第一节 Deform 模拟软件功能介绍

1 、 Deform － 3D 有限元分析软件介绍

• Deform （ Design Enviroment for Forming ）有限元分析系统是美国 SFTC 公司开发的一套专门用于金属塑性成形的软件。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。

2 、 Deform 有限元分析软件的功能

• 分析冷、温、热锻的成形和热传导耦合• 液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和机

械压力成形 • 温度、应力、应变等值线的绘制。• 模拟正火、退火、淬火、回火、渗碳等工

艺过程 • 预测硬度、晶粒组织成分、含碳量

3. Deform 系统结构 • Deform 软件是一个高度模块化、集成化的有限元

模拟系统，它主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。

• 前处理器：• 主要包括三个子模块（ 1 ）数据输入模块，便于

数据的交互式输入。如：初始速度场、温度场、边界条件、冲头行程及摩擦系数等初始条件；（ 2 ）网格的自动划分与自动再划分模块；（ 3 ）数据传递模块，当网格重划分后，能够在新旧网格之间实现应力、应变、速度场、边界条件等数据的传递，从而保证计算的连续性。

• 模拟器：• 真正的有限元分析过程是在模拟处理器中

完成的， Deform 运行时，首先通过有限元离散化将平衡方程、本构关系和边界条件转化为非线性方程组，然后通过直接迭代法和 Newton － Raphson 法进行求解，求解的结果以二进制的形式进行保存，用户可在后处理器中获取所需要的结果。

• 后处理器：• 后处理器用于显示计算结果，结果可以是

图形形式，也可以是数字、文字混编形式，获取的结果可为每一步的有限元网格；等效应力、等效应变；速度场、温度场及压力行程曲线等。

4 、前处理功能操作

5 、后处理功能操作

第二节 锻压模拟

一、实验目的• 熟悉模拟软件 Deform 的基本操作。• 认识锻压过程中材料各部位的变形情况。

二、实验内容与步骤• 实验内容• 主要探讨不同锻压速度和摩擦条件对合

金锻压结果的影响。

• STL 格式三维 CAD 文件的准备（如图 所示），包括锻压工件、上模、下模三部分。

• 三维 CAD 文件的系统导入和网格划分

• 设置模具的运动

• 模拟控制设定

• 对象间关系设定

• 生成数据库文件

• 锻压模拟运算

• 后处理与结果分析

第三节 旋转对称形状零件镦粗模拟

一、实验目的• 熟悉旋转对称零件锻粗模拟过程• 认识锻压过程中材料各部位的变形情况。

• 实验内容• 主要介绍如何利用问题的对称性简化模拟

过程。对于对称体来说，模拟其成形过程，可以取整体的 1/2 、 1/4 、 1/8或者更小的体积来进行模拟，从而节省模拟的时间，提高解题精度。

• STL 格式三维 CAD 文件的准备

• 设定对称边界条件

• 对象间关系的设定

• 设定模拟控制参数

• 旋转对称零件镦粗后处理

第四节 工件与外界热传导模拟

一、实验目的• 熟悉如何模拟热传导过程• 认识模拟过程中材料各部位的温度变化

情况。

• 实验内容• 主要介绍如何进行工件的热传导模拟，对

工件中各部分温度随时间的变化情况有所认识。

• 设定模拟控制类型

• 设定模拟控制参数

• 三维 CAD 文件的系统导入和网格划分• 由于是对称零件，因此只需导入上模和方环的 1/4 模型。在 Deform 软件中，网格划分方式有两种，一种是相对网格划分，即用户指定固体单元数量，无论物体的形状多么复杂，单元的数量必须恒定。一种是绝对网格划分，由系统决定网格划分的总数，随着物体形状的复杂，单元的数量会随之增加。本例采用绝对网格划分方式。

• 定义工件的对称和传热边界条件

• 定义传热边界条件

• 工件与外界热传导后处理结果

第五节 热模锻成形模拟

一、实验目的• 熟悉如何模拟变形过程中存在热传导的

过程。• 认识模拟过程中材料各部位的变形和温

度变化情况。

• 实验内容• 道钉成形过程属于热模锻成形，在变形过

程中存在热传导现象，本例中为了准确的模拟其成形过程不仅要模拟其锻造过程，还要模拟其热传导过程。

• 模拟控制设定• 打开变形分析开关（ Deformation ）和热传

导开关（ Heat Transfer ），此时两种分析均被激活，热力耦合分析被建立。

• 模拟总步数的确定与工件的最小网格和上模压下量有关。在本例中模拟过程上模压下量是 0.75in ，工件的最小网格平均尺寸为 0.06in ，所以取 0.25 （最小网格尺寸的1/3 到 1/2 ）作为计算步长，通过计算步长，用上模总压下量除以计算步长得到总模拟步数为 30 步。

• 三维 CAD 文件的系统导入和网格划分

• 对上模具和下模具进行温度设定和网格划分及边界条件设定

• 对象间关系设定

• 定义工件和模具的变形及热传导边界条件

• 下模的对称面及热传导边界条件设置如图所示，上模的设置方式与下模相同

• 定义上模运动并生成数据库文件• 模具运动方向为－ Z轴，运动速度为 2in/s 。

• 后处理结果

• 通过模拟可以分析模具所受载荷信息，下图为上模 Z向载荷预测图。竖直线代表序列步，交点就是此序列步时上模具所受的载荷。

第六节 大型锻件连续加热模拟

• 实验内容• 金属在锻前加热时，应尽快达到所规定的始锻

温度，但如果温度升得太快，由于温度应力过大，可能造成坯料开裂，相反，升温速度过于缓慢，会降低生产率，增加燃料消耗等。加热规范是指金属坯料从装炉开始加热完了整个过程，对炉子温度和坯料温度随时间变化的规定。在实际生产的加热过程中，不能对大型锻件的各个部位进行跟踪测温，因此应用 Deform 模拟软件对大型钢锭的加热曲线进行模拟，根据模拟的结果就可以了解加热过程中大型钢锭各个部位温度的变化情况。

• 设定模拟控制类型，如图所示。由于本例没有涉及到工件的变形，因此模拟类型只选择热传导，操作序号选择 1

• 参数设定• 工件温度设定为 30℃ ，对称面及与环境进

行热传导面的选择如图所示。在参数设定中，工件与环境的换热系数的设定是非常关键的，这关系到模拟结果的准确性。

• 模拟步数的确定

• 第一阶段模拟结果

• 第二阶段用 3h升温到 875℃ 模拟

• 模拟步数的确定

• 第二阶段模拟结果

• 第三阶段工件在 875℃ 保温 3h 模拟

• 第四阶段模拟结果

• 第五阶段模拟结果

第七节 切削加工的模拟分析

一、实验目的• 介绍利用 Deform 软件对切削加工过程进

行模拟• 学会如何利用 Deform建立切削加工模型

• 实验内容• 模型如图所示。工件旋转，刀具径向和轴向给进，达到层层切削工件表面的目的。 Deform － 3D 软件专门提供了一个模拟切削、钻削的平台。

• 下图为该软件模拟中的切削模型，该模型分别用进给量（ Feed ）、表面加工速度（ Surface speed ）、背吃刀量（ Depth of Cut ）三个主要参数来描述切削加工过程。

• 进入切削前处理界面，如图所示

• 设定工作条件• 选择加工方式为旋转加工（ Turning ），选择国际单位制（ System International ），选择整体使用国际单位制。

• 给出加工参数：表面加工速度 400mm/min ，背吃刀量 0.5mm ，进给率 0.3mm/r 。

• 刀具设定并进行网格划分

• 选定工件材料和网格

• 模拟条件设定

• 刀具特性分析设置 • 点击 Die stress Analysis 进入刀具特征分析

界面。

• 刀具网格和约束设置

• 后处理分析• 刀具应力、变形量• 选择Machining － 1.DB 文件进入后处理界面（如图）。从刀具的等效应力分布图可以看出，只有刀尖处切削金属，所以应力集中在切削刀尖处 。选择 Displacement 下Total Disp ，通过刀具刀尖棱线位移变化大小，来反映出刀具的塑性变化情况。从模拟结果可以看出最大变化量为 0.00299m 。

• 查看刀具磨损情况

• 工件的应力情况• 选择Machining.DB 文件进入后处理界面。可

以查看不同步数工件的等效应力图，可以看出距离刀尖最近的金属应力值最大，最大值为1300Mpa 。

第八节 钢管热扩实例

• 实验目的• 对钢管高温下扩大口径过程进行模拟。• 正确认识制定大尺寸锻件锻前加热规范

的重要性。

• 实验内容• 无缝钢管在工业生产中用途广泛，运输管道、矿井等大口径无缝钢管的需求量很大，所以用Deform 软件模拟钢管的成形过程和状态参数，对分析钢管成形性能及指导实际生产具有重要的现实意义。

• 模型工作原理：工件加热到高温，模具在驱动力的作用下沿着一定的方向进给，挡圈挡住工件的另一端，工件在锥形模具的作用下把工件的直径扩大

• 三维 CAD 文件的系统导入

• 工件划分单元网格

• 设定模拟控制参数，如图所示。• 模拟步长数默认为 100 步，本例中模具前

进 500mm ，模具速度为 30mm/s ，每一步增量为 0.167 。

• 设定驱动条件• 该模型需要锥模沿轴向运动，由于斜面越来越大从而把钢管口径扩大，所以要给出锥模运动速度和运动方向。

• 设定接触条件

• 设定计算过程补偿量

• 后处理分析• 查看等效应力

• 查看破坏和变形速度

第九节 大锻件初轧过程模拟

• 实验目的• 熟悉如何模拟大锻件拔长过程• 掌握初轧过程中工件、模具的工艺参数

设定步骤。

• 实验内容• 大型锻件锻造，不仅能够得到一定形状和尺寸，更重要的是通过锻造可以改善钢锭的铸态组织，提高锻件的力学性能。铸造出来的钢坯内部存在许多缩孔和疏松，需要通过锻造来提高材料内部的致密性，本例利用 Deform 软件的初轧向导介绍方形坯料初轧的模拟过程，从而对初轧再次加热和变形过程参数的设置有更深刻的理解。

• 创建新项目，如图所示

• 设定公差• 选择英制单位，弹出如图所示对话框，胎

具是初轧时，支撑工件的零件，如果用户不使用此零件，可以加入自己的支撑件。其余四项是模拟时的公差值。

• 设置材料及关键文件• 模拟需要一个用户关键文件（ USER －

HT.KEY ），需要这个文件的目的在于方便用户在文件中添加操作关键字，如果用户没有特殊的操作关键字，可以提供一个命名为 USER － HT.KEY 的空文档。

• 设置轧件几何形状、定义尺寸

• 轧件网格划分

• 设置模具几何形状、定义尺寸

• 模具网格划分

• 模具参数设定

• 设置胎具几何形状、定义尺寸

• 模具网格划分

• 胎具参数设定

• 初轧工艺操作流程设定• 进入工艺操作流程设定后，用户可以根据

提示添加再次加热的操作。这是因为坯料经过 1道次轧制后，轧件温度降低很快，需要再次加热。

• 设置 1道次参数

• 进刀过程热交换参数设定

• 进刀过程变形参数设定

• 设置 2道次参数• 设置 2道次进刀过程热交换及变形参数• 设定方法和 1道次类似

• 模拟预览及创建主文件• 可以观测每一模拟步中模具的位置、胎具

的位置

• 初轧模拟后处理

第十节 高温压缩过程的再结晶模拟

• 实验目的• 熟悉如何模拟高温压缩中再结晶过程• 掌握再结晶过程中实验参数的设定步骤

• 实验内容• 再结晶过程是材料成型过程中非常重要的一个环节，它对组织控制起着至关重要的影响。又因为一般再结晶过程发生时温度比较高，又影响再结晶过程的实验参数比较多，它们之间的相互关系比较复杂，所以实验时难以准确的得知再结晶过程是如何产生及进行的。本例利用Deform 软件对高温硬质合金在高温压缩过程中的再结晶现象进行模拟，从而对再结晶过程有着更加深刻的理解。

• 本实验过程分为两个部分，第一部分为高温压缩过程，第二部分为等温过程。

• 模型的建立以及网格的划分

• 模块的选择• 因为要模拟高温压缩的再结晶过程，所以

在 Mode 设置中要勾选 Heat Transfer ， Deformation ， Grain 三个选项，缺一不可。

• 模拟参数的设定

• 设定实验材料的原始状态，例如原始晶粒尺寸，平均晶粒尺寸，原始的再结晶率是多少等。

• 压头参数的设置• 压头的温度设置与实验材料一致。然后选

中 Movement选项卡，设定压头的运动方向，运动速度等

• 接触条件的设置

• 等温过程的参数设定

• 按照原先做等温模拟的步骤，继续进行设定即行，但是下面几点请注意：– 在 simulation Control 的 Mode 中还是要选择

Heat Transfer,Deform ,Grain 三个选项。– 在 simulation Control 的 Operation Number 设定为 2 以示与变形过程的 1 进行区分。

– 实验材料对外的传热系数要求设定。– 压头的运动不要忘了取消。

• 高温压缩再结晶模拟结果

第十一节 钢板热轧过程中轧制力的有限元模拟

• 实验目的• 1 、熟悉钢厂热轧生产的过程• 2 、熟悉如何模拟钢板的热轧过程• 3 、掌握热轧模拟过程中工件、模具的工艺参数设定

• 实验内容• 轧制生产是钢厂生产环节一个十分重要的环节，轧制工艺

不仅关系到钢板尺寸的控制，而且还与钢板性能有着紧密的关系。在轧制工艺中，轧制力是一个非常关键的因素，在轧制过程中，由于钢板温度的降低，应变速率的增大，应变量的增大都会使得轧机轧制力的增大，但是轧机的轧制力是有范围的，不允许在轧制过程中超过轧机的轧制力，所以通过轧制过程的计算机模拟，对轧机的轧制力进行预告能够很好的指导轧制工艺的制订。本例利用 Deform 软件对钢板热轧过程中轧制力进行了模拟计算，从而对钢厂的热轧生产过程有着更进一步的了解。

• 模型的建立

• 模型边界的设定• 接触面上的摩擦采用剪切摩擦模型 , 摩擦因

子取 0.3 。对于热边界条件 , 取环境温度为25 ,℃ 带钢辐射率为 0.7,轧件与轧辊热交换系数为 11kw/m2·k ，轧件与空气对流换热系数 20 w/m2·k ，为了更加真实的模拟现场，设定轧件速度 1m/s( 从轧辊转速可得 )

• 轧板塑性、温度、材料设置

• 轧棍刚性、温度、材料设置

• 轧板与轧辊摩擦系数及热传导设置

• 轧板环境、空气对流、热辐射设置

• 轧板速度设置

• 轧辊转速及转轴方向设置

• 轧制力模拟结果