DEFORM旋锻模拟技术与应用案例

旋转锻造是一种常见的长轴类锻件成形工艺，工作原理如下图所示，主轴高速旋转，滚柱带动滑块做往复运动，从而实现模具对最中间部位轴类零件的径向变形，主要特点是高频加载和多向锻打，金属变形均匀，尤其适用于高强度低塑性的合金加工。

旋转锻造主要工艺参数较多，除变形程度外，还有主轴转速、径向进给、轴向送进和径向压下量等，热锻时还要考虑坯料的加热温度，空心件有无芯棒锻造等。在分析和优化工艺参数时，通过现场多次加工试验对工程师来讲的是非常低效的方法。而有限元模拟时，每一次锻打就是一次模拟计算，几千次的锻打和工件位置不断调整的前处理设置占用工艺仿真人员大量的时间，因此需要一个专业的旋锻向导模块。

旋转工艺产品

Swaging旋锻向导设置流程

DEFORM软件作为专业的全工艺仿真软件，对于所有典型工艺都开发有向导模块，设置流程化，与工艺贴合度高，工艺人员能够很快上手，完成工艺仿真。Swaging旋锻工艺模拟向导模块推出已有十余年，经过行业内的广泛使用与反馈，如今功能细节上也更加完善。主要特点及设置改进如下：

1、旋转对称模型

旋锻锻打次数多，需要有限元计算时间也较长，而大部分旋锻类工件的几何和变形行为属于旋转对称，在保证计算精度的前提下，用户可以选取四分之一的旋转对称模型，这样计算时间也只有原来的十分之一。同时，SFTC也根据用户的反馈，对旋转对称模型的算法优化，使计算精度和完整模型相差无几。

变量旋转对称分布

2、道次之间再加热模拟模拟

热旋锻工艺中，由于生产持续时间较长，工件壁厚薄，温度降低较快，在加工一段时间后，需要重新加热。为了方便用户一次向导完成整个工艺，软件根据工件温度变化自适应再加热，该功能考虑各类用户的不同需求，对再加热过程可模拟计算也可直接重置工件温度。

启用再加热设置

道次之间的再加热选择

3、工序流程表与预览

旋锻工艺每次锻打完成后，工件或模具位置都要发生变化，通过列表的形式，用户可一次输入所有的咬合动作，包括了每道次的咬合次数（根据长度还可自动计算）、旋转角度、停止条件等等。设置的参数较多，且计算时间长，为防止工艺参数输入错误，浪费大量计算时间，在所有设置完成后，用户能够对整个工艺设置进行动作快速预览，查看是否正确后再提交运算。

计算前的动作预览

4、六面体布尔运算

在某一道次完成后，有时要去除形状较差的料头料尾材料，再进行下一次道次的锻打。DEFORM软件在计算旋锻工艺中大部分采用网格数量少且精度高的六面体网格，但这种网格自动完成布尔运算比较困难，为此，旋锻向导模块新增了六面体网格的布尔运算功能，方便模拟的自动运算。

布尔运算设置流程

5、模具参考点停止控制

Cogging轴拔长的模具表面常为平面，而Swaging旋锻模具往往是曲面，如下图所示，上下、左右咬合的停止条件难以用平面距离确定，除了模具总行程外，新增了模具上选取参考点，控制每次咬合的停止。

常见旋锻模具示意图

6、道次的起始和停止位置自由控制

复杂的台阶轴锻打时，用户需要自定义模具锻打的起始位置和结束位置，新版本新增了此设置功能。

此外，Swaging旋锻向导在自动定位、接触、步长等设置方便提供了便利设置，内置高级算法，更多使用技巧和功能改进可与我们联系。

台阶轴旋锻模拟案例

某管料经过旋锻工艺加工为一个台阶管，在保证尺寸要求的前提下，同时要提高变形均匀性和生产效率。不同半径部位的加工，使用的不同模具，在MO多工序界面可采用两个swaging旋转工序，一次前处理完成。

旋锻模拟结果

四分之一模型计算完成后，可以看到坯料在旋锻过程中发生的周向移动变形。对工件剖分显示，可直观的看到攻击内壁与芯轴接触情况，从而判断内径尺寸是否符合要求，也可通过接触节点高亮显示或距离模面距离变量等方式，精确分析接触情况。

周向移动变形

与芯轴接触（剖视图）

用户还可分析锻后的应变分布，对比不同工艺参数下的变形均匀性，调整旋转速度、轴向进给等关键工艺参数。对于管类或板料等工件，还可显示厚度变量，分析壁厚大小变化。

应变分布

厚度分布