有限元铝合金镦粗变形过程应变场分布的研究模拟(8)
2.5 DEFORM-3D 在冷镦方向应用
DEFORM-3D 软件冷镦方面的应用如图3,图中是一自由镦粗的锻压。毛坯为45 钢,尺寸为Φ100mm×200mm,镦粗温度为20℃,镦粗设备为液压万能材料试验机。网格单元数预划分为6000 个,体积采用罚因子补偿。模拟可以掌握金属镦粗的情况:镦粗与高径比的关系,掌握出现鼓形与上下砧和工件之间摩擦系数关系。掌握变形应力的残余集中大小、金属的应变大小、材料的性能,为下道次把好毛坯关。
图2.1 冷墩
图2.2、2.3是在Deform-3D平台上的网格变形图（圆柱起始高度（step1）为30，镦粗后（step50）为15），
图2.2 三文镦粗初始网格划分（step=1） 图2.3 三文镦粗过程中的网格（step=50）
图2.4为应力分布等高线，图2.5为应变分布等高线，
图2.4 三文等效应力分布图（step=50） 图2.5 三文等效应变分布图（step=50）
，图2.6为个示意图等高线数据，图2.7为模拟的镦粗压力行程曲线。
图2.6 等效应力、应变等高线对应值 图2.7 Deform-3D 1/4圆柱三文镦粗压力行程曲线
3铝合金镦粗变形过程应变场分布的研究
3.1 引言
铝合金材料在镦粗变形过程中通过了解应变场分布，可制定出合理的变形工艺，从而改善其力学性能，提高生产效率，节约成本。
通过实际实验的方法能够得到模型体材料内部应变场的分布，但由于受到实验条件和其他一些外界因素的限制，所以实际试验相对比较复杂和繁琐。相比于实验研究,计算机数值模拟研究则具有明显的优越性。数值模拟能够全面显现镦粗变形过程的应变场分布,对于研究变形规律及其影响因素相当有利。
本文采用数值模拟的方法对镦粗变形过程应变场分布进行观察和研究，分析工艺条件对坯料内部应变场分布的影响，从而制定合理的镦粗工艺。
3.2 建立有限元模型
首先建立实体模型：由于在 DEFORM-3D 软件中，不能直接建立三文几何模型，必须通过其他 CAD/UG 等外部软件建模后导入导 DEFORM 系统中。本模拟实验中均采用UG软件建立三文实体模型再以.STL格式导入至DEFORM软件中进行模拟实验。
UG中建立的实体模型尺寸为：φ30×50mm的铝合金6061半圆柱体（为了观察圆柱体内部应变场的变形规律，沿圆柱体纵向中心平面线将圆柱体剖开，取其1／2的半圆柱进行分析）。同时在半圆柱体上下建立φ50×15mm的圆柱体。将3个部分分别以.STL格式保存，做为模拟所需的Work piece、Top Die和bottom Die。由此建立的有限元实体模型如图3.1所示。模拟温度为20℃。
图3.1 半圆柱体坯料镦粗工艺的实体模型
接着对工件进行网格划分，完成实体模型建立后，采用四面体单元格对工件进行网格划分，由于上下模板为刚体，故不进行网格划分。划分单元时应该注意以下几点：一般情况下单元越小，计算精度越高，但是随之而来的是计算时间和费用的增加，应在保证精度要求的前提下，力求采用较少的单元数，本次模拟网格数为15000。划分网格后的半圆柱体坯料有限元模型如图3.2所示。