工字鋼成形過程模擬

在軋制工字鋼、槽鋼等帶凸緣的異型斷面型鋼時,傳統(tǒng)上最多的加工方法多采用二輥孔型、直軋孔型、彎腰式孔型、彎腰大斜度式孔型以及蝶式孔型等孔型系統(tǒng),輔助Abaqus軟件進行有限元仿真分析,可以對孔型橫斷面上各處變形進行精確模擬,能夠有效解決軋輥、動力消耗大,產(chǎn)品尺寸精度、軋制效率等問題。

“L”型鋼材軋制過程

軋制過程中,軋件在變形區(qū)內(nèi)的軋制壓力分布是影響軋制力及軋輥各部位磨損程度的主要因素。目前關(guān)于軋制壓力的研究比較多,已經(jīng)有許多經(jīng)典的公式對其進行了描述,關(guān)于L型鋼軋制壓力分布規(guī)律方面的研究還需進一步完善。Abaqus顯示動力學(xué)有限元模擬的方法,對在不同變形參數(shù)條件下的軋制過程進行實時數(shù)值模擬,得出了軋件表面的軋制壓力分布規(guī)律,表面關(guān)鍵點的位移、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度值,而且可以得到整個軋件的變形和溫度場等更全面的信息,從而使新產(chǎn)品開發(fā)和現(xiàn)有工藝的改進建立在更科學(xué)、更可靠得基礎(chǔ)上,對現(xiàn)場生產(chǎn)提供必要的借鑒信息。

此外,Abaqus有限元模擬還可應(yīng)用在:金屬擠壓、拉拔過程分析、板帶熱軋過程變形分析、型鋼冷軋、熱軋過程(包括粗軋、精軋)變形分析、中厚板控制冷卻、棒線材控制冷卻、鋼軌在線淬火工藝中溫度場分析等。
         

飛剪過程

先進制造技術(shù)的不斷發(fā)展,在冷熱加工之間,加工、檢測、物流、裝配過程之間,設(shè)計、材料應(yīng)用、加工制造之間,其界限均逐漸淡化,逐步走向一體化。飛剪作為鋼材軋制過程中必要的環(huán)節(jié),其分析的精確性直接影響到后續(xù)的工藝流程。Abaqus良好的處理非線性問題的性能可以為該流程中每一道環(huán)節(jié)提供技術(shù)保障。

厚板材輥壓成形過程的模擬
 

 

局部單元和節(jié)點的變形信息

彎管成形過程的模擬

在航空、航天、汽車結(jié)構(gòu)中大量存在著各種管道零部件,可能涉及到不銹鋼、特種鋼、合金、橡膠、復(fù)合材料、高分子材料等一種或多種材料并存,力學(xué)性能從簡單線彈性到極端復(fù)雜的各向異性。一些特殊用途的管道可能還具有連續(xù)屈服特征,無明顯的屈服平臺,延伸率非常大,明顯的各向異性,橫向拉伸的屈服強度、抗拉強度及彈性模量均比縱向拉伸的高等特性。往往,結(jié)構(gòu)的截面形狀和尺寸對抗拉強度也有一定的影響,而對屈服強度影響不大,同時,由于材料內(nèi)部的缺陷引起的沿厚度方向強度降低和橫向拉應(yīng)力的作用,斷裂時在結(jié)構(gòu)特定區(qū)域出現(xiàn)分層開裂等。在實際分析中,往往需要作適當(dāng)簡化,但這種數(shù)字化的模擬卻是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)必不可少的步驟之一。此外,管道分析還包括天然氣管道,城市給排水管道等實際應(yīng)用。

圓錐管成形

據(jù)估計,切削加工約占機械制造工作量的30%~40%,全世界每年約有1億噸鋼料通過刀具切削而成為切屑,全世界每年切削加工耗資約2500 億美元。對產(chǎn)品的加工過程進行模擬與仿真,預(yù)測產(chǎn)品的加工質(zhì)量、制造周期、使用性能等,以便及時修改設(shè)計,縮短產(chǎn)品的研制周期,獲得最佳產(chǎn)品質(zhì)量、最低生產(chǎn)成本和最短開發(fā)周期。

鈑金成形過程的模擬

沖壓成形的模擬

沖壓是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力,使之產(chǎn)生塑性變形或分離,從而獲得目標(biāo)形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。全世界的鋼材中,有60~70%是板材,其中大部分是沖壓工藝成形。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片,鍋爐的汽包、容器的殼體、電機、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產(chǎn)品中,也有大量沖壓件。

液壓成形的模擬

自1990年代起管件液壓成形 (Tube Hydroforming) 或稱管件內(nèi)高壓成形(Internal High Pressure Forming) 技術(shù)受到工業(yè)界及學(xué)術(shù)界極大矚目而蓬勃發(fā)展,目前已成為國際間汽車產(chǎn)業(yè)主流制造技術(shù)之一,包括:德國雙B、VW、AUDI、OPEL,美國GM、FORD、CHRYSLER,日本TOYOTA、HONDA、NISSAN、SUBARU、MAZDA、MITSUBISHI,韓國KIA、Hyundai等均已投入生產(chǎn)或試量產(chǎn),主要應(yīng)用為底盤件、車身結(jié)構(gòu)件與排氣系統(tǒng)零組件,在其它產(chǎn)業(yè)應(yīng)用亦不斷擴大中,前景十分廣闊。

起皺模擬

由于塑性成形工藝影響因素甚多,有些因素如摩擦與潤滑、變形過程中材料的本構(gòu)關(guān)系等機理尚未被人們完全認識和掌握,因而到目前為止還未能對各種材料各種形狀的制件成形過程作出準(zhǔn)確的定量判定。正因為大變形機理非常復(fù)雜,使得塑性成形研究領(lǐng)域一直成為一個充滿挑戰(zhàn)和機遇的領(lǐng)域。Abaqus擁有豐富的材料本構(gòu)模型和單元類型,在處理高度非線性問題方面性能卓越,一直為廣大工業(yè)和研究客戶所信賴。圖示為某航空油箱成形過程中起皺現(xiàn)象的仿真模擬。

掉底模擬

在傳統(tǒng)工藝分析和模具設(shè)計中,主要依靠工程類比和設(shè)計經(jīng)驗,經(jīng)過反復(fù)試模修模,調(diào)整工藝參數(shù)以期望消除成形過程中的產(chǎn)品缺陷如局部破裂等,僅僅依靠類比和傳統(tǒng)的經(jīng)驗工藝分析和模具設(shè)計方法已無法滿足高速發(fā)展的現(xiàn)代金屬加工工業(yè)的要求。因此,現(xiàn)代金屬成形工藝分析過程中,建立適當(dāng)?shù)摹斑^程模擬”非常重要。掌握諸如摩擦條件、材料性能、工件幾何形狀、成形力等工藝參數(shù)對成形過程的影響,設(shè)計工程師可以正確地設(shè)計模具和選擇加工設(shè)備,并預(yù)測和防止缺陷的生成。

超塑性材料的深沖壓成形模擬

目前幾乎所有的金屬材料,如鋅、鋁、銅、鉛、錫、鎳、鈦、鎂、鎢、鋯等有色金屬及碳鋼、合金鋼、不銹鋼等鋼鐵材料中都發(fā)現(xiàn)有超塑現(xiàn)象,很多材料都在生產(chǎn)中獲得了應(yīng)用。如電子、儀表、紡織、機械、汽車、航空航天及工藝制品等行業(yè)中獲得了應(yīng)用,尤其在航空上用得更多,美國在戰(zhàn)斗機、轟炸機上廣泛使用超塑成形的鋁合金、鈦合金零件,在B-1B重型轟炸機上用量達11,550磅,為其鋁、鈦結(jié)構(gòu)件重量的15%。
Abaqus 提供了多種本構(gòu)模型適用于對各種超塑性材料的研究。

多次成形過程的模擬

隨著模擬中的一些關(guān)鍵技術(shù)的進一步發(fā)展及計算機硬件水平的提高,數(shù)值模擬在加工成形中的應(yīng)用越來越接近真實流程,模擬工作逐步從模擬簡單零件轉(zhuǎn)向模擬復(fù)雜零件,從模擬單工步成形轉(zhuǎn)向模擬多工步成形,從單純的金屬流動模擬轉(zhuǎn)向溫度場等多方面的復(fù)合模擬。Abaqus的分析步正好體現(xiàn)了這樣的概念-模擬真實的世界。

點焊、線焊過程的模擬

焊接技術(shù)發(fā)展至今,已經(jīng)廣泛應(yīng)用在航空航天、汽車、船舶、電子等行業(yè)。Abaqus具有強大的熱固耦合分析功能,包括:穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)和瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析,順序耦合熱固分析,完全耦合熱固分析,強制對流和輻射分析,熱界面接觸,摩擦生熱等等?？梢远x從簡單彈塑性模型到隨溫度變化材料常數(shù)的熱塑性、熱硬化性、高溫蠕變等復(fù)雜材料模型,來模擬金屬、聚合物、復(fù)合材料等電子材料的熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)。

復(fù)雜結(jié)構(gòu)的技術(shù)處理

技術(shù)突破:采用實體殼單元模擬復(fù)雜的殼結(jié)構(gòu),比傳統(tǒng)殼單元更精確。

退火過程的模擬

型鋼軋制退火過程是一個非常復(fù)雜的彈塑性大變形過程, 既有材料非線性、幾何非線性, 又有邊界接觸條件非線性變化, 因此其變形機理非常復(fù)雜, 難以用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)關(guān)系式來描述。Abaqus軟件提供了復(fù)雜的非線性分析程序,且擁有功能強大的子程序接口。因此無論是從計算收斂性、精確程度的角度,還是從方便程度的角度,均有較高的優(yōu)選價值。

鍛造過程模擬

Abaqus提供了強大的處理非線性的功能?？梢阅M鍛造成形過程中的局部大位移、大轉(zhuǎn)動,以及復(fù)雜的接觸算法(包括剛體-剛體,剛體-變形體,變形體-變形體,其中剛體表面還可以是解析剛體面),并可以實時計算相應(yīng)的模具反力。