最新Deform_6.1_齿轮坯模锻模拟 2

一．DEFORM软件介绍DEFORM系列软件是由位于美国Ohio Clumbus的科学成形技术公司（Science Forming Technology Corporation）开发的。

该系列软件主要应用于金属塑性加工、热处理等工艺数值模拟、它的前身是美国Battelle实验室开发的ALPID 软件。

在1991年成立的SFTC公司将其商业化，目前，Deform软件已经成为国际上流行的金属加工数值模拟软件之一。

其主要软件产品有：1. DEFORM-2D（二维）适用于各种常见的UNIX工作站平台（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微机平台。

可以分析平面应变和轴对称等二维模型。

它包含了最新的有限元分析技术，既适用于生产设计，又方便科学研究。

2. DEFORM-3D（三维）适用于各种常见的UNIX工作站平台（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微机平台。

可以分析复杂的三维材料流动模型。

用它来分析那些不能简化为二维模型的问题尤为理想。

3. DEFORM-PC（微机版）适用于运行Windows 95，98和NT的微机平台。

可以分析平面应变问题和轴对称问题。

适用于有限元技术刚起步的中小企业。

4. DEFORM-PC Pro（Pro版）适用于运行Windows 95，98和NT的微机平台。

比DEFORM-PC功能强大，它包含了DEFORM-2D的绝大部分功能。

5. DEFORM-HT（热处理）附加在DEFORM-2D和DEFORM-3D之上。

除了成形分析之外，DEFORM-HT还能分析热处理过程，包括：硬度、晶相组织分布、扭曲、残余应力、含碳量等。

二．模锻模拟2.1 问题描述与分析本文通过对齿轮坯成形过程进行数值模拟，分析齿轮坯锻件在成形过程中的金属流动、变形力和应力分布规律，预测成形过程中可能出现的锻件缺陷，提出影响齿轮坯成形的开式锻模工艺参数，同时通过对成形工艺过程的模拟仿真分析，克服传统经验的不足，实现填充良好、变形力较小、锻模使用寿命高等优化的目标，为齿轮坯锻件的实际成形工艺提供理论依据及技术支持，指导齿轮坯锻件的锻造生产。

本文把齿轮坯的制备过程分为两步，即镦粗和模锻，如下图所示。

第一步镦粗第二步：模锻成形2.1 DEFORM-3D模拟过程（1）创建一个新的题目面如下图所示。

正确安装DEFORM 6.1后运行程序DEFORM-3D，其界Array点击或从New Problem建立新的题目。

弹出如下窗口。

默认为Deform-3D preprocessor不用更改。

点击Next，选择Other location，选择预设的程序存储地址。

注意：路径不能包含中文！点击Next，输入Problem Name，如chilun。

点击Finish，完成新题目的创建，自动进入前处理窗口，其创建的文件类型为key。

（2）前处理2.2.1模拟控制参数设置前处理操作窗口如下图所示，由图形显示窗口、物体显示及选择窗口、物体参数输入窗口组成。

物体显示及选择窗口图形显示窗口物体参数输入点击快捷按键，或Input Simulation Controls进入模拟控制参数设置窗口。

Units选择框中选择UI国际制单位，弹出提示框时点OK，Reset all the values to new unit system defaults。

在Simulation Title中可设定标题如chilun。

点击OK，完成模拟控制参数设置。

2.2.2导入毛坯几何文件Deform可导入的文件格式为stl。

可由UG等建模软件生成。

软件默认第一物体为workpiece即毛坯。

Geometry选项卡中点击Import Geo…导入预先生成的文件mapi.stl。

可在图形显示窗口中看到导入的几何体。

其默认物体属性为Plastic，温度为20℃，不用修改。

2.2.3对毛坯进行网格划分在Mesh选项卡中，Number of Elements选项中输入网格数目。

网格数目根据毛坯尺寸和模拟精度要求设置，数目过多影响模拟计算速度，数目过少影响模拟效果。

此实例设定为10000。

点击生成网格。

2.2.4设置毛坯材料在General选项卡中点击进入材料库。

可在物体显示及选择窗口中看到毛坯材料属性为AL-1100,COLD。

毛坯的参数设置完成。

2.2.4导入上模点击建立新几何体，其默认为Top Die即上模。

同毛坯的导入一样，在Geometry选项中点击Import Geo…，导入预先生成的top die1.stl，注意此时导入的上模已经与毛坯位置相匹配，这是因为在UG整体建模中已将上、下模及毛坯位置匹配。

在General选项卡中可以看到上模默认属性为刚体Rigid，不做修改。

2.2.5设置上模运动参数在Movement选项卡中Constant Value输入上模运行速度，此实例采用5mm/sec。

在Direction选取上模运行方向，可通过观察图形显示窗口中的坐标系确定运行方向，此坐标系与UG 建模时坐标系相一致。

2.2.4导入下模同上模导入一样，点击建立新几何体后，默认即为Bottom Die，在Geometry 选项中点击Import Geo…，导入预先生成的bottom die.stl。

此时，所以几何体均导入成功。

其整体效果如下图，可点击工具栏视图快捷键观察不同视图效果。

2.2.5设置物间联系虽然模具和毛坯已成功导入且位置相匹配，但是个物体之间是相互独立，没有任何联系的，需要通过设置摩擦和创建接触来使各物件之间发生联系。

点击工具栏快捷键，弹出Inter-Object对话框。

点击Edit…，进入参数设置，如下图。

Separation与Friction Type均采用默认，Constant点击下三角，选取Cold forming 0.12，设置完成。

点击Close返回上层对话框，点击Apply to other relations，将摩擦条件应用于所以物间关系。

在Contact BCC选择区，点击Generate all，生成物间接触。

此时，物间联系设置完成，点击OK退出。

2.2.6设定模拟步长和步数点击快捷按键，或Input Simulation Controls进入模拟控制参数设置窗口。

选择Step选项卡，Solution Step Definition选择With Die Displacement，设定步长一般为变形体单元长度的1/3，比较容易收敛，节省时间。

变形体单元长度可通过Check Mesh读出。

步数根据上模行程和步长来确定，起始步按默认-1，设置每两步保存一次，点击OK完成设置。

此时所以参数设置已经完成，点击保存。

2.2.7生成数据库文件点击工具栏快捷键或Input Database打开数据库生成对话框。

数据库文件的默认存储路径为之前创建项目的存储路径，点击Check，对话框中出现Database can be generated说明没有错误可生成文件，点击Generate生成数据库文件，点击Close退出对话框。

此时，前处理已经完成，点击退出，前处理窗口2.3开始模拟退出前处理窗口后返回到DEFORM主窗口，点击运行快捷键或Simulator中Run，开始模拟。

通过Message栏可观察每步的数据情况。

模拟结束后打开后处理界面观察变形情况如下图所示2.4进行模锻模拟2.4.1 加载数据库1)在DEFORM主界面中，单击“chilunpi.DB”,使其高亮显示，接着单击主界面右上角的“Pre Processor”栏的“DEFORM Pre”进入前处理界面。

2)弹出数据库中模拟步选择对话框，询问要打开数据库中的第几个模拟,此处选择第130步,即模拟过程的最后一个序列步，单击OK按钮。

2.4.2 更换凸模和凹模1）激活对象树中的“Top Die”,使之高亮显示，单击Geometry按钮，在弹出的对话框中单击Import Geometry按钮，弹出输入几何对象的对话框，选择Top die2文件，完成凸模几何模型输入。

2）重复上述步骤，激活对象树中“Bottom Die”完成下模的替换。

结果如图所示。

2.4.3 设置模拟控制初始条件2.4.4 设置模拟控制信息2.4.5 定义驱动条件2.4.6 生成数据库文件及分析求解点击工具栏快捷键或Input Database打开数据库生成对话框。

数据库文件的默认存储路径为之前创建项目的存储路径，点击Check，对话框中出现Database can be generated说明没有错误可生成文件，点击Generate生成数据库文件，点击Close退出对话框。

此时，前处理已经完成，点击退出，前处理窗口2.4.7开始模拟退出前处理窗口后返回到DEFORM主窗口，点击运行快捷键或Simulator中Run，开始模拟。

通过Message栏可观察每步的数据情况。

模拟结束后打开后处理界面观察变形情况如下图所示2.5 后处理及结果分析模拟完成以后，点击Post Processor中DEFORM-3D Post进入后处理窗口，由图形显示窗口，图形显示选择窗口，图形显示控制窗口组成。

通过动画播放按钮可观察模具运动和工件成形过程，通过改变视图可使显示更清楚。

右击图形显示选择区的物体名称Turn off 可隐藏物件，以便观察。

点击Single Objectmode 或Multi Object mode可设置显示模式。

2.5.1 齿轮坯的等效应力分析等效应力场分布反映了变形过程中材料内部之间的作用力，其大小影响加工过程中金属流动、晶粒尺寸、模具受力等一系列问题。

下图是墩粗一模锻阶段的等效应力分布图。

从图可以看出，坯料墩粗工步时发生了很大的塑性，致使在镦粗结束后，坯料保持了较高的应力，齿轮坯心部是高应变区域，其等效应力场分布特点是由内向外沿径向方向逐渐变小最后趋于平稳，等效应力场分布比较均匀；从图可以看出，墩粗工步后的坯料进入模锻模膛，由于模锻模膛的结构比较复杂，致使圆饼形坯料再次发生较大的塑性变形，总之，随着压下量的增大，等效应力也随之增大，在整个成形过程中应力分布比较均匀，变形齿轮坯上较大的塑性变形可以保证齿轮坯有较高的强度和刚度，以承受工作时复杂的交变载荷。

图形显示窗口图形显示选择窗口图形显示控制窗口镦粗结束后的等效应力模锻结束后的等效应力2.5.2 凸模载荷-行程分析点击工具栏快捷键弹出Graph对话框，Plot objects选取Top Die，可选择不同单位N或tone，点击OK，生成载荷-行程曲线。

为了获得良好的金属流线并满足预锻工步需要的坯料形状和尺寸而采用墩粗工步。

在墩粗工步中圆柱坯料上端首先与动模表面开始接触，随着动模的移动，坯料高度减小，径向尺寸增大，上图为变形力一行程曲线，可以清楚地看到，变形力随着动模的移动逐渐增大，此时变形金属处于较弱的三向压应力状态，变形力较小。