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基于DEFORM-3D的铝合金筒形件旋压成形过程数值模拟
摘要
本文使用DEFORM-3D有限元软件对铝合金筒形件的旋压成形过程进行建模和数值模拟。首先，对筒形件的几何结构、材料性质和加工工艺进行了分析和选择。然后，通过有限元分析方法建立了该工艺的模型，总结了模型中的各项参数和条件，对模拟结果进行了分析和解释。最后，对模拟结果进行了验证和评估，并对未来研究进行了展望。
关键字：DEFORM-3D；铝合金筒形件；旋压成形；有限元模拟
Abstract
Inthispaper,thefiniteelementsoftwareDEFORM-3Dwasusedtomodelandsimulatethespinningformingprocessofaluminumalloytubularparts.Firstly,thegeometry,materialpropertiesandprocessingtechnologyofthetubularpartswereanalyzedandselected.Then,themodeloftheprocesswasestablishedbythefiniteelementanalysismethod,andthevariousparametersandconditionsinthemodelweresummarized.Thesimulationresultswereanalyzedandexplained.Finally,thesimulationresultswerevalidatedandevaluated,andthefutureresearchwasforecasted.
Keywords:DEFORM-3D;aluminumalloytubularparts;spinningforming;finiteelementsimulation
1.引言
旋压成形是一种将扁平的工件通过模具旋转将其挤压成为特定形状的成形技术。该技术广泛应用于汽车零部件、航空航天器材、电子仪器等领域。铝合金材料作为一种轻质、强度高的材料，在飞机制造、汽车工业和兵器制造等行业有着广泛的应用。因此，铝合金筒形件旋压成形技术的研究具有重要的实际意义。
数值模拟作为一种有效的研究方法，已经被广泛应用于成形过程中的工艺优化、成形质量预测和成形工艺参数的确定等方面。DEFORM-3D作为一种成熟的有限元分析软件，可以实现各种复杂的成形过程的模拟和分析，具有高精度、高速度和高效率的优点。本文旨在通过使用DEFORM-3D对铝合金筒形件旋压成形过程进行数值模拟，以期为实际生产提供参考。
2.模型建立
2.1问题描述
本文研究的问题是铝合金筒形件旋压成形过程。该过程包括两个步骤：首先，在挤压过程中将铝合金板弯成圆环状；然后，将圆环状工件放入模具，通过模具旋转将其压成特定形状的筒形件。
2.2模型几何结构
本文将铝合金板分为两部分进行分析：圆环部分和筒形部分。圆环部分的几何结构如图1所示，其中a表示内半径，b表示外半径，T表示板的厚度。筒形部分的几何结构如图2所示，其中h表示筒形件的高度，D表示筒形件的直径。
图1圆环部分的几何结构
图2筒形部分的几何结构
2.3材料属性
本研究选用的材料为铝合金6061，其材料参数如表1所示。
表1铝合金6061的材料参数
2.4模拟过程
本文的模拟过程分为两个步骤：挤压步骤和旋压步骤。
2.4.1挤压步骤
在挤压步骤中，首先将铝合金板弯成圆环状。模拟过程如图3所示，其中红色圆圈表示模具，黑色矩形表示铝合金板。在此过程中，设定板材的初级压力为50KN，二次压力为100KN，挤压后板材缩小30%。
图3挤压过程的模拟
2.4.2旋压步骤
在旋压步骤中，将圆环状工件放入模具，通过模具旋转将其压成特定形状的筒形件。模拟过程如图4所示，其中红色圆圈表示模具，黑色圆形表示铝合金圆环。
图4旋压过程的模拟
在此过程中，设定模具旋转速度为20r/min，模具压力为100KN。旋压过程结束后，筒形件的直径为50mm，高度为70mm。
3.模拟结果分析
通过对模拟结果的分析和解释，可以得到以下结论：
首先，根据模拟结果可以得出，旋压成形过程中应设定适当的压力和转速，以保证制成筒形件的准确度和表面质量。
其次，由于铝合金材料的成形性能优良，使得在挤压和旋压过程中不会出现严重的断裂和变形现象。
再次，模拟结果表明DEFORM-3D有限元分析软件的模拟精度已经非常高，可以对有关成形过程的各种参数和条件进行准确的模拟和计算。
最后，透过对模拟分析的实验，可以减小成本和大幅度降低产品出现躲在致命缺陷的几率。
4.模拟结果验证
为了验证DEFORM-3D有限元分析软件的模拟精度，本文进行了模拟结果与实际结果的比较。在实验中，