DEFORM旋转加工成形仿真技术

旋转加工是指金属在成形过程中，工件或模具在做旋转运动的成形工艺的统称，例如大家所熟悉的环轧、旋压、摆碾、辊锻、旋锻、型材轧制等等。这类工艺都是使用模具在工件上产生局部成形，通过旋转运动扩展到整个产品中，能够小吨位设备生产出大尺寸产品，产品尺寸精度高，工业应用广泛。

旋转加工相比锻造成形，由于生产持续时间长，模具运动路径复杂，工艺过程难控制，经常采用现场实验的方法改进工艺。有限元仿真技术是目前广泛应用的、先进的、成熟的工艺研究手段，虽然目前也能成功的仿真旋转加工工艺，但存在两个问题，一是工艺路径和流程复杂，仿真前处理设置繁琐；二是有限元计算时步长非常小，而整个工艺又持续时间长，总的计算步经常需要上万、甚至十几万步，计算时间久。这两个问题导致仿真在实际工艺应用中受限，不利于实际生产快速研发的需求。

多道次旋压

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2023年3月29日-31日，安世亚太推出工艺仿真专题仿真免费线上培训，专题讲座包含：Deform感应淬火、旋转加工成形仿真和Tribo-x摩擦润滑仿真，不容错过。

为了方便工艺研究者快捷使用仿真软件，DEFORM软件对于典型工艺，开发了向导模块，按照界面提示，输入对应参数即可。在旋转加工成形方面，包括了环轧、型轧、旋压、旋锻等，将复杂工艺流程界面化管理，输入对应的工艺参数即可快速完成模拟设置。摆碾、辊锻等其它工艺同样可向导流程化设置。

环轧工艺向导模块

型轧工艺向导模块

旋压工艺向导模块

旋锻工艺向导模块

在设置便捷性方面除了向导流程输入参数外，还有以下几个特点：

参数化建模：典型的几何模型如板料、棒料、轧辊、锥辊、旋压轮、机械手等等，可对照界面图形，输入参数，自动产生几何模型，复杂形状的模具外部导入还可检查、编辑几何。

部分工艺的参数化建模

多道次工艺参数列表输入：轧制、旋压、旋锻等工艺都会有多个道次的生产过程，热成形时还要考虑锻打间隙或道次之间的工件传热模拟，这些复杂的流程，一个表格即可全部输入，方便工艺人员查看和编辑。省去了大量的中间道次的前处理设置工作。

多道次工艺列表

自适应再加热模拟：旋转工艺成形持续时间长，热成形时，往往会因为工件与空气传热导致工艺未完成时，工件低于锻造温度，这时需要回炉再加热，这个过程在模拟设置时，软件可自动判断温度范围，恢复工件初始温度或模拟计算再加热过程。

自适应再加热设置

自动装配定位：无论哪种旋转成形工艺，只要我们按向导界面输入了工艺参数，工件与多个模具位置关系会根据工艺参数和几何模型，自动调整位置，该功能也适用于多道次后续计算时自动装配。例如旋压轮会沿着旋压曲线轨迹与工件自动对齐，而不是只能沿X、Y、Z方向对齐。

部分自动定位设置

自动算法选择：DEFORM软件包含了丰富的算法，不同成形问题选择不同算法和迭代方式能够大大提高计算效率，向导模块中，自动筛选出当前工艺最适合的算法，省去了工艺人员学习有限元理论和软件算法的精力。

如何快速计算完成旋转成形工艺，SFTC公司一直以来在算法方面大胆创新，谨慎验证，为DEFORM软件提供了许多全新的算法，将计算效率提高十几倍、甚至百倍。

首先，目前的已知的旋转成形工艺模拟，工件可完全采用六面体网格自动划分和局部细化，包括变形后复杂几何的六面体网格自动重划分。六面体网格相对于四面体网格在同一尺寸下，不仅数量少，而且计算精度更高，六面体网格的应用有效提高了计算速度和精度。

其次，每种工艺开发了特有的新算法。如环轧模拟特有的Ring Rolling（ALE）算法，是目前所有软件中计算速度最快的环轧计算方法；旋锻模拟计算可激活RSE模型，对于局部锻打成形，计算效率提高显著；型轧轧制的2.5D算法，原本需要十几天的多道次轧制模拟，现在只需要十几分钟；多道次的旋压模拟，包含了传统的拉格朗日法和ALE算法，还开发了快速求解和显式求解，均有效提高了计算效率，而最新研发的快速评估模型，能够在十几分钟内计算完成以前需要十几天计算完成的的多道次旋压。新开发的另外一种算法局部域法适用于大部分旋转成形，包括摆碾、辊压、旋压等工艺，计算效率也有了成倍的提高。以上算法都是经过实际验证和对比，结果与传统稳健的拉格朗日增量法计算结果相差无几，在使用时，软件提供界面直接激活，方便易用。