simufact.forming管材加工（穿孔斜轧/三辊轧管/芯棒拔长）模拟讲座

一直以来想做一个方面的专题，以解决大家平时模拟中的一些疑惑，也起到一个抛砖迎玉的作用，让大家多多参与讨论，今天给大家介绍管材加工的模拟，主要是采用 simufact.forming软件。对于软件的基本操作这里就不详细叙述了，可以参考我以前的帖子.
大家都知道，常见的管材加工方式有连铸连轧、穿孔斜轧及芯棒拔长。高性能管材的精加工一般通过减径减壁轧制，两辊的三辊的都有。方式各不相同。本次讲座主要结合simufact.forming软件对穿孔斜轧、三辊轧管及芯棒拔长等三种工艺的模拟仿真需要注意事项进行讲述。
首先给出这三个案例的cad模型，大家有兴趣的可以自己动手做一做。

一、穿孔斜轧模拟注意事项

钢管的穿孔斜轧示意图如图所示，原始坯料为圆柱体钢棒，上下两个倾斜轧辊主动旋转，后方推料板推动坯料前进，咬入后靠轧辊旋转带动坯料进给，坯料前端有一个子弹头似穿孔芯模，一般芯模中要通冷却水，如果模型做的精确一些，可以把子弹头芯模也划分网格，考虑为变形体，中间设置一个物体，模拟冷却水的作用，进行换热，这样可以分析子弹头芯模的应力。这里为了模型的简化，就直接考虑成刚体了。左右两边还有两个挡板，起到支撑坯料的作用。
运动分析：推板推动坯料往前进的平动（设置弹簧实现），上下两个轧辊的主动旋转（定义旋转轴和转速），中间子弹头芯模的被动旋转（定义被动旋转边界条件）这里对于如何设置这些运动和旋转就不做详细讲解了。可以参考以前我的帖子：simufact强力旋压模拟教程 http://forums.caenet.cn/showtopic-507999.aspx
我们主要对穿孔斜轧仿真建模时需要注意的地方，或者说与其它工艺模拟，设置不同的地方。
需要注意的有一下几个地方：
1、中间子弹头芯模的被动旋转边界条件设定，定义局部坐标系后，始终是局部坐标系的Z轴。关于如何定义主动旋转轴和局部坐标系可以参考以前的帖子：simufact强力旋压模拟教程、simufact径轴向环轧模拟教程
2、采用ringmesh划分坯料网格，工件初始为圆柱体，后期变形后变成管材。采用ringmesh划分回转体网格比较简便，有网友反映，采用ringmesh划分网格，得到的结果不太精确，最好采用overlay hex划分网格，这里提醒大家的是，虽然采用overlay hey划分出来的网格计算结果较好，但是网格划分的参数一定要设置好，如图所示，假设原来厚度方向的网格尺寸为4mm。但是最终的管材壁厚只有8mm，那么很明显，厚度方向只有两层网格了，最好将初始厚度方向的网格尺寸定义为2~3mm。这样保证管材厚度方向有三层网格。

建议大家采用overlay hey网格里面高级菜单。如图所示两个参数，设置恰当，可以划分出较好的网格。平衡计算效率和结果精确度。

3、本案例中推料板的驱动为弹簧，施加一定的力来推动，常见的还可以定义一定的速度。图示为弹簧设置，弹簧的设置可以参考阿毅的2012阿毅锻压仿真系列讲座-SimuFact.Forming_dieSpring设置说明 http://forums.caenet.cn/showtopic-523871.aspx
4、另外就是关于时间步长的定义，simufact里面提供了计算工具，所以我们只需要在主动旋转的模具上拾取点，软件会自动计算，关于这点在旋压的教程中有介绍。




如果有其它问题，可以跟帖留言
二、三辊轧管

管材的精加工一般用轧制，这里举的案例为三辊轧管，关于这个案例的详细教程在Simufact 在材料成型与控制工程中的应用一书中有详细讲解，有兴趣的可以购买本书了进行学习。
推板推动坯料往前运动。
本案例复杂的地方在于三个轧辊的运动定义，每个轧辊的运动均是多段曲线复合而成，且往复运动，我们可以结合excel来编辑运动轨迹，然后导入simufact中。文件中已经包含定义好的轨迹文件。有兴趣的可以下载了看看。
三、芯棒拔长

芯棒拔长属于自由锻的一种，主要用于大型管材粗加工。在芯棒拔长的模拟中难点主要在为一个多道次的往复过程。但是simufact软件提供了芯棒拔长的设备，做起来很较为容易，但是有几个需要注意的地方。
1、设备定义，参数主要都是和实际工艺相关的，如果是做这种工艺的，大家一看应该就能明白，如果看不懂，可以把软件切换成繁体中文。意思也能明白的差不多了，如果还不明白，请参考simufact软件安装目录下的Program Files\simufact\forming\11.0\doc文件夹下的simufact.forming_kinematics_11.0_en.pdf文件，里面对设备的参数含义做了详细的说明，我这里就不一一解释了。

2、需要在坯料中间插入一点，因为芯模带动坯料旋转需要这一点做基准点参考。

3、需要对芯模设定一个弹簧，芯模每次随坯料下压后，在弹簧的支撑下带动坯料弹起。

4、注意采用kinematics里面的设备时，模型的中心点一般都有要求，芯棒拔长需要模型的几何中心与芯棒的几何中心重合。请大家在建模的时候注意。
如果大家有其它不明白的地方，欢迎留言讨论哦。