效模擬從棒料擠壓-分流-焊合-擠出穩定端面的整個過程；
增量法+穩態法管材擠壓成形
◆分析擠壓過程中再結晶現象及微觀組織結構的變化；
ALE法預測擠型變形缺陷
擠型應用案例
■案例一：ALE法鋁型材擠型缺陷分析
◆項目描述
●通過模擬空心鋁材成形預測出成形彎曲缺陷以及擠型過程中出現的溫度場、應力應變及材料流速變化，評估擠型模設計。
◆項目挑戰
●材料變形過程復雜，雙焊合室結構造成計算存在一定難度，采用傳統計算方法則計算時間很長。
◆解決方案
●采用ALE算法計算擠型過程。
●快速計算型腔內材料流動，耦合溫度場預測成形缺陷。
◆重要價值
●通過先進的ALE算法能夠快速模擬復雜型材的擠壓過程，預測擠出缺陷，指導擠型模設計。
ALE法鋁型材擠型缺陷分析
■案例二：LAG法擠型分流焊合過程分析
◆項目描述
●通過真實模擬鋁材分流焊合成形過程。
●預測出成形缺陷以及焊縫的形成位置，計算成形力、材料流動及焊合情況。
◆項目挑戰
●材料變形過程復雜，涉及分流焊合過程，單元變形大，計算時間長，焊合過程復雜。
◆解決方案
●采用LAG法模擬真實擠型過程計算材料的分流、焊合及擠出現象，耦合溫度場預測成形缺陷及焊縫位置。
◆重要價值
●通過傳統LAG法能夠預測擠型過程，分析焊合情況，指導焊合模的設計優化。
LAG法擠型分流焊合過程分析
6 旋壓工藝分析方案及應用
◆可進行普通拉伸旋壓、強力旋壓、縮孔旋壓等旋壓工藝的計算；
◆具有專用筒形件、彈殼等深沖壓、旋壓模板，操作方式流程化，簡單易學；
◆具有筒型坯模型及軋具模型自動產生方式；
◆能夠設置多組旋輪的同時運動，實現復雜運動軌跡的計算；
◆復雜及多數量軋具可實現準確自動定位；
拉伸旋壓與強力旋壓成形
◆可完全采用全六面體網格及重劃分技術，保證模擬結果的高精度；
◆優化工具旋轉速度、進給深度、軋具尺寸等參數，預測成形形狀、成形缺陷等。
筒形件減薄旋壓成形
旋壓應用案例：
■筒形件強力旋壓分析
◆項目描述
●對薄壁筒形件的旋壓成形過程進行模擬分析，預測毛刺、壁厚等結果，降低試模次數。
◆項目挑戰
●旋輪運動路徑長、工件壁厚變形大，單元細化程度高。
◆解決方案
●采用滾輪相對運動方式，網格應變細化標準計算材料大變形。
◆重要價值
●通過設定成形工藝過程，預測出筒形件旋壓壁厚、毛坯及應力應變結果，可指導進行工藝優化，從而得到最佳旋壓結果。
筒形件強力旋壓分析
7 切削工藝分析方案及應用
◆實現機加工過程中的結構-熱耦合分析，具有完整的熱傳輸模型，包括熱對流、熱傳導、熱輻射、摩擦生熱、塑性功轉熱、微觀組織潛熱；
◆可進行銑、刨、鉆、車削等機加工分析，可模擬切削屑的產生及流動狀態；
機加工切削屑模擬及刀具應力
◆具有刀具鋼材料數據庫及涂層技術；
◆具有多種車刀、鉆刀模型數據庫及自定義方式，更方便地生成刀具模型；
多種車刀、鉆刀模型數據庫及自定義方式
◆可進行多種加工方式的選擇，實現多工序機加工的流程式分析設置；
◆可按刀具加工路徑編程方式靈活定義刀具的任意路徑，通過多種切削路徑方案優化最佳路徑，提高切削效率。
◆可進行機加工過程中刀具、工件溫度場的分析，獲得升溫數據；
機加工工件溫度場及切削力曲線
◆可進行加工過程刀具控制力的計算；
◆可進行刀具的磨損、疲勞壽命分析；
刀具磨損分析及切削溫度場
◆可進行刀具的應力應變及強度分析；
◆可優化刀具結構及加工工藝參數，包括進給量、切削角度、切削速度及深度等；
◆可進行機加工后機車卸載后的工件變形分析；
◆可計算切削件的殘余應力分布情況；
切削變形分析及切削殘余應力分布云圖
切削應用案例：
■銑削刀具角度優化分析
◆項目描述
●刀具切削角度對切削屑形狀及加工質量影響。
◆項目挑戰
●刀具切削變化角度小，工藝優化范圍要求精確。
●材料變形極大，切削屑壁厚薄。
◆解決方案
●網格自適應細化解決超大變形切削屑難題。
●網格自接觸和裂紋計算獲得準確的切削屑形狀及斷裂現象。
◆重要價值
●預測不同切削角度下的切削屑形狀，優化了切削角度，提高加工質量。
銑削刀具角度優化分析
8 粉末冶金分析方案及應用
◆能夠進行金屬粉末的模壓、粉末燒結、粉末鍛造成形工藝的分析；
◆能夠定義初始松裝密度、分層松裝密度的分布情況；
粉末壓實密度分布云圖
◆能夠任意設置多組模具的不同時刻、不同速度的運動，實現粉末浮動成形控制；
◆成形過程考慮粉末空隙的閉合、粉末的流動；
粉末流速變化曲線
◆考慮粉末與模具的摩擦及壓力機的成形載荷；
◆能夠預測壓實過程的粉末密度變化、應力應變、裂紋、溫度場、體積變化、成形尺寸等結果；
壓實裂紋及應力云圖
◆能夠通過粉末成形的結果優化模具運動方式、模具結構設計、壓實工藝參數；
◆能夠施加溫度環境模擬粉末材料壓實后的燒結過程；
◆預測燒結的各種結果，包括應力應變、體積變化、燒結后的尺寸、燒結密度等結果；
◆能夠進行燒結體的后續鍛造分析，預測粉末鍛造所產生的各種結果；
粉末燒結前后密度變化云圖
粉末冶金應用案例：
■連桿粉末鍛造分析及尺寸預測
◆項目描述
●通過模擬連桿粉末的壓實鍛造過程，預測成形后的密度與尺寸，并與實現數據進行對比，驗證計算準確性，為連桿粉末成形的工藝定型提供指導。
◆項目挑戰
●粉末的流動在壓實過程中因松裝密度問題在壓實過程中變得不易控制，體積收縮造成各部位的成形尺寸變化很大。
◆解決方案
●采用多孔材料模型計算壓實鍛造分析過程。
●基體材料的流動特性結合空隙材料本構特性進行成形密度和形狀的預測。
◆重要價值
●通過分析連桿的粉末鍛造過程，準確預測密度變化及各部位成形尺寸，通過優化成形工藝參數實現所要求的密度及尺寸分布。
連桿粉末鍛造分析及尺寸預測
9 模具強度分析方案及應用
◆能夠進行模具及工具在鍛造、軋制、擠壓、沖壓、切削等過程中的應力分析；
◆具備成形過程耦合模具應力分析方法及一步法模具應力分析法的計算能力；
◆可模擬單個模具及組合模具的受力應力分析；
受力應力分析
◆可考慮模具過盈裝配、滑片裝配等形式的模具應力分析；
◆能夠計算不同過盈量裝配的初始應力分布；
計算初始應力分布
◆分析受力的最大位置，通過等效應力及各個方向的主應力評估模具產生裂紋的趨勢；
評估模具產生裂紋的趨勢
◆通過應力集中位置指導模具的橫向及縱向組合設計；
◆能夠考慮在成形過程中模具的彈性變形對成形結果的影響；
◆可計算成形過程模具的磨損情況，預測磨損量及磨損區域面積；
預測磨損量及磨損區域面積
模具應力分析應用案例
■項目一：模具應力及尺寸優化分析
◆項目描述
●初始模具設計造成其凸模圓角處受力過大，循環成形載荷條件下產生斷裂。重新設計后的模具結構在該處所受力得到降低，很大程度延長了使用壽命。
◆項目挑戰
●成形過程模具受力情況復雜，對于載荷的邊界條件需要完整施加。
◆解決方案
●模擬真實成形過程，計算模具最大受力時刻，獲得模具在成形載荷下的應力結果，通過拉應力數值作為模具產生危險斷裂的判斷標準。
◆重要價值
●通過模具受力狀態分析，預測各部位應力分布情況，優化模具結構從而降低了模具局部應力，延長了模具使用壽命。
模具應力及尺寸優化分析
■項目二：組合模具應力及結構分割優化分析
◆項目描述
●通過模擬初始設計組合模具的應力分布，獲得應力集中部位，根據不同的應力集中分布情況進行模具分割組合設計，從而降低模具應力延長其使用壽命。
◆項目挑戰
●模具組件多，受力狀態復雜，存在各組件間的過盈裝配及滑片裝配條件，接觸現場復雜。
◆解決方案
●采用一步法施加模具受力條件。
●考慮各組件間的過盈及滑片裝配情況，預先計算預應力，獲取環向應力及軸向應力集中位置及數值，采用橫向和縱向組合及改變過盈量的方式進行模具結構優化，降低局部應力。
◆重要價值
●通過分析模具的應力集中情況，指導了模具分割設計，改善了受力狀態，延長了模具使用壽命。
組合模具應力及結構分割優化分析
10 微觀組織分析方案及應用
◆模擬微觀組織在金屬成形過程、熱處理過程及加熱、冷卻過程中的演變；
◆模擬晶粒生長，分析整個過程的晶粒尺寸變化；
◆計算成形及熱處理過程中的回復再結晶現象，包括動態再結晶、中間動態再結晶及靜態再結晶；
◆通過微觀演變預測總體性能，避免缺陷；
◆具有多種組織計算模型，包含典型的JAMK方程、CA元胞自動機、Mesoscale中尺度及蒙特卡洛方程；
熱鍛微觀組織晶粒尺寸云圖
◆用戶可二次開發自己的晶粒演變模型用于微觀組織計算；
◆具有元胞自動機法可現實微觀組織相圖、晶粒尺寸、晶界及晶向，實現微觀組織演變的可視化觀測；
微觀組織演變相圖
◆可通過顯式算法計算金屬斷裂過程的微觀孔洞的形成及組織裂紋；
微觀組織相圖計算
◆預測金屬成形過程中各部位的晶粒尺寸變化及晶粒織構的變形；
金屬成形晶粒尺寸分布
微觀組織模擬應用案例：
■自由鍛過程晶粒組織演變分析
◆項目描述
●自由鍛過程中晶粒的細化有利于提高材料的整體性能，晶粒尺寸的預測能夠指導自由鍛工藝的優化從而獲得更加高性能的產品。
◆項目挑戰
●自由鍛過程中發生回復再結晶現象，隨著塑性及溫度的變化晶粒尺寸發生演變，整個過程從宏觀到微觀具有很大的計算難度。
◆解決方案
●采用CA元胞自動機法耦合自由鍛過程進行分析，考慮結構、熱、微觀組織的耦合計算。
◆重要價值
●通過成形過程的微觀組織分析，預測了晶粒尺寸的演變，通過優化自由鍛工藝獲得理想的晶粒和溫度場數據，有利于提高產品的機械性能。
自由鍛過程晶粒組織演變分析
11 焊接工藝分析方案及應用
◆具有材料的固體塑性焊接工藝分析能力，可實現摩擦焊（攪拌摩擦焊、慣性摩擦焊、壓力焊、旋轉摩擦焊等）、電阻焊（點焊、縫焊、對焊、凸焊）；
電阻焊過程分析摩擦焊過程分析
◆計算焊縫溫度場、應力應變、扭曲變形、焊縫形狀等焊接數據；
◆實現焊接過程焊縫微觀組織的模擬計算，包括晶粒尺寸、回復再結晶、組織相轉變等，評估焊接性能；
◆優化焊接工藝參數，包含焊接位置、焊接順序、壓力、電流、速度、時間等；
縫焊工藝分析
12 其他類型成形工藝模擬應用
沖壓沖裁
熱沖壓成形
管件及內高壓成形
擺碾穿刺
核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標題：金屬體積成形工藝仿真應用案例
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