1 模锻工艺分析方案及应用
◆冷、温、热锻的成形和热-力耦合分析；
◆丰富的材料数据库，包括各种钢、铝合金、钛合金和高温合金；
◆用户自定义材料数据库允许用户自行输入材料数据库中没有的材料；
◆提供材料流动、模具充填、成形载荷、模具应力、纤维流向、缺陷形成和韧性破裂等信息；
◆预测填充不足、折叠、裂纹、飞边等缺陷；
◆弹塑性材料模型适用于分析残余应力和回弹问题；
◆多孔材料模型适用于分析粉末材料成形的压实和锻造及烧结分析；
◆完整的成形设备模型可以分析液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和机械压力成形；
◆用户自定义子函数允许用户定义自己的材料模型、压力模型、破裂准则和其他函数；
折叠填充不足
◆流线和质点跟踪可以分析材料内部的流动信息及各种场量分布；
◆温度、应变、应力、损伤及其他场变量等值线的绘制使后处理信息更加丰富；
◆自动接触条件及完美的网格再划分使得在成形过程中即便形成了缺陷，模拟也可以进行到底；
◆多变形体模型允许分析一模多件或耦合分析模具应力；
◆磨损分析模型用于评估成形过程中模具磨损情况；
◆预成形设计模块为复杂锻件的多步模具设计提供指导；
模具应力计算
机闸模锻成形
◆基于损伤因子的裂纹萌生及扩展模型可以分析剪切、冲裁和机加工过程。
◆完善的热边界条件可以分析热成形中材料与环境间的热交换。
◆提供依据模具运动时间、载荷力、成形温度、闭模间隙等精确成形行程控制准则。
◆可计算热锻过程中由于空气或润滑剂高温蒸发所造成的材料填充不满缺陷。
模锻应用案例
■案例一：气缸毛坯优化及缺陷分析
◆项目描述
●气缸锻造成形，毛坯的设计尺寸影响成形结果。
●对不同毛坯设计尺寸进行分析优化，预测成形缺陷，获得最佳毛坯尺寸和成形结果。
◆项目挑战
●产品复杂，成形过程材料流动和填充复杂可能出现的缺陷种类较多。
◆解决方案
●采用热-结构耦合锻造模拟分析通过计算材料流动与接触行为，预测各种成形缺陷。
◆重要价值
●通过多方案对比优化分析，在工艺定型前期预测缺陷，获得结构尺寸最佳的毛坯设计。
气缸毛坯优化及缺陷分析
■案例二：紧固件工艺优化
◆项目描述
●优化传统紧固件成形工艺分析不同成形毛坯尺寸条件下紧固件成形内部特质，提升产品质量。
◆项目挑战
●要求对成形缺陷及应力、应变等有高的计算精度。
●需要准确的冷挤计算能力。
◆解决方案
●采用冷成形方法计算出不同条件下的成形吨位。
●通过成形应变分布评估加工硬化及强度脆弱部位。
◆重要价值
●通过成形现象、应变及成形力、材料填充难易等结果获得最佳成形质量。
紧固件工艺优化
2 自由锻工艺分析方案及应用
◆具有流程式的操作模板，可操作性强；
◆具有自由锻工模具模型自定义方式，方便使用；
◆可任意进行咬合、加热、锻打工序的多工步设置；
◆可分析成形过程金属流动、缺陷产生、工件形状、晶粒细化及优化工艺设计；
◆优化锻打次数、锻造比、拔长效率、加热温度、平砧结构等参数；
◆预测自由锻形状尺寸、折叠、表面裂纹、扭曲等成形缺陷；
◆具有锻锤设备库及多工步自由锤锻设置方式；
Cogging及swaging分析
自由锻应用案例
■案例一：轴类件自由锻工艺分析
◆项目描述
●通过模拟多工序数次捶打过程，预测各阶段拔长形状尺寸、温度场及裂纹等缺陷。
◆项目挑战
●自由锻锻打次数多，成形过程涉及塑性大变形，温度变化及材料破坏。
◆解决方案
●结构-热耦合分析，考虑功转热、空气散热、锻打间隙加热。
●采用连续捶打设置方式实现连续锻打，预测各阶段成形尺寸及可能出现的锻造裂纹等缺陷。
◆重要价值
●通过模拟多工序数次捶打过程，预测各阶段拔长形状尺寸、温度场及裂纹等缺陷，优化锻造比、打击次数等，指导工艺设计。
轴类件自由锻工艺分析
■案例二：大型锻件内部夹杂及孔洞变形分析
◆项目描述
●该零件坯料初始内部有孔洞、塑性及刚性夹杂缺陷，通过分析锻造过程预测缺陷的运动、闭合及对成形结果的影响。
◆项目挑战
●夹杂、孔洞的设置及分析。
●小缺陷的变形及对结果的影响。
◆解决方案
●采用建立孔洞、内部不同材料性质的夹杂模型进行整体锻造计算。
◆重要价值
●预测了镦锻过程孔洞及夹杂随材料流动、闭合等的现象，评估这些缺陷对最终产品加工质量的影响。
大型锻件内部夹杂及孔洞变形分析
3 环轧工艺分析方案及应用
◆具有专用环轧模板，操作方式流程化；
◆具有环件模型及模具模型自动产生方式；
◆复杂及多数量模具可实现准确自动定位；
准确自动定位
◆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；
◆同时进行轧制及温度的耦合分析；
◆可任意设置模具旋转运动方式，实现多步轧制；
◆可进行环轧变形过程模拟、模具应力及磨损分析；
◆预测环轧过程中出现的折叠、凹坑、蝶形、壁厚不均、压扁、椭圆、锥度等成形缺陷；
环轧缺陷分析
环轧温度场云图应力场云图
环轧应用案例
■案例一：航天发动机环件碾环缺陷分析
◆项目描述
●通过模拟环轧成形过程，对设计方案的可行性进行分析，预测充型不满等缺陷。
◆项目挑战
●材料在径向变形的同时进行整体旋转运动，计算较为复杂。
●成形过程将受到摩擦、压力等的影响，接触方式复杂。
◆解决方案
●采用工件及滚轮同时旋转、考虑多种热边界条件。
●采用全六面体网格，提高计算精度。
◆重要价值
●通过模拟异型环件的碾环过程，预测成形缺陷，评估碾环工艺参数的合理性。
碾环缺陷分析
■案例二：异性环件碾环尺寸分析
◆项目描述
●通过模拟异型结构件的环轧过程，对环件成形尺寸精度进行预测。
◆项目挑战
●环件形状较为复杂，轧制计算过程局部网格变形大。
◆解决方案
●采用全六面体单元进行热轧分析，提高传热计算精度。
●采用热固耦合及刚塑性材料进行计算，预测成形尺寸及可能出现的缺陷。
◆重要价值
●模拟环境完整轧制过程，预测成形尺寸，降低了复杂件的试模次数。
碾环尺寸分析
4 型轧工艺分析方案及应用
◆具有专用轧钢模板，操作方式流程化，简单易学；
◆可进行板材、管材、线材、型材的轧制分析；
◆具有钢坯模型及轧具模型自动产生方式；
◆复杂及多数量轧具可实现准确自动定位；
线材及板材轧制成形
◆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；
◆同时进行轧制及温度的耦合分析；
◆可任意设置轧具旋转运动方式，实现多道次轧制；
◆可进行轧钢变形过程模拟、轧辊及磨损分析；
◆可考虑轧制过程中的弯辊力、轧辊横向移动、轧辊下压量变化等各方面的工艺参数的影响；
◆可耦合热处理分析计算轧制过程中发生的冷却及组织转变现象；
型材轧制过程组织变化
◆预测轧制过程中出现的折叠、塔型卷曲、壁厚不均、变形、流线紊乱等轧制缺陷；
楔横轧分析
型轧应用案例
■案例一：考虑弯辊力的轧板过程板型控制分析
◆项目描述
●通过模拟轧辊在弯辊力的作用下预测板型及轧辊变形情况，分析对板型的影响。
◆项目挑战
●轧制过程中各轧辊的摩擦、力传递及弹性变形，并耦合轧制过程预测板材的变形，成形条件复杂。
◆解决方案
●采用弹塑性、弹性及热固耦合算法同时计算轧辊变形及板材厚度、温度场、轧制力等的结果。
◆重要价值
●通过轧制模拟，达到控制板型、预测轧辊变形及轧辊受力情况，优化弯辊力、轧辊移动、轧缝尺寸等工艺参数。
轧板过程板型控制分析
■案例二：卷管工艺分析
◆项目描述
●通过模拟卷管的多工序过程预测卷型形状。
◆项目挑战
●卷管过程工序多，各工序要实现计算结果的良好传递。
◆解决方案
●采用六面体单元，厚度方向分布三层单元结构。
●各工序实现连续计算，保证各结果的传递。
◆重要价值
●通过轧制模拟预测卷管过程中可能出现的异常变形缺陷，对于优化工序有着良好的指导意义。
卷管工艺分析
5 挤型工艺分析方案及应用
◆高级ALE（Arbitrary LagrangianEulerian）及S-S（Steady-state）稳态算法适合复杂非对称截面型材挤压成形过程；
◆具有向导式操作界面，自动产生型材或挤型模具，实现挤型设置过程的流程化管理，操作简便；
◆增量算法可模拟挤压过程材料分流及在焊合过程，预测焊缝位置；
◆增量算法可实现型材挤压成形的裂纹、扭拧、波浪及弯曲等缺陷；
挤型工艺分析
◆优秀的单元重划及节点粘接接触能力可模拟焊合过程中焊接面的形成；
◆ALE稳态算法可在很少的时间步内收敛，快速获得流速、温度等场变量；
◆增量算法与稳态算法相结合可高效模拟从棒料挤压-分流-焊合-挤出稳定端面的整个过程；
增量法+稳态法管材挤压成形
◆分析挤压过程中再结晶现象及微观组织结构的变化；
ALE法预测挤型变形缺陷
挤型应用案例
■案例一：ALE法铝型材挤型缺陷分析
◆项目描述
●通过模拟空心铝材成形预测出成形弯曲缺陷以及挤型过程中出现的温度场、应力应变及材料流速变化，评估挤型模设计。
◆项目挑战
●材料变形过程复杂，双焊合室结构造成计算存在一定难度，采用传统计算方法则计算时间很长。
◆解决方案
●采用ALE算法计算挤型过程。
●快速计算型腔内材料流动，耦合温度场预测成形缺陷。
◆重要价值
●通过先进的ALE算法能够快速模拟复杂型材的挤压过程，预测挤出缺陷，指导挤型模设计。
ALE法铝型材挤型缺陷分析
■案例二：LAG法挤型分流焊合过程分析
◆项目描述
●通过真实模拟铝材分流焊合成形过程。
●预测出成形缺陷以及焊缝的形成位置，计算成形力、材料流动及焊合情况。
◆项目挑战
●材料变形过程复杂，涉及分流焊合过程，单元变形大，计算时间长，焊合过程复杂。
◆解决方案
●采用LAG法模拟真实挤型过程计算材料的分流、焊合及挤出现象，耦合温度场预测成形缺陷及焊缝位置。
◆重要价值
●通过传统LAG法能够预测挤型过程，分析焊合情况，指导焊合模的设计优化。
LAG法挤型分流焊合过程分析
6 旋压工艺分析方案及应用
◆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；
◆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；
拉伸旋压与强力旋压成形
◆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；
◆优化工具旋转速度、进给深度、轧具尺寸等参数，预测成形形状、成形缺陷等。
筒形件减薄旋压成形
旋压应用案例：
■筒形件强力旋压分析
◆项目描述
●对薄壁筒形件的旋压成形过程进行模拟分析，预测毛刺、壁厚等结果，降低试模次数。
◆项目挑战
●旋轮运动路径长、工件壁厚变形大，单元细化程度高。
◆解决方案
●采用滚轮相对运动方式，网格应变细化标准计算材料大变形。
◆重要价值
●通过设定成形工艺过程，预测出筒形件旋压壁厚、毛坯及应力应变结果，可指导进行工艺优化，从而得到最佳旋压结果。
筒形件强力旋压分析
7 切削工艺分析方案及应用
◆实现机加工过程中的结构-热耦合分析，具有完整的热传输模型，包括热对流、热传导、热辐射、摩擦生热、塑性功转热、微观组织潜热；
◆可进行铣、刨、钻、车削等机加工分析，可模拟切削屑的产生及流动状态；
机加工切削屑模拟及刀具应力
◆具有刀具钢材料数据库及涂层技术；
◆具有多种车刀、钻刀模型数据库及自定义方式，更方便地生成刀具模型；
多种车刀、钻刀模型数据库及自定义方式
◆可进行多种加工方式的选择，实现多工序机加工的流程式分析设置；
◆可按刀具加工路径编程方式灵活定义刀具的任意路径，通过多种切削路径方案优化最佳路径，提高切削效率。
◆可进行机加工过程中刀具、工件温度场的分析，获得升温数据；
机加工工件温度场及切削力曲线
◆可进行加工过程刀具控制力的计算；
◆可进行刀具的磨损、疲劳寿命分析；
刀具磨损分析及切削温度场
◆可进行刀具的应力应变及强度分析；
◆可优化刀具结构及加工工艺参数，包括进给量、切削角度、切削速度及深度等；
◆可进行机加工后机车卸载后的工件变形分析；
◆可计算切削件的残余应力分布情况；
切削变形分析及切削残余应力分布云图
切削应用案例：
■铣削刀具角度优化分析
◆项目描述
●刀具切削角度对切削屑形状及加工质量影响。
◆项目挑战
●刀具切削变化角度小，工艺优化范围要求精确。
●材料变形极大，切削屑壁厚薄。
◆解决方案
●网格自适应细化解决超大变形切削屑难题。
●网格自接触和裂纹计算获得准确的切削屑形状及断裂现象。
◆重要价值
●预测不同切削角度下的切削屑形状，优化了切削角度，提高加工质量。
铣削刀具角度优化分析
8 粉末冶金分析方案及应用
◆能够进行金属粉末的模压、粉末烧结、粉末锻造成形工艺的分析；
◆能够定义初始松装密度、分层松装密度的分布情况；
粉末压实密度分布云图
◆能够任意设置多组模具的不同时刻、不同速度的运动，实现粉末浮动成形控制；
◆成形过程考虑粉末空隙的闭合、粉末的流动；
粉末流速变化曲线
◆考虑粉末与模具的摩擦及压力机的成形载荷；
◆能够预测压实过程的粉末密度变化、应力应变、裂纹、温度场、体积变化、成形尺寸等结果；
压实裂纹及应力云图
◆能够通过粉末成形的结果优化模具运动方式、模具结构设计、压实工艺参数；
◆能够施加温度环境模拟粉末材料压实后的烧结过程；
◆预测烧结的各种结果，包括应力应变、体积变化、烧结后的尺寸、烧结密度等结果；
◆能够进行烧结体的后续锻造分析，预测粉末锻造所产生的各种结果；
粉末烧结前后密度变化云图
粉末冶金应用案例：
■连杆粉末锻造分析及尺寸预测
◆项目描述
●通过模拟连杆粉末的压实锻造过程，预测成形后的密度与尺寸，并与实现数据进行对比，验证计算准确性，为连杆粉末成形的工艺定型提供指导。
◆项目挑战
●粉末的流动在压实过程中因松装密度问题在压实过程中变得不易控制，体积收缩造成各部位的成形尺寸变化很大。
◆解决方案
●采用多孔材料模型计算压实锻造分析过程。
●基体材料的流动特性结合空隙材料本构特性进行成形密度和形状的预测。
◆重要价值
●通过分析连杆的粉末锻造过程，准确预测密度变化及各部位成形尺寸，通过优化成形工艺参数实现所要求的密度及尺寸分布。
连杆粉末锻造分析及尺寸预测
9 模具强度分析方案及应用
◆能够进行模具及工具在锻造、轧制、挤压、冲压、切削等过程中的应力分析；
◆具备成形过程耦合模具应力分析方法及一步法模具应力分析法的计算能力；
◆可模拟单个模具及组合模具的受力应力分析；
受力应力分析
◆可考虑模具过盈装配、滑片装配等形式的模具应力分析；
◆能够计算不同过盈量装配的初始应力分布；
计算初始应力分布
◆分析受力的最大位置，通过等效应力及各个方向的主应力评估模具产生裂纹的趋势；
评估模具产生裂纹的趋势
◆通过应力集中位置指导模具的横向及纵向组合设计；
◆能够考虑在成形过程中模具的弹性变形对成形结果的影响；
◆可计算成形过程模具的磨损情况，预测磨损量及磨损区域面积；
预测磨损量及磨损区域面积
模具应力分析应用案例
■项目一：模具应力及尺寸优化分析
◆项目描述
●初始模具设计造成其凸模圆角处受力过大，循环成形载荷条件下产生断裂。重新设计后的模具结构在该处所受力得到降低，很大程度延长了使用寿命。
◆项目挑战
●成形过程模具受力情况复杂，对于载荷的边界条件需要完整施加。
◆解决方案
●模拟真实成形过程，计算模具最大受力时刻，获得模具在成形载荷下的应力结果，通过拉应力数值作为模具产生危险断裂的判断标准。
◆重要价值
●通过模具受力状态分析，预测各部位应力分布情况，优化模具结构从而降低了模具局部应力，延长了模具使用寿命。
模具应力及尺寸优化分析
■项目二：组合模具应力及结构分割优化分析
◆项目描述
●通过模拟初始设计组合模具的应力分布，获得应力集中部位，根据不同的应力集中分布情况进行模具分割组合设计，从而降低模具应力延长其使用寿命。
◆项目挑战
●模具组件多，受力状态复杂，存在各组件间的过盈装配及滑片装配条件，接触现场复杂。
◆解决方案
●采用一步法施加模具受力条件。
●考虑各组件间的过盈及滑片装配情况，预先计算预应力，获取环向应力及轴向应力集中位置及数值，采用横向和纵向组合及改变过盈量的方式进行模具结构优化，降低局部应力。
◆重要价值
●通过分析模具的应力集中情况，指导了模具分割设计，改善了受力状态，延长了模具使用寿命。
组合模具应力及结构分割优化分析
10 微观组织分析方案及应用
◆模拟微观组织在金属成形过程、热处理过程及加热、冷却过程中的演变；
◆模拟晶粒生长，分析整个过程的晶粒尺寸变化；
◆计算成形及热处理过程中的回复再结晶现象，包括动态再结晶、中间动态再结晶及静态再结晶；
◆通过微观演变预测总体性能，避免缺陷；
◆具有多种组织计算模型，包含典型的JAMK方程、CA元胞自动机、Mesoscale中尺度及蒙特卡洛方程；
热锻微观组织晶粒尺寸云图
◆用户可二次开发自己的晶粒演变模型用于微观组织计算；
◆具有元胞自动机法可现实微观组织相图、晶粒尺寸、晶界及晶向，实现微观组织演变的可视化观测；
微观组织演变相图
◆可通过显式算法计算金属断裂过程的微观孔洞的形成及组织裂纹；
微观组织相图计算
◆预测金属成形过程中各部位的晶粒尺寸变化及晶粒织构的变形；
金属成形晶粒尺寸分布
微观组织模拟应用案例：
■自由锻过程晶粒组织演变分析
◆项目描述
●自由锻过程中晶粒的细化有利于提高材料的整体性能，晶粒尺寸的预测能够指导自由锻工艺的优化从而获得更加高性能的产品。
◆项目挑战
●自由锻过程中发生回复再结晶现象，随着塑性及温度的变化晶粒尺寸发生演变，整个过程从宏观到微观具有很大的计算难度。
◆解决方案
●采用CA元胞自动机法耦合自由锻过程进行分析，考虑结构、热、微观组织的耦合计算。
◆重要价值
●通过成形过程的微观组织分析，预测了晶粒尺寸的演变，通过优化自由锻工艺获得理想的晶粒和温度场数据，有利于提高产品的机械性能。
自由锻过程晶粒组织演变分析
11 焊接工艺分析方案及应用
◆具有材料的固体塑性焊接工艺分析能力，可实现摩擦焊（搅拌摩擦焊、惯性摩擦焊、压力焊、旋转摩擦焊等）、电阻焊（点焊、缝焊、对焊、凸焊）；
电阻焊过程分析摩擦焊过程分析
◆计算焊缝温度场、应力应变、扭曲变形、焊缝形状等焊接数据；
◆实现焊接过程焊缝微观组织的模拟计算，包括晶粒尺寸、回复再结晶、组织相转变等，评估焊接性能；
◆优化焊接工艺参数，包含焊接位置、焊接顺序、压力、电流、速度、时间等；
缝焊工艺分析
12 其他类型成形工艺模拟应用
冲压冲裁
热冲压成形
管件及内高压成形
摆碾穿刺
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
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本文标题：金属体积成形工艺仿真应用案例
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