DEFORM模拟锻造过程中的憋气
deform模拟软件的实例操作与详细介绍
实验一：挤压变形过程数值模拟题目：工艺参数•锻造速度：5mm/s•摩擦系数：剪切摩擦，0.2材料：AL-5083要求•独立完成模拟过程分析，写出详细的分析报告•给出盘形件的等效应力、等效应变及流线分布图•给出载荷曲线答：（1）一、以UG软件作出锻件的三维实体图如图所示，算得其体积V=7086.4369mm3。
从而选择的毛坯为：Φ=25mm,H=15m进行锻造。
二、用CAD软件画出1/2的毛坯、上模、下模平面图，如下图所示：毛坯上模下模（2）：建模过程：将单位定义为公制。
坯料的参数设计，首先定义坯料对坯料进行网格划分：（600个网格）定义材料为AL-5083：定义坯料的边界条件：上模的参数设计：上模定义为刚体下压速度为5mm/s：定义下模，刚体材料调整上模、坯料和下模的位置：定义摩擦系数为0.2：定义步长为0.0158mm/s：对模型进行检查、保存，然后进行计算：（3）后处理结果分析：锻件模拟结果如下，可以看到模腔填充完整，但产生少量飞边。
一、等效应力分析：从应力图可以看到红色区域内承受较大的应力。
二、等效应变：分析：从应变图可以看出在坯料的圆角附近区域，其应变值较大。
三、速度场矢量图：分析：从流线图可以看出，坯料向上下两凹腔和分型面出流动。
四、载荷——行程图：分析：从图中可以看出，开始时随着上模的下行载荷缓慢增加，当坯料圆柱外表面与上下模接触后，载荷随着上模的下行急剧增加，当坯料充满模腔时，载荷达到最大值。
五：流线图：分析：从图中可以看出在坯料中部流线变形很小，随着半径的增大流线越往外弓曲。
实验二：非等温问题数值模拟问题：用实验一的模型对坯料，上下模在锻后温度进行模拟。
其中坯料材料选择AlMgMn ，温度选择3000C ，模具材料选择D5-1U ，温度为1000C 。
（1）具体建模过程如实验一所示，主要区别是对模具的网格划分和坯料与模具、模具与环境、坯料与环境的热交换。
上下模网格划分都是200格，热交换定义如下图：坯料与模具热交换定义：对建立的模型进行检查、保存并计算：（2）后处理：模拟结果如下图所示：有图可以看出，锻件充型完好。
DEFORM-3D锻压模拟基本过程实验报告书
学生实验报告书实验课程名称开课学院指导老师姓名学生姓名学生专业班级2018—2019学年第二学期检查生成数据库文件2．DEFORM求解（Simulator Processer）3．DEFORM后处理（Post Processer）变形过程显示查看状态参量查看载荷—行程曲线退出DEFORM—3D四、实验任务DEFORM-3D锻压模拟基本过程上机操作模拟条件：基本的镦粗成形工序几何体和工具采用整体分析单位：英制（English）工件材料（Material）:AISI-1045温度（temperature）:常温（68F）上模速度:1in/sec模具行程：2.6in完成如下操作分为4个主要部分：（1）建立问题，（2）前处理，（3）模拟计算，（4）后处理。
第二部分：实验过程记录（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）一、前处理1.创建一个新的问题（1）DEFORM-3D软件的打开：选择开始菜单→程序→DEFORM-3D V6.1→DEFORM-3D。
进入DEFORM-3D的主窗口，如图1所示。
图1 DEFORM-3D的主窗口（2）选择File→New Problem命令或在主窗口左上角点击按钮，弹出图2所示的界面。
图2 分析问题类型（3）在弹出的窗口中默认进入普通前处理（Deform-3D preprocessor），单击按钮，弹出图3所示问题位置界面。
图3 问题位置（4）接下来在弹出的窗口中使用默认选项，然后点击按钮。
（5）在下一个界面中输入问题名称(Problem name)block，如图4所示。
单击按钮，就进入前处理模块，如图5所示。
图4 问题名称图5 前处理（6）前处理区域的介绍，如图6所示：图形显示区：该区用于展示几何图形和网格以及工艺分析状况。
物体树区：把分析工艺所包含的坯料和模具名称显示出来。
物体资料输入区：用于设置物体的对应属性，包括基本信息、几何体输入、网格划分、材料分配，边界条件的分配等。
运用Deform有限元分析优化锻造模具设计
软件介绍D eform 是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工艺的各种成形和热处理工艺。
通过在计算机上模拟整个加工过程，帮助工程师和设计人员设计工具和产品工艺过程，减少昂贵的现场实验成本。
提高模具的设计效率，降低生产的材料成本，缩短产品的研究开发周期。
案例分析以下就通过一个案例阐述在实际设计中如何运用D eform 有限元分析来优化锻造工艺及其锻造模具的设计。
图1产品是水龙头的一个重要零件，材质为铅黄铜（C uZn40Pb2），产品重量419克。
锻造工艺有两种方案：①开式模锻，如图2，②闭式挤压，如图3。
运用Deform 有限元分析优化锻造模具设计刘名水图1水龙头重要零件图2开式模锻图3闭式挤压!!!!!!!!!!!对两种方案分别运用DEFROM 进行模拟分析。
DEFROM 软件操作过程：因DEFROM -3D 本身建立几何模型功能较差，难以建立复杂几何模型，且模具设计是用P roe设计，所以就用P roe 建立几何模型。
上模，下模，以及锻造原材料（铜棒）。
用P roe 建好几何模型后，把上模，下模，原材料分别导成.stl 文件。
打开DEFROM -3D 中的DEFROM -F3模块，建立模拟文件，首先进行前处理。
导入之前建立的几何模型（.stl 文件），为了简化计算，不考虑热量在原材料与模具之间的传递，原材料进行网格划分，设定锻造参数：锻造温度700℃，模具温度150℃，摩擦系数0.3，上模移动速度400mm/sec ，上模移动距离等，原材料选择DE -FROM-3D 软件自带材料库里的DI N -CuZn40Pb2。
其中最重要的是注意原材料的网格划分，网格划分越粗，即网格数量越少，模拟计算就越不准确。
相反，网格划分越细，即网格数量越多，模拟计算就越准确，但计算量就越大。
需根据计算机硬件条件及分析需求，合理划分网格数。
前处理设定好，检测数据OK 后，生成待模拟计算数据。
然后进行模拟计算。
3Deform 基本操作
2. 5 设置材料属性
对于那些非刚性材料和考虑传热影响的刚体（ Rigid ）材料，必须按需 要设置材料的属性。 1．在物体列表窗口中选择WorkPiece 2．在前处理控制窗口中，点击Material Properties 按钮 3．在材料属性窗口中，点击标签 Library，选择System Library-SteelAISI 1045 Cold 4．点击按钮Assign material
DEFORM-2D 分析成形过程中平面应变和轴对称等二维材料的流动； DEFORM-3D 分析各种复杂金属成形过程中三维材料流动情况； DEFORM-HT Module 分析热处理过程； DEFORM-Tools 提供加强性工具，包括报告生成器（可进行动画、文化
编辑等）、三维后处理工具（2D计算结果可以显示成3D的方式，并可生成 动画）、计算任务管理工具（允许提交多个计算任务）。
金属塑性成形的前处理
前处理是有限元分析的主要步骤，它所占用的操作 时间占到用户操作时间的80 % ，有很多定义都是 在前处理阶段进行的。前处理主要包括：
• • • • • • 1．几何模型建立或导入 2．网格划分 3．材料定义 4．物体的接触和摩擦定义 5．模拟参数的设定 6. 数据库文件的生成
1.7 存盘退出
1．导入物体之后，用户应该选择File-Save as 或点击按钮 ,保存已有数据到一个Keyword 文件中。 2．如果用户想直接进入练习02，无需退出。否 则，在控制窗口中选择File -Quit, 而后单击 DEFORM-3D系统窗口中的 File-Quit，当被问及 是否真的想退出时，请选择Yes。
DEFORM软件应用实例2
3 -11 锻件有限元网格图
3 -12 锻件终锻截面图
3 -13 不同飞边的 锻件图
分析上面的模拟结果图可以知道， φ78×228mm的坯料足以充满型
腔，锻件没有产生任何缺陷。图3-13中的第一个锻件采用φ75×228mm
的坯料，第二个锻件采用的是φ78×228mm的坯料，从图中两个锻件的
飞边比较来看，第一个锻件的飞边较薄，而第二个锻件的飞边大而且厚，
数设定为0.25，假定模具为刚体，不发生变形。
3.1.2.2 有限元模拟
3.1.2.2.1 坯料优化 模拟首先选用了φ72×223mm的坯料，并经压扁工步压扁30mm，模拟
结果如图3 -18~3-21所示。
图3 -18 坯料压扁状态
图3 -19 锻件终锻状态
图3-20 锻件有限元网格图
图3-21 锻件终锻截面图
件的侧面与飞边的连接处出现了折叠。采用压扁工步合理地分配了坯料的
体积，使坯料更符合金属的变形规律，变形比较均匀，因此锻件质量较好。
3.1.1.2.3 温度场模拟 温度场模拟结果如图3 -15所示。
(a) 锻件温度场
图3 -15 温度场模拟图
(b) 锻模温度场
3.1.2 084锻件
084锻件的锻件图和模具图如图3 -16和3 -17所示。
2、精化坯料尺寸，减少产品和材料的费用；
3、优化锻造工艺、优化锻模设计
4、降低产品成本，缩短新产品研制周期，提高企业的市场竞争力。
DEFORM不同于一般目的的通用有限元模拟软件，其被设计成
适合用于对锻造过程中金属变形的模拟。DEFORM提供了友好的用
户界面，为前处理的数据准备工作以及分析过程提供了方便，该软件
第二部分 UG软件及其与DEFORM间数据交换
DEFORM金属成形及热处理模拟解决方案
DEFORM金属成形及热处理模拟解决方案1DEFORM锻造、拉拔模拟方案DEFORM锻压数值模拟可实现适热、冷、温状态下的自由锻、模锻、开坯、墩粗、拉拔、挤压等成形工艺的仿真分析，提供极有价值的工艺分析数据：➢通过锻造、拉拔全过程模拟，获得成形产品形状及尺寸，有助于分析锻件、管材、棒材等横向缺陷发生的原因；多工步成形过程模拟➢获得成形过程工件应力场、应变场及速度场分布；➢提高模内金属流动现象，分析材料流动规律；➢预测成形缺陷，包括裂纹、拉痕、凹坑、缩径、折叠、填充不足等；裂纹折叠➢可优化工艺参数，包括成形吨位、拉拔力、拉拔速度、润滑方案、锻造温度、拉坯截面形状等；➢分析及优化模具结构，包括模具内腔、模具孔径、孔型，入模锥角等；不同孔径及毛坯的优化➢获得模具应力场数据，分析模具强度，模具磨损。
模具主应力和等效应力2DEFORM轧制模拟方案DEFORM轧制模拟可以实现有色金属及钢等的管材、板材及其他型材的连轧、滚轧、扩孔等工艺，预测成形尺寸、成形缺陷等结果，提供快速全面的工艺优化模拟方案：➢根据工艺流程，实现冷轧、热轧的成形过程，预测成形产品形状及尺寸、有助于分析缺陷的产生。
➢预测轧制过程中出现的折叠、塔型卷曲、壁厚不均、变形扭曲、流线紊乱等轧制缺陷。
➢获得成形过程金属应力、应变、速度、损伤、温度等场变量数据。
应力云图及板型尺寸变化➢分析轧制过程金属流动规律，有助于成形方式的控制。
➢优化工艺参数，包括轧制速度、轧制道次、轧制厚度等。
➢耦合模具应力分析，可判断轧辊发生弹性变形对轧制效果的影响。
➢可模拟复合材料的轧制过程，研究复合材料的成形特型。
3DEFORM微观组织模拟方案DEFORM采用元胞自动机及蒙特卡洛法实现微观组织相图及演变过程的可视化模拟，通过耦合结构及温度，获得成形过程及热处理过程中微观组织的模拟分析，提供多方面的分析方案：➢模拟微观组织在锻造、轧制、自由锻等成形过程、热处理过程及加热、冷却过程的演变；自由锻过程晶粒细化分布（红色为细化部分）➢ 模拟晶粒生长，分析整个过程的晶粒尺寸变化；➢ 计算成形及热处理过程中的回复再结晶现象，包括动态再结晶、中间动态再结晶及静态再结晶；➢ 通过微观演变预测总体性能，避免缺陷；➢ 模拟微观组织相的转变，提供转变时间、转变温度及任一时刻的微观演变结果；马氏体转变率分布云图及残余应力云图 ➢ 用户可二次开发自己的晶粒演变模型用于微观组织计算，验证新的演变模型的可行性；➢ 具有元胞自动机法、蒙特卡洛法等计算方法，可现实微观组织相图、晶粒尺寸、晶界及晶向，实现微观组织演变的可视化观测；➢ 分析成形过程中晶粒织构的变化情况，有助于优化成形工艺；ε =0 ε = 0.01 ε = 0.3 ε = 1.24 DEFORM 热处理模拟方案金属的热处理工艺，主要包括钢的奥氏体化，渗碳，淬火，回火，有色金属的金相固溶沉淀、应力松弛。
DEFORM模拟锻压挤压实验报告
铜陵学院课程实验报告实验课程材料成型计算机模拟指导教师专业班级姓名学号2014年05月11日实验一 圆柱体压缩过程模拟1 实验目的与内容1.1 实验目的进一步熟悉AUTOCAD 或PRO/E 实体三维造型方法与技艺，掌握DEFORM 软件的前处理、后处理的操作方法与热能，学会运用DEFORM 软件分析压缩变形的变形力学问题。
1.2 实验内容运用DEFORM 模拟如图1所示的圆柱坯压缩过程。
（一）压缩条件与参数锤头与砧板：尺寸200×200×20mm ，材质DIN-D5-1U,COLD ，温度室温。
工件：材质DIN_CuZn40Pb2，尺寸如表1所示，温度700℃。
（二）实验要求（1）运用AUTOCAD 或PRO/e 绘制各模具部件及棒料的三维造型，以stl 格式输出；砧板工件锤头图1 圆柱体压缩过程模拟（2）设计模拟控制参数；（3）DEFORM前处理与运算（参考指导书）；（4）DEFORM后处理，观察圆柱体压缩变形过程，载荷曲线图，通过轴对称剖分观察圆柱体内部应力、应变及损伤值分布状态；（5）比较实验 1与2、3与4、1与3和2与4的模拟结果，找出圆柱体变形后的形状差别，说明原因；（6）提交分析报告（纸质和电子版）、模拟数据文件、日志文件。
2 实验过程2.1工模具及工件的三维造型根据给定的几何尺寸，运用AUTOCAD或PRO/E分别绘制坯料、锤头和砧板的几何实体，文件名称分别为workpiece，topdie，bottomdie，输出STL格式。
2.2 压缩过程模拟2.2.1 前处理建立新问题：程序DEFORM6.1File New Problem Next在Problem Name栏中填写“Forging” Finish进入前前处理界面；单位制度选择：点击Simulation Conrol按钮Main按钮在Units栏中选中SI（国际标准单位制度）。
添加对象：点击+按钮添加对象，依次为“workpiece”、“topdie”、“bottomdie”。
deform模拟常见问题
1.我用deform模拟轧制过程时，推动块（pusher）和轧件（slab）再整个运动过程中始终粘在一起，我设置多个轧辊速度都不能使其分离，为什么？请高手指点？（1）你给推动块设置一个速度时间曲线就可以了吧，让它在某一时间停下来，不就分离了2.DEFORM的一些参数跟我们传统理工科的习惯很不一致，导致建模、模拟的时候经常会莫名的出错，而且很难找出问题出在哪里！比如：(1) 边界条件设置（BDRY）中的压强（pressure）——按照我们的习惯，施加在面上的应为压应力（因为是压强嘛），如果想设置为拉应力的话，要取负值；可在DEFORM中却是相反的。
不信你建个简单的立方体模型，上下面加压（正的值），模拟结果很明显是物体被拉长了！(2) 旋转方向设置——如果从旋转轴的箭头方去看，我们通常以顺时针为正；可是在DEFORM中是反过来的！而且有的时候你选了轴，可在用系统选定旋转中心点后（俗称小绿帽），刚刚选好的轴会更改，本来你选的-X，它有时会变成+X（很奇怪！），出现这种情况只能通过正负值的设定来改变旋转方向了。
特别是在轧制、旋压加工的时候，千万要看准工作辊旋转方向！(3)边界条件设置（BDRY）中的力（force）——这地方的正负值仅仅是决定方向的，更值得注意的地方是：有时候你设置的拉力或张力在生成DB文件的时候不写入的（可能是DEFORM有个许可范围，你设置的值溢出了），也就是说你的边界力是没有加上去的，模拟的时候为零。
还要注意，你输入的力值是加在每个所选的节点上的，举例：你想在面上加载100kN的力，面上节点数为100，这时你在力值的输入窗口所写的值应为1kN。
类似的细节问题还有很多，一不小心或稍有不熟悉就可能出问题，而且很难排查出，最伤人了！(1)正应力—拉、负应力—压是常识呀；旋转方向的判别采用右旋定则，即右手握住旋转轴，大拇指伸直与旋转轴正向一致。
3.我用Dform 3D进行轧制模拟，起初用稳态ALE模型，但是轧件扭曲很严重，计算很快就终止了。
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DEFORM模拟锻造过程中的憋气
模锻件生产过程中，最常见的缺陷之一是未充满模具型腔，其中主要原因有结构设计上的不合理，造成模具中的气体在金属流动过程中被过早封闭于型腔内，无法及时排除型腔，尤其润滑液较充分的时候，影响更加明显。
目前大部分金属成形仿真软件实际计算过程中，并没有由于憋气造成未充满缺陷，这给工艺人员判断是否会存在憋气造成未完全充满型腔缺陷的直观判断造成困扰。
DEFORM模拟仿真软件是目前世界上最著名的金属成形仿真软件，它能够模拟金属整个成形及热处理过程，预测各个阶段可能出现的缺陷，分析产生缺陷的原因，帮助工艺人员在工艺及模具设计阶段提前修正和优化。
未充满型腔缺陷也是DEFORM能够精准预测的缺陷之一，该缺陷的精准性模拟主要体现在能够区分模拟有排气孔、无排气孔憋气、无排气孔憋油的充满型腔的结果。
DEFORM憋气模拟原理是以变形体与模具构成一个型腔的封闭情况和气体或油的体积模量来计算，如下图1所示，当构成这样一个封闭的型腔时（红色圈区域），通过理想气体定律，工件表面将增加一个压力，最终轻微的未充满被标记，如图2所示，通过高亮的绿色接触点可以看到。
在这个案例中，即使两个物体已经被完全挤到一起，但仍然有细微的裂缝存在。
图1 受压作用下的体积
图2 最终状态下带有轻微未充满的体积
下面是一个简单的墩粗案例，当不考虑不憋气影响时，墩粗高度为88.5217mm，如果考虑了憋气的影响，墩粗高度为88.426mm，高度略低。
但如果同时考虑了润滑油的影响，墩粗高度只有73.1683mm。
图3 不考虑憋气影响
图4 考虑憋气影响
图5 憋油影响
我们再看一个复杂模锻件如果考虑了憋气与憋油的影响，模拟计算结果如下：图6为不考虑憋气影响的模拟结果，与图7考虑憋气影响的模拟计算结果模具型腔充满性基本相同，完全充满了模具，但图7飞边部位的接触情况更加接近实际生产结果，而图8是考虑了润滑较充分的情况下憋油的影响，未充满区域较多，
与实际生产完全一致，生产时需要采取适当的润滑措施。
图6 不考虑憋气影响的模拟结果
图7憋气对模拟结果的影响
图8 憋油对模拟结果的影响。