【文章內(nèi)容簡介】 加工的體積成形工藝中，變形體產(chǎn)生了較大的塑性變形，而彈性變形相對很小，可以忽略不計，此時可認為是剛塑性問題，如鍛造、擠壓等；相應(yīng)地則可以用剛塑性有限元法分析。剛塑性有限元法是在馬爾可夫（Markov）變分原理的基礎(chǔ)上，引入體積不可壓縮條件后建立的。 金屬塑性成形有限元模擬軟件簡介 非線性有限元分析軟件一般的都可應(yīng)用于塑性成形過程的模擬。但由于塑性成形工藝的特殊性，一般非線性有限元軟件在分析時，對一些邊界條件、載荷和相關(guān)的工藝結(jié)構(gòu)（如拉伸筋）等的處理非常困難，使用極為不便。因此，國內(nèi)外都先后開發(fā)了用于塑性成形工藝分析的專用有限元軟件，專用有限元軟件根據(jù)相關(guān)工藝對分析過程進行了優(yōu)化處理，讓用戶能更方便的運用，同時提供了適合于成形工藝的后置處理。金屬塑性成形一般可分為體積成形和板料成形兩大類。在板料成形模擬方面，國際上主要有美國的DYNAFORM、德國的AUTOFORM、法國的PAM系列軟件；在體積成形方面，有美國的DEFORM、法國的FORGE3等。國內(nèi)在塑性成形模擬軟件方面跟國際上相比還存在很大差距，但也相繼開發(fā)一些軟件，如板料成形方面有：吉林金網(wǎng)格模具工程公司的KMAS、北航的SHEETFORM、華中科技大學(xué)的VFORM等，體積成形方面有北京機電研究所的MAFAP等。以下對功能較強且較流行的DYNAFORM、DEFORM等軟件作簡要介紹。. 板料成形模擬軟件DYNAFORMDYNAFORM是由美國ETA公司和LSTC公司聯(lián)合開發(fā)的用于板料成形模擬的專用軟件包。DYNAFORM具有友好的用戶界面、良好的操作性能，包括大量的智能化自動工具，可方便地求解各類板成形問題。DYNAFORM專門用于工藝及模具設(shè)計涉及的復(fù)雜板成形問題，如彎曲、拉深、成形等典型板料沖壓工藝，液壓成形、滾彎成形等特殊成形工藝；并可以預(yù)測成形過程中板料的裂紋、起皺、減薄、劃痕、回彈，評估板料的成形性能，從而為板成形工藝及模具設(shè)計提供幫助。DYNAFORM具有完備的前后處理功能，采用集成的操作環(huán)境，無須數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)無文本編輯，并提供了與CAD軟件的接口、實用的幾何模型建立功能。DYNAFORM的求解器采用業(yè)界著名、功能強大的動態(tài)非線性顯式分析軟件LSDYNA；并采用工藝化的分析過程，包括影響沖壓工藝的60余個因素，固化了豐富的實際工程經(jīng)驗，提供以DFE為代表的多種工藝分析模塊。DYNAFORM可在PC、工作站、大型機等多種計算機上的Windows、Unix操作系統(tǒng)下使用，且具有較適用的二次開發(fā)功能。其主要功能及技術(shù)特點有：優(yōu)化下料形狀 —— 通過Onestep求解器可以方便地根據(jù)凹模形狀得出合理的落料尺寸；Quicksetup功能 —— 利用該功能可以通過板料、凹模、壓邊圈及拉深筋的定義快速完成標(biāo)準(zhǔn)的拉深模擬；模具自動網(wǎng)格劃分 —— 為捕捉模具外形特征特殊設(shè)計的網(wǎng)格自動劃分功能，可節(jié)省99％工具分網(wǎng)時間；先進的板料網(wǎng)格生成器 —— 可以允許三角形、四邊形網(wǎng)格混合劃分，并可方便進行網(wǎng)格修剪；工件定義及自動定位 —— 簡捷方便的工件定義以及工件的自動定位功能；模具動作預(yù)覽 —— 在提交分析之前可以允許用戶檢查所定義的工具動作是否正確；DFE模面設(shè)計模塊 —— 利用該功能可以由產(chǎn)品幾何外形通過工藝補充計算得到模具及壓邊圈尺寸；拉延筋定義 —— 通過拾取凹模（或下壓邊圈）上的節(jié)點（線）生成拉延筋（多種截面），并可由DBFP子程序預(yù)報拉延筋力；自動壓邊分析 —— 在模具幾何模型基礎(chǔ)上快速生成弧形壓邊進行板料的成形性預(yù)測；網(wǎng)格自適應(yīng)劃分 —— 網(wǎng)格自適應(yīng)劃分功能可以由用戶控制（重劃分等級及間隔），能夠提高求解的精度；而在回彈分析之前可以對網(wǎng)格進行粗化處理；顯、隱式無縫轉(zhuǎn)換 —— 允許用戶在求解不同的物理行為時在顯、隱式求解器之間進行無縫轉(zhuǎn)換，如在拉深過程中應(yīng)用顯式求解，在后續(xù)回彈分析當(dāng)中則切換到隱式求解。材料模型 —— 材料庫具有標(biāo)準(zhǔn)的SAE材料庫目錄，包含140余種金屬及非金屬材料，如CRCQ，CRDQ，HRCQ，HRDQ，鋁以及不銹鋼等；結(jié)果處理 —— 利用后處理器可以方便地進行三維動態(tài)等值線和云圖顯示應(yīng)力應(yīng)變、工件厚度變化、成形過程等；成形極限圖 —— 成形極限圖中可以直觀顯示每個單元的成形狀況。通過成形極限圖中的顏色和位置按照應(yīng)變程度來可以對每個單元進行靜態(tài)顯示或是動畫演示；圖形輸出 —— 利用后處理器可以生成MPEG、AVI、JPG等多種格式的圖形文件，便于進行網(wǎng)絡(luò)傳輸。圖74是運用DYNAFORM模擬一汽車零件沖壓成形的結(jié)果。圖74（a）是成形零件的厚度分布，右下角區(qū)域表示板料變薄較嚴重；圖74（b）是成形極限圖，右下角區(qū)域表示是可能產(chǎn)生破裂的危險區(qū)域。 . 體積成形模擬軟件DEFORMDEFORM系列軟件是基于工藝過程模擬的有限元系統(tǒng)(FEM)，可用于分析各種塑性體積成形過程中的金屬流動以及應(yīng)變應(yīng)力溫度等物理場量的分布，提供材料流動、模具充填、成形載荷、模具應(yīng)力、纖維流向、缺陷形成、韌性破裂和金屬微結(jié)構(gòu)等信息，并提供模具仿真及其他相關(guān)的工藝分析數(shù)據(jù)。DEFORM源自塑性有限元程序ALPID（Analysis of Large Plastic Incremental Deformation）。在1980年代初期，美國Battelle研究室在美國空軍基金的資助下開發(fā)了用于塑性加工過程模擬的有限元程序ALPID，后來開發(fā)人員對程序進行了逐漸完善，并采用Motif界面設(shè)計工具，并將程序發(fā)展成為了商品化的軟件DEFORM（Design Environment for FORMing），由美國SFTC（Scientific Forming Technologies Corporation）公司推廣應(yīng)用。DEFORM是一個模塊化、集成化的有限元模擬系統(tǒng)，它包括前處理器，后處理器、有限元模擬器和用戶處理器四個功能模塊。DEFORM有一個較完整的CAE集成環(huán)境，具有強大而靈活的圖形界面，使用戶能有效地進行前后處理。在前處理中，模具與坯料幾何信息可由其他CAD軟件生成的STL或SLA格式的文件輸入，并提供了3D 幾何操縱修正工具，方便幾何模型的建立；網(wǎng)格生成器可自動對成形工件進行有限元網(wǎng)格的劃分和變形過程中的重新劃分，并自動生成邊界條件，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)備快速可靠；DEFORM的材料數(shù)據(jù)庫提供了146 種材料的寶貴數(shù)據(jù)，材料模型有彈性、剛塑性、熱彈塑性、熱剛粘塑性、粉末材料、剛性材料及自定義類型，為不同材料的成形仿真提供有力的保障；DEFORM集成典型的成形設(shè)備模型，包括液壓壓力機、錘鍛機、螺旋壓力機、機械壓力機、軋機、擺輾機和用戶自定義類型（如表面壓力邊界條件處理功能解決脹壓成形工藝模擬）等，幫助用戶處理各種不同的工藝條件。DEFORM的求解器是集成彈性、彈塑性、剛（粘）塑性和熱傳導(dǎo)等于一體的有限元求解器?？蛇M行冷、溫、熱鍛的成形和熱傳導(dǎo)耦合分析；其典型應(yīng)用包括鍛造、擠壓、鐓頭、軋制、自由鍛、彎曲和其他成形工藝的模擬；而運用不同的材料模型可分析殘余應(yīng)力、回彈問題以及粉末冶金成形等；基于損傷因子的裂紋萌生及擴展模型可以分析剪切、沖裁和機加工過程；其單步模具應(yīng)力分析方便快捷，可實現(xiàn)多個變形體、組合模具、帶有預(yù)應(yīng)力環(huán)時的成形過程分析。DEFORM