DEFORM -3D 有限元软件在冷挤压工艺模拟中的应用王斌1,2，何柏林1，江民华1，宋燕1(1.华东交通大学机电工程学院，江西南昌330013；2.华东交通大学理工学院，江西南昌330100)摘要：要提高冷挤压产品的质量、提高材料利用率、提高模具寿命、减少锤击次数、节约能源、缩短产品开发周期，必须提高冷挤压模具设计的科学性。

模拟技术可以用来优化设计方案，降低生产成本，保证设计的合理性。

通过实例分析介绍了DEFORM-3D 软件在载荷计算、应力应变分布、缺陷分析和预防、流线查看等方面的应用。

关键词：DEFORM-3D ；应力分布；优化设计；流线查看；冷挤压中图分类号：TG376文献标识码：A文章编号：1000-8365(2013)04-0474-03Application of DEFORM -3D Software in Simulation of Cold Extrusion ProcessWANG Bin 1,2,HE Bolin 1,JIANG Minhua 1,SONG Yan 1(1.School of Mechanical &Electrical Engineering,East China Jiaotong University,Nanchang 330013,China;2.Institute of Technology,East China Jiaotong University,Nanchang 330100,China)Abstract ：To improve the quality of cold extrusion products,increase material utilization,improve die life,reduce hammering times and energy conservation,shorten the development cycle of product,the scientific of cold extrusion dies in design must be improved.Simulation technology can be used to optimize the design program of dies,reduce production costs,and ensure the rationality of the die design.The applications of DEFORM-3D software were introduced by examples in load calculation,stress and strain distribution,defect analysis and prevention,stream line view,etc.Key words ：DEFORM-3D;stress distribution;optimal design;streamline view;cold extrusion在我国，高等院校在锻造成形的数值模拟与物理模拟应用较好，并通过产学研结合方式，应用并解决了大量工程实际问题。

尽管模拟技术的重要性已经引起广泛重视，而国内大多数锻造企业对数值模拟技术的应用依然很少［1］。

随着计算机技术和CAE 技术的迅猛发展，特别是DEFORM-3D 软件的推出和应用，在金属加工前通过计算机对整个挤压成型过程进行模拟分析，预测在设计过程中存在的缺陷并进行修改，从而使产品和模具在设计阶段就能得到改进和完善，提高一次试模成功率，缩短开发周期和降低生产成本［2］。

本文采用DEFORM-3D 对LED 铝盒成型进行数值模拟，找出挤压铝盒时的薄弱处，把试验挤压值与模拟值进行对比分析，并进行总结，为整个模具设计提供依据。

1DEFORM -3D 分析理论基础金属材料充模过程被认为是黏性非等温不可压缩流动与传热过程，可采用黏性不可压缩流动的基本方程来描述。

对于厚度方向尺寸远小于其他方向的尺寸，建立描述该过程的连续性方程、动量方程［3，4］。

（1）连续性方程：坠（bu 軈）坠x +坠（bv 軃）坠y=0（1）（2）动量方程：坠p -坠（η坠u ）=0（2）坠p 坠y -坠坠z （η坠v 坠z）=0（3）有限元法基本思路是将一个受外力作用的连续体离散成一定数量的有限小的单元集合体，通过这种近似处理或逼近原有模型体。

通过对离散体进行分析单元之间只在节点上互相联系，亦即只有节点才能传递力［5］。

虽然得到的解是近似的，但是可以通过选择适当的单元类型及节点数，使近似解达到预期的精度［6~8］。

有限元建模过程是为了满足有限元求解的要求而对实际模型的合理处理，通常要对实际模型———————————————————收稿日期：2013-01-03；修订日期：2013-02-28作者简介：王斌(1984-)，江西抚州人，硕士，助理工程师，华东交通大学理工学院教师，主要研究方向：模具CAD/CAM/CAE 、塑性成形模拟.E -mail:wangbinhappy131415@铸造技术FOUNDRY TECHNOLOGYVol.34No.4Apr.2013誗实用成型技术Practical Shaping Technology 誗474··进行一定的简化，但要求模型应能正确反映实际条件。

2DEFORM -3D 在挤压铝合金方盒中的应用2.1几何模型的建立在Pro/Engineer 中建立内模芯、毛坯、内模圈、垫板、凸模三维实体模型（图1~图5），简化处理后转化为STL 文件格式，导入DEFORM-3D 中。

该凸模高度Z 为45mm ，X 为43.9641mm ，另一边Y 为43.9821mm 。

内模芯Z 为48mm ，一边X 为22.86mm ，另一边Y 为29.21mm 。

内模圈Z 为65mm ，一边X 为89.9317mm ，另一边Y 为89.9659mm 。

垫板高度为8mm ，直径为44.9989mm 。

毛坯的厚度为8.01471mm ，长度为图1凸模Fig.1Punch 图2内模芯Fig.2Core 图3内模圈Fig.3Die circle 图4垫板Fig.4Pad 图5毛坯Fig.5Blank《铸造技术》04/2013王斌等：DEFORM-3D 有限元软件在冷挤压工艺模拟中的应用37.91mm ，宽度为31.55mm 。

2.2网格的划分与重划分由于有限元分析中网格质量的好坏直接影响到求解的效率和精度，在网格划分上多做些工作是值得的。

在金属成形过程中，材料在流动时极易使相应的单元形状产生过度变形导致畸变。

而有限元分析结果的精度对单元形态极为敏感。

通过网格重新划分可以生成新的网格，并将旧网格上的单元量和节点量映射到新网格上，继续后续分析。

如图6，节点数为6591个，单元数为26832个。

挤压材料为AL-6062，密度为2.72~2.82g/cm 3。

主要用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性、但不要求有高强度的零件部位，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、反光器具。

分析时工艺参数设置为：模温20℃，料温20℃，填充控制、挤压力及速度/压力控制转换均为默认设置。

分析的结果在模型中以不同的颜色显示不同的值。

2.3流线分析打开需分析零件的后处理窗口，然后将坯料单独显示（不显示模具）。

点击FLOW NET 图标进行设置，选择自己所需要查看流线的起始步，本文选择10到70步，用鼠标在step10上面点击一下，然后点选右边蓝色的箭头，同样，选择一个70步，然后点选右边蓝色的箭头。

这里选择的步数越多，稍后的运算就越慢，但是你可以看到的流线分析的步数就越多。

选择自己欲观察流线的剖切面，默认情况下可以拖动滑块，本文为拖动滑块至合适的值，使得零件基本居中部分，显示流线剖面图。

在这里，默认是1个点加1个面来剖分，还可以使用3个点来定义1个剖分面。

当然，如果要查看的面不止1个方向，可以选择下面的Add 按钮，来增加剖分面。

图中对话框中的其他选项的意义是：左边的灰色框内表示定义网格的方式，第一个为网格总数，第二个为网格横向和纵向的间隔，右边的最上面的为网格旋转角度，Shift 表示网格平移，高级选项里表示网格是否有边界，以及网格是否水平或垂直，第70步的流线如图7。

图7流线分析图Fig.7The diagram of flowlineanalysis图6模型初始网格Fig.6The initial grid of model475··FOUNDRY TECHNOLOGY Vol.34No.4 Apr.20132.4材料流动和定点追踪图8是定点追踪时点的初始位置和点追踪过程中的位置。

可以观察金属流动的过程和判断金属流动的历史，这有利于在金属塑性变形过程中观察缺陷的生成和分析缺陷的原因，也有利于控制金属的流动趋势。

追踪点功能还可以给出点在变形过程中的方向应力、最大主应力、方向应变、等效应变、方向应变速率、等效应变速率、温度等参数随变形时间或行程的变化情况。

2.5行程载荷分析DEFORM-3D软件可以得到模具在变形工件上所施加的载荷的大小，如图9，横坐标为行程，纵坐标为工件所受载荷大小。

图中的纵向长直线与载荷曲线的交点为某个增量步所对应的载荷大小，当选择不同的增量步时，长直线就会在那个增量步上高亮显示，同时对应的载荷值也会显示在长直线旁。

另外，可以通过鼠标点击曲线上的点，对应的增量步的模型的模拟情况也会在模型窗口自动显示。

3结语利用DEFORM-3D软件模拟冷挤压成型过程，并对该过程进行了填充、流动、冷却和收缩等模拟分析，获得的数据直观可靠。

在不用制造模具的情况下可以尽早发现模具设计中的不足，保证了模具设计的合理性。

随着CAE软件的不断发展和广泛应用，将会大大缩短新产品的研发周期，提高锻造产品的质量。

DEFORM-3D软件对于材料，模具型腔充满性，起皱，夹层等模拟结果较为准确，但对于空气包覆、拉伤等无法模拟，通过数值模拟最大挤压力为883kN，挤压实际力为1050kN，得出模拟的挤压力比实际的挤压力要小16.9%左右。

参考文献：［1］《锻造工艺模拟》中国锻压协会编著.锻造工艺模拟［M］.北京：国防工业出版社，2009.［2］许勤周，郭志忠.CAE技术在数码相机注塑模设计中的应用［J］.塑料，2005，34(4):68-71.［3］詹春毅，岑运福.塑料注射成型冲模阶段中熔体流动的研究［J］.轻工机械，2006，24(2)：26-29.［4］申长雨.塑料模具计算机辅助工程［M］.郑州：河南科学技术出版社，1998.［5］王富耻.ANSYSl0.0有限元分析理论与工程应用［M］.北京：电子工业出版社，2006.［6］McMeeking R M.Finite element formulations for problems of large elastic plastic deformation［J］.J.Solids.Struct，1975，11(20)：601-606.［7］Lee E H,Kobayashi S.New solution to rigid-plastic deformation problems using a method［J］.Trans,ASME,J.Engr.Ind，1973(95): 865-869.［8］倪正顺，刘石柏，田胜利，等.铝型材挤压成型数值模拟与模具优化设计［J］.铸造技术，2012，33(5)：596-599.图9行程-载荷图Fig.9The diagram of stroke-load图8定点追踪图Fig.8The diagram of point tracking476··。