DEFORM Spinning轮毂旋压仿真新技术

上海安世亚太

2021年6月29日 11:15

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背景

旋压加工是一种非常特殊的成型加工方法，具备高速旋转及高应变率的特点。在轮毂的生产加工过程中，与铸造加工和锻造加工不同，它综合了挤压、拉伸和弯曲等多种特征于一身，共同来完成各种回转体零件的缩口、卷边和胀形等工艺。众所周知，旋压技术作为无屑型金属成型工艺的一种，具有很多优良的特征，比如节省材料、加工设备简单和成本低等诸多优点被广泛应用在民用和军用企业中。

在旋压技术和旋压设备迅速发展的同时，使用有限元软件进行模拟仿真分析应运而生，为旋压成型工艺方案的评判和优化提供理论依据。目前，大多学者都是使用通用有限元分析软件来进行轮毂旋压工艺过程的模拟仿真。针对轮毂旋压成型模拟仿真普遍存在如下一些问题：

■ 模拟计算时间非常长，普通软件基本需要数周时间才能计算完毕，企业难以接受；

■ 几何模型简化太多，与实际结果差异较大；

■ 前处理过程操作复杂，对使用人员要求较高；

软件功能

Deform是一个基于有限元方法的工艺模拟系统，专门用于分析各种金属成型和热处理工艺，可以提供极有价值的工艺分析数据。典型的Deform应用包括锻造、旋压、热处理和其他的成型加工手段。经过三十多年的发展，Deform软件具有着卓越的准确性和稳定性，而且易于使用，模拟引擎在大流动、行程载荷和产品缺陷预测等方面同实际生产相符，保持着令人叹为观止的精度，被国际成型模拟领域公认为处于同类型模拟软件的领先地位。

针对于旋压成型仿真分析，Deform软件具备以下功能：

■ 可进行普通拉伸旋压、强力旋压、缩孔旋压等旋压工艺的计算；

■ 具有Spinning，Flowforming旋压类型的专用模块及操作流程；

■ 具有专用筒形件、弹壳等深冲压、旋压模板，操作方式流程化，简单易学；

拉伸旋压及流动成型工艺模板

■ 具有筒型坯模型及轧具模型自动产生方式；

■ 能够设置多组旋轮的同时运动，实现复杂运动轨迹的计算；

■ 复杂及多数量轧具可实现准确自动定位；

旋压模具定位

■ 可完全采用全六面体网格及重划分技术，保证模拟结果的高精度；

■ 具备Lagrange，ALE，Explicit等计算方法，快速实现复杂旋压过程分析；

■ 可任意定义旋轮旋压路径，通过空间运动轨迹或G代码进行设置或导入；

■ 具有拉伸旋压多道次旋压模拟功能，可以一次性设置旋压流程表，实现全流程模拟；

■ 优化工具旋转速度、进给深度、旋轮尺寸等参数，预测成型形状、成型缺陷等。

多道次旋压工艺流程表

六面体网格划分及自动重划分技术

铸造之后的轮毂坯料形状复杂，考虑到旋压过程只对下半部分轮辋进行旋压分析，而该部分在Deform软件中可以划分六面体网格，减少计算量，提高计算精度。由于旋压过程中涉及几何非线性、材料非线性和接触非线性等问题，因此六面体网格重划分技术非常重要。Deform软件针对于旋压分析开发了专业的六面体划分和自动网格重划分技术，使得大变形计算能够顺利进行。

六面体网格划分如下图所示：

六面体网格划分技术

轮毂旋压成型仿真应用案例

轮毂旋压成型过程及旋轮运动方式等均比较复杂。目前，极少的软件可以对轮毂旋压成型过程进行模拟仿真，它们均存在前处理操作极其复杂或者计算时间非常长的问题。Deform软件率先将显式算法和ALE算法结合在一起，并将其应用于轮毂旋压成型模拟计算，简化了操作流程，缩短了计算时间，提高了设计效率。

以某公司的轮毂旋压成型仿真为例。铸造后的轮毂坯料形状复杂，材料为铝合金。轮毂坯料形状如下图所示：