Deform3D软件支持的球头铣刀铣削仿真分析_程凤军
DEFORM软件介绍
DEFORM-3D的简介Deform（Design Enviroment for Forming)有限元分析系统是美国SFTC公司开发的一套专门用于金属塑性成形的软件。
通过在计算机上模拟整个加工过程，可减少昂贵的现场试验成本，提高工模具设计效率，降低生产和材料成本，缩短新产品的研究开发周期。
Deform软件是一个高度模块化、集成化的有限元模拟系统，它主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。
前处理器:主要包括三个子模块（1）数据输入模块,便于数据的交互式输入.如：初始速度场、温度场、边界条件、冲头行程及摩擦系数等初始条件;(2）网格的自动划分与自动再划分模块;（3）数据传递模块，当网格重划分后，能够在新旧网格之间实现应力、应变、速度场、边界条件等数据的传递,从而保证计算的连续性。
模拟器：真正的有限元分析过程是在模拟处理器中完成的,Deform运行时，首先通过有限元离散化将平衡方程、本构关系和边界条件转化为非线性方程组,然后通过直接迭代法和Newton－Raphson法进行求解，求解的结果以二进制的形式进行保存,用户可在后处理器中获取所需要的结果后处理器：后处理器用于显示计算结果，结果可以是图形形式，也可以是数字、文字混编形式，获取的结果可为每一步的有限元网格；等效应力、等效应变;速度场、温度场及压力行程曲线等DEFORM软件操作流程(1）导入几何模型在DEFORM-3D软件中,不能直接建立三维几何模型，必须通过其他 CAD/CAE软件建模后导入导DEFORM系统中，目前，DEFORM—3D的几何模型接口格式有: ①STL:几乎所有的CAD软件都有这个接口.它由一系列的三角形拟合曲面而成。
②UNV：是由SDRC公司（现合并到EDS公司）开发的软件IDEAS制作的三维实体造型及有限元网格文件格式,DEFOEM接受其划分的网格。
③PDA:MSC公司的软件Patran的三维实体造型及有限元网格文件格式。
基于DEFORM_3D的钛合金切削过程有限元仿真
80
90
图5
fz = 0.7 mm/z 时切削速度对切削力的影响
说明了切屑的形成过程。通过 DEFORM- 3D 模拟的结果展示 了工件材料在刀具的作用下发生变形， 产生切屑， 切屑逐渐与 工件分离， 并发生卷曲变形的过程。
表 3 和表 4 为背吃刀量 ap、 每齿进给量 fz 和切削速度 Vc 对切削力 Fy 影响程度的数据分析。
觶
觶觶 觶 觶觶
m
（1 ）
式 （1 ） 中， A、 B、 n、 C 和 m 是由材料自身决定的常数； Tm 为材料的熔点； Tr 为室温； ε 0 为参考应变速率；等号右边第一 部分表示应变 ε 对流动应力 σ 的影响，第二部分表示应变速 率 ε 对流动应力 σ 的影响，而最后一部分表示温度 T 对流动 应力 σ 的影响。 本文中 TC4 材料模型采用的 J- C 模型为： 軈 軍 =觶 軈)0.375 觶 σ · 1+0.0394 ε 968.88+567.17(ε 觶 ε0 代分析得来的。
700
500
300
20
40 60 切削速度 Vc(m/min)
80
图4
1600 切削力 Fy(N)
fz = 0.3mm/z 时切削速度对切削力的影响
ap=0.5mm ap=1mm
1100
2
仿真及结果分析
图 2 中的显示了刀具切削加工过程的仿真过程，同时也
600 20
30
40
50 60 70 切削速度 Vc(m/min)
钛合金 TC4 的物理力学性能参数[3]
泊松比 0.307 热膨胀系 热导率 λ 比热容 c 数 w(m/K) [w(m/K)] [J/(gK)] 7.89 7.89 9.01 9.3 9.24 9.39 9.4 5.44 6.7 8.79 10.47 12.56 14.24 15.49 0.678 0.691 0.703 0.741 0.754 0.879
【阅】DEFORM-3D v5.0 基本操作指南_南昌航空大学材料学院分析
由于某些材料属性与温度相关，所以即使在整个模拟过程中温 度并不变化，仍需要给物体设置一适当的温度值，否则可能得 不到正确的模拟结果。 在物体窗口中选中1号物体 Workpiece，点击General按钮,在 弹出的输入物体温度窗口中，输入70（单位华氏摄氏度）。
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
2.7 定义物间关系
1．在前处理控制窗口的右 上角点击 Inter object… 按 钮 会出现一个提示，选择Yes 弹出Inter Object窗口。 2．定义物间从属关系：在 v5.0中，系统会自动将物体 1和后面的物体定义为从属 关系(Slave - Master)，即 软的物体为Slave，硬 的物 体设为Master
2.8 设置模拟参数
1．在前处理控制窗口的右上角选择按钮 进入Simulation Control窗口 2．选择左侧第二个选项Step进行模拟步数和步长的设定。 3．设置Number of Simulation Steps:20；除非模拟意外终止，否则程序将 运行至20步。设置 Set the Step Increment to Save: 2．这里的意思是每2 步保存一次，这是避免每步都保存，造成数据文件过大． 4．前面设置了20步，但每一步的含义还没有明确，在下面设置With Constant Die Displacement为0.13. 这个数值是根据变形体单元长度的1/3 来估算的。一般模拟都用这个比例，比较容易收敛而且又不会浪费时间。 这样上模将向下(- Z)运动1.6in 5. OK关闭该窗口
基于DEFORM-3D的7075铝合金铣削仿真与实验研究
基金项目：国家自然科学基金（５１６０５２０７） 收稿日期：２０１８年 １２月
本文应用 ＣＡＴＩＡ软件建立刀具和待切削模型 的三 维 方 案，运 用 ＤＥＦＯＲＭ３Ｄ 软 件 对 铝 合 金 Ａｌ７０７５Ｔ３５１切削过程中的切削力和扭转力进行分 析，通过改变不同切削参数分析出最佳组合方案，最 后选用最佳切削数据进行试验验证。为该材料生产 加工提供了合理的切削参ｎｇＹｉｎｇｊｉｎｇ，ＬｉＧｕｏｃｈａｏ，ＬｉｕＨａｎｙａｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｍａｃｈｉｎｅｔｏｒｓｉｏｎｆｏｒｃｅａｒｅｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓｔｈａｔｃａｕｓｅｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｐａｒｔｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｓｏｍｅｔｈｉｎｗａｌｌｐａｒｔｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｕｓｉｎｇＤＥＦＯＲＭ３ＤＪｏｈｎｓｏｎＣｏｏｋ，ａｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｕｓｉｎｇｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈ ｏｄ（ｆｅｍ）ｆｏｒＡｌ７０７５Ｔ３５１ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｂｅｓｔｃｕｔｔｉｎｇｄｅｐｔｈ，ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｌｏｏｋｉｎｇｆｏｒｔｈｅｂｅｓｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｔｏｏｌ ｌｉｎｅａｒｖｅｌｏｃｉｔｙｓｃｏｐｅ，ｓｔｕｄｙｉｔｓｂｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｔｒｅｓｓｃｕｒｖｅ，ｕｓｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄａｔａｃｕｒｖｅｃｏｎｔｒａｓｔｃｕｒｖｅｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａｔｏｖａｌｉｄａｔｅｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，Ａｌ７０７５Ｔ３５１ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒｔｈｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．
Deform模拟软件功能介绍
4、前处理功能操作
5、后处理功能操作
第二节 锻压模拟
一、实验目的 • 熟悉模拟软件Deform的基本操作。 • 认识锻压过程中材料各部位的变形情况。
• 定义工件的对称和传热边界条件
• 定义传热边界条件
• 工件与外界热传导后处理结果
第五节 热模锻成形模拟
一、实验目的
• 熟悉如何模拟变形过程中存在热传导的 过程。
• 认识模拟过程中材料各部位的变形和温 度变化情况。
• 实验内容
• 道钉成形过程属于热模锻成形，在变形过 程中存在热传导现象，本例中为了准确的 模拟其成形过程不仅要模拟其锻造过程， 还要模拟其热传导过程。
第一节 Deform模拟软件功能介绍
1、 Deform－3D有限元分析软件介绍
• Deform（Design Enviroment for Forming） 有限元分析系统是美国SFTC公司开发的一 套专门用于金属塑性成形的软件。通过在 计算机上模拟整个加工过程，可减少昂贵 的现场试验成本，提高工模具设计效率， 降低生产和材料成本，缩短新产品的研究 开发周期。
• 实验内容
• 模型如图所示。工件旋转，刀具径向和轴 向给进，达到层层切削工件表面的目的。 Deform－3D软件专门提供了一个模拟切 削、钻削的平台。
• 下图为该软件模拟中的切削模型，该模型 分别用进给量（Feed）、表面加工速度 （Surface speed）、背吃刀量（Depth of Cut）三个主要参数来描述切削加工过程。
• 三维CAD文件的系统导入和网格划分
deform分析报告.
课程名称材料成型数值模拟仿真实验名称利用DEFORM3D模拟镦粗锻造成型成绩实验者专业班级组别同组者实验日期年月日第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）一、实验目的1）了解认识DEFORM-3D软件的窗口界面。
2）了解DEFORM-3D界面中功能键的作用。
3）掌握利用DEFORM-3D有限元建模的基本步骤。
4）学会对DEFORM-3D模拟的数据进行分析。
二、实验原理DEFORM-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。
如：材料流动、模具填充、锻造负荷、模具应力、晶粒流动、金属微结构和缺陷产生发展情况等。
DEFORM- 3D功能与2D 类似，但它处理的对象为复杂的三维零件、模具等。
不需要人工乾预，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。
DEFORM- 3D模型来自CAD系统的面或实体造型（STL/SLA）格式。
DEFORM -3D 是一套基于工艺模拟系统的有限元系统(FEM)，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，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、挤压、镦头、轧制,自由锻、弯曲和其他成形加工手段。
三、实验步骤1．DEFORM前处理过程（Pre Processer）进入DEFORM前处理窗口。
了解DEFORM前处理中的常用图标设置模拟控制增加新对象网格生成材料的选择确立边界条件温度设定凸模运动参数的设置模拟控制设定设定对象间的位置关系对象间关系“Inter-Object”的设定生成数据库退出前处理窗口2．DEFORM求解（Simulator Processer）3．DEFORM后处理（Post Processer）了解DEFORM后处理中的常用图标。
DEFORM的车削仿真案例
本次演示一个基于DEFORM的车削案例1 新建一个车削问题2 设置完Operation name之后选择机加工类型为Turning（车削），另外几个分别为铣（milling）、镗（boring）、钻（drilling）。
3 设置刀件切削速度250mm/s，切削深度0.3mm，进给量0.35mm/rev。
4 设置环境温度为20℃，空气对流传热系数保持默认，摩擦系数设为剪切摩擦0.5，刀件与工件的传热系数设为45.5 选择系统内置的TNMA332刀具，当然用户也可以通过Define a new tool来导入自己的刀具模型，支持STL格式。
通过Edit position来调整刀具的位置。
6 选择车刀角度，Side cutting Angle（主偏角）back rake angle 前角side rake angle副前角，除了导入自带的参数，用户可以通过Create a new toolholder自己设置对应参数。
具体这些参数修改会有什么变化如下图所示：7 给车刀划分网格8 设置工件基本参数。
9 设置工件长度为7mm。
Curved model可以生成一个圆环。
当然也可以通过Import Geometry来自己导入工件模型。
10 给工件划分网格，设置最小单元尺寸为0.06mm，尺寸比例为7。
11 给工件赋予材料，通过Import material from liabrary从材料库中导入相应材料。
12 设置模拟步数为10000，每25步存储一次，规定切削长度为3.5mm，也就是工件的一半长度。
注意，当设置了切削长度，那么步数就无效了，可以尽可能往大了设，当满足切削长度之后程序自动停止。
下面的刀具磨损模型采用的Usui模型，具体参数需要参照实验校准，其与所使用的材料和车削工艺有关。
13 查看结果后处理可以查看切削过程中，应力，应变，温度等的变化以及切屑的形态。
等效应力的变化等效应变的变化温度的变化。
DEFORM软件介绍
DEFORM-3D的简介Deform（Design Enviroment for Forming）有限元分析系统是美国SFTC公司开发的一套专门用于金属塑性成形的软件。
通过在计算机上模拟整个加工过程，可减少昂贵的现场试验成本，提高工模具设计效率，降低生产和材料成本，缩短新产品的研究开发周期。
Deform软件是一个高度模块化、集成化的有限元模拟系统，它主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。
前处理器：主要包括三个子模块（1）数据输入模块，便于数据的交互式输入。
如：初始速度场、温度场、边界条件、冲头行程及摩擦系数等初始条件；（2）网格的自动划分与自动再划分模块；（3）数据传递模块，当网格重划分后，能够在新旧网格之间实现应力、应变、速度场、边界条件等数据的传递，从而保证计算的连续性。
模拟器：真正的有限元分析过程是在模拟处理器中完成的，Deform运行时，首先通过有限元离散化将平衡方程、本构关系和边界条件转化为非线性方程组，然后通过直接迭代法和Newton－Raphson法进行求解，求解的结果以二进制的形式进行保存，用户可在后处理器中获取所需要的结果后处理器：后处理器用于显示计算结果，结果可以是图形形式，也可以是数字、文字混编形式，获取的结果可为每一步的有限元网格；等效应力、等效应变；速度场、温度场及压力行程曲线等DEFORM软件操作流程（1）导入几何模型在DEFORM-3D软件中，不能直接建立三维几何模型，必须通过其他CAD/CAE软件建模后导入导DEFORM系统中，目前，DEFORM-3D的几何模型接口格式有: ①STL:几乎所有的CAD软件都有这个接口。
它由一系列的三角形拟合曲面而成。
②UNV:是由SDRC公司(现合并到EDS公司)开发的软件IDEAS制作的三维实体造型及有限元网格文件格式，DEFOEM接受其划分的网格。
③PDA:MSC公司的软件Patran的三维实体造型及有限元网格文件格式。