金属成形工艺数值模拟.doc

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1、金属成形工艺数值模拟什麽是金属成形工艺数值模拟?材料成形工艺数值模拟是这样的一个过程，在这个过程中人们使用专用的计算机软件让计算机对整个成形过程的各种物理量的变化进行数值计算，预测出成形过程中工程师们所关心的各种有用的技术信息，并将最终的计算结果以各种图形或动画的形式直观生动地显示在计算机的屏幕上。从屏幕上人们可以看到工件的详细变形过程，以及各种物理量随空间和时间的变化。如果您的工艺、模具或坯料设计不当，还可以看到由此所产生的各种成形缺陷，如开裂、折叠、过烧与回弹等等。做一次工艺数值模拟，就相当于在计算机上做了一次虚拟的工艺

2、试验。与实际工艺试验相比，它的优势是成本低、周期短，所得到的技术信息更多更全、而且全是定量化的数据。如果您发现模拟出的工件具有某些缺陷，可以根据自己的经验找出产生缺陷的原因，然后对工艺、模具和坯料进行修改。将修改后的数据进行第二次工艺模拟。如此反复直到工艺成功。目前金属成形工艺数值模拟技术已经基本成熟，并在工业中发挥了巨大的作用，给公司带来了丰厚的利润。在世界上很多著名的公司中，金属成形工艺数值模拟已经成为生产中一个不可缺少的的工序。数值模拟的基本原理是什麽？金属成形过程是工件的一个弹（粘）塑性变形过程，有时在这个过程中还伴

3、有明显的温度和微观组织变化。从物理的角度看，无论这个过程多麽复杂，这个过程总可以通过一组微分方程以及相应的边界条件和初始条件表示出来。这组微分方程以及边界条件和初始条件可以根据固体力学、热力学和材料科学的基础理论建立起来。通常，这组微分方程的基本未知量是工件各点的位移、温度和一些用于描述微观组织的物理量。例如，对于普通的冲压过程，由于温度的影响和微观组织的变化可以忽略，因此基本的未知量只是工件各点的位移；而对于热锻过程，温度也应该作为基本的未知量。如果我们可以得到这组微分方程的解，那麽，我们可以根据相关学科的基础理论和基本规

4、律，由所得到的基本未知量计算出其他物理量（例如应力、应变、载荷等）随空间和时间的变化。由于金属成形过程的复杂性，这组微分方程具有极强的物理的和几何的非线性，因此得到这组微分方程的理论解是非常困难的。直到七十年代，随着计算机技术和数值计算方法特别是有限元方法的迅速发展，才使得有可能通过数值计算的方法来求解这组微分方程，从而逐步建立了金属成形工艺数值模拟技术。用计算机语言编写的求解这组微分方程并由基本未知量计算其他物理量全部计算过程的文件就是我们常说金属成形工艺数值模拟软件。做金属成形工艺数值模拟需要客户准备哪些数据?客户需要提

5、供数据包括：工艺参数，坯料、模具的形状尺寸数据和材料性能数据，压力机数据等。对于冲压工艺：材料性能数据只包括板料在室温条件下的力学性能数据，例如：应力应变曲线，n值与r值,成形极限图等。对于锻造工艺：如果客户需要了解模具的变形和应力数据，则还需要提供模具的力学性能数据。如果是热锻，除了需要提供模具和坯料在锻造温度条件下的力学性能数据外，还需要提供模具和坯料在锻造温度条件下的热力学数据。如果客户希望预测坯料的微观组织变化，还需要提供与坯料与微观组织变化有关的数据。　通过金属成形工艺数值模拟,可以得到什么结果?1.金属成形工艺数

6、值模拟可以预测出工件变形的详细过程，并定量地给出工程师们所关心的与变形有关的各种物理量在工件或模具上的空间分布以及随时间的变化。通常这些物理量包括:工件与模具的几何外形、位移、速度、（弹性和塑性）应变、应变率、应力、载荷等。对于热锻，还包括温度以及微观组织（例如：再结晶体积分数和晶粒度）。如果工件为疏松材料，还另外包括材料密度。2.根据上述各物理量的计算结果，我们可以判断出工件是否存在成形缺陷。例如，o对于冲压工艺，您可以从工件外形判断是否起皱，对比成形极限图您可以看到工件哪些位置可能开裂。回弹计算结果直接给出工件各处的相对

7、回弹量。o对于锻造工艺，您可以从工件外形判断是否有折叠，工件是否已经充满模具型腔。从温度分布您可以判断工件温升是否太高，甚至出现过烧。对比破裂准则您可以看到工件哪些位置可能开裂。根据晶粒度分布您可以判断锻件是否出现混晶缺陷等。o如果您发现成形后的工件出现某些缺陷，可能是您的模具/坯料或者工艺的某些参数有问题，您可以根据您的经验对工艺参数以及模具和坯料进行修改，然后再进行工艺模拟，看那些缺陷是否已经去掉。如此反复修改工艺反复模拟直到工件没有缺陷为止。实际上您在计算机上进行了一次工艺优化。这就是说通过金属成形工艺数值模拟，您可以

8、进行工艺设计并最终得到一个经过优化的成形工艺。3.做金属成形工艺数值模拟对企业有什么好处?如上所述，通过金属成形工艺数值模拟，可以进行工艺设计并最终得到一个经过优化的成形工艺。由于这个工艺模拟的计算是根据固体力学、材料科学与数值计算的基础理论进行的，因此这种数值模拟过程原则上与进行工艺试验