deform-3d在温挤压中的应用

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1、Deform-3D在温挤压中的应用林喜佳（广东工业大学，材料与能源学院，广东省广州市，510006）摘要：Deform（DesignEnvironmentforForming）是一套基于有限元分析的工艺仿真系统，用于分析金属成形及相关工业的各种成形工艺和热处理工艺。本文通过利用Deform3D有限元软件对泵盖的挤压进行数值模拟，通过网格划分、有限元方法（FEM）求解器和点追踪等功能的应用，对速度、应力和应变进行分析，从而得到金属成形过程的流动规律，温度场、力学场分布以及成形件可能存在的问题。关键词：Deform；金属成形

2、；温挤压-6-Deform是一套基于有限元分析的工艺仿真系统，用于分析金属成形及相关工业的各种成形工艺和热处理工艺。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。　　随着新工艺、新技术、新设备和新产品的不断更新，挤压工艺面临着越来越大的挑战。与此同时，各行业对成形件的质量和精度的要求也越来越高，生产的成本越来越低。于是，计算机辅助工程分析作为计算机分析方法已成为共识，它是提高挤压水平的重要技术手段。1Deform概况及功能Deform不同于其他

3、有限元程序，它是专为金属成形设计的。它具有非常友好的图形用户界面，帮助用户很方便地进行准备数据和成形分析。这样工程师便可把精力主要集中在工艺分析上，而不是去学习繁琐的计算机系统。Deform专为大变形问题设计了一个全自动的、优化的网格再划分系统。Deform是一个高度模块化、集成化的有限元模拟软件，它主要包括前处理器、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集合信息的输入、成形条件的输入，建立边界条件，还包括有限元网格自动生成器；模拟器是集弹性、弹塑性、刚塑性、热传导于一体的有限元求解器；后处理器是将

4、模拟结果可视化，并输出模拟结果数据。Deform的功能主要包括成形分析和热处理两部分：⑴成形分析：①冷、温、热锻的成形和热传导耦合分析，提供材料流动、模具充填、成形载荷、模具应力、纤维流向、缺陷形成和韧性破裂等信息；②丰富的材料数据库，包括各种钢、铝合金、铜合金、钛合金等，用户还可以自行输入材料参数；③刚性、塑性和热粘塑性材料模型，特别适用于大变形成形分析；弹塑性材料适用于分析残余应力和回弹问题。⑵热处理：①模拟正火、退火、淬火、回火、渗碳等工艺过程；②预测硬度、晶粒组织成分、扭曲和含碳量；③可以输入顶端淬火数据来预测最

5、终产品的硬度分布；④可以分析各种材料的晶相，各种晶相都只有自己的弹性、塑性、热和硬度属性。Deform用来分析变形、传热、热处理、相变和扩散之间复杂的相互作用，各种现象之间相互耦合，拥有相应的模块之后，这些耦合将包括由于塑性变形引起的升温、加热软化、相变控制温度、相变内能、相变塑性、相变应变、应力对相变的影响以及含碳量对各种材料属性产生的影响等。[1]2泵盖的挤压工艺分析计算如图1所示泵盖，材料20钢-6-图12.1优化零件根据已知条件，为了使其适于挤压，可将四个螺孔和外围的阶梯部分填充，得到一个杯形零件，通过反挤压工艺

6、实现，然后再挤压之后通过机械加工方法得到孔和台阶，同时去除加工余量。由图挤压后变形程度为：此时的凸模单位挤压力已经达到2100MPa左右，采用冷挤压时总挤压力已经达到4400MPa，可见本零件的成形不能采用冷挤压工艺，而采用温挤压工艺比较合适。2.2坯料的体积与尺寸计算根据优化后的零件形状，温挤压毛坯的体积可以按照变形前后体积不变定律来计算。制定本挤压件时，将加工余量留在端盖两端，经查表取高度为20-30毫米的挤压件加工余量取3mm，因此坯料高度取为28+3=31mm。为了减少模具出现在锐角处的应力集中，在零件过度处应设

7、有足够大的圆角半径，其值由表1可得。表1毛坯的体积计算过程如下：所以毛坯的高为即得到毛坯的尺寸为：坯料尺寸如图2所示，图22.3挤压温度的选择如图3所示为常见碳钢的成形温度与压缩变形抗力的关系曲线。从图中可见，各种不同的材料在600-800℃之间变形抗力都下降较大，在800℃以后，下降趋势明显减慢，同时考虑到温度越高氧化越严重，因此温挤压温度常选择在600-800℃范围内而且要避开蓝脆温度。因此选择该挤压件温挤压温度为700℃。图3-6-2.4温挤压坯料的加热考虑到材料加热后的膨胀，毛坯加热后的直径可按下公式计算根据表2

8、可得线胀系数取为表2经计算，由于温挤压是一种金属材料少无切削的成形工艺，对挤压件的尺寸精度和表面质量的要求较高，在加热前必须将坯料上的毛刺、油污、氧化皮等去除。2.5模具的预热和冷却为了避免加热后的坯料与室温时的模具接触产生内应力，并且降低坯料的塑性，需对模具进行预热。可用烧红的钢块放在模具上进行预热到左右，主要是模