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forge金属成型仿真软件

时间:2017-07-19 17:02来源:未知 作者:Tsingso 点击:
FORGE软件由CEMEF(材料成形研究中心)研究开发,由TRANSVALOR公司负责销售和支持。FORGE软件基于有限元方法建立,被用于模拟热、温和冷锻金属成型工艺。FORGE软件可以进行3D模拟,也可以
FORGE软件由CEMEF(材料成形研究中心)研究开发,由TRANSVALOR公司负责销售和支持。FORGE软件基于有限元方法建立,被用于模拟热、温和冷锻金属成型工艺。FORGE软件可以进行3D模拟,也可以进行2D模拟(2D模拟应用于长零件成型),研究横断面的变形过程(平面变形),或者应用于轴对称零件成形,研究径向切面变形过程(轴对称变形)。 
FORGE软件计算模型
· 热锻变形模拟使用热-粘塑性定律。
· 温锻和冷锻变形模拟使用热-弹-塑性模型。
FORGE可以对锻造生产的全过程进行模拟:棒料剪切下料,辊锻,横轧,辗环,冷锻,温锻,热锻,切边,热处理和晶粒形成。 FROGE软件适用所有的锻造和轧制工艺模拟:
· 锻造工艺模拟:闭式模锻,开式模锻,增量锻造,轨道锻造
· 轧制工艺模拟:轧制,减速机轧,楔横轧,轧管,环轧
· 旋压工艺模拟
· 挤压工艺模拟
· 热处理工艺模拟
其他工艺:螺纹成形过程,拉丝,弯曲,吹制,铆钉压接,切 割,剪切,冲孔,切边,冲压, 液压成形,搅拌摩擦焊,机加工,超塑性成形。

2.软件架构及配置
1.软件架构
· 前处理器和网格生成器GlPRE
· 求解器Forge V2011 2D/3D
· 后处理器GLView
2)配置模块功能简介
· 前处理器单元GLPre 
· FORGE与您的CAD直接关联, 
· 可以在2D中快速读取IGES和DXF文件, 
· 在3D中读取STL,STEP,Parasolid(.x_t),Nastran,Patran和UNV文件。 
· GLPre是一种允许用户对以前加载的任何对象重新划分网格的工具,网格模块可处理表面和体网格,可以执行:
· 总体网格细化 
· 局部网格细化归功于不同的网格划分空间 
· 提高网格划分质量 
· 系统的细化网格 
· 进行手动划分网格,可以进行边缘切割,节点居中或删除。 
· 分析网格属性,如质量,曲率(检测褶皱) ......
求解器Forge V2011 
(1)二维求解计算-FORGE2D
· FORGE2D可以模拟热锻、冷锻和温锻工艺,对金属流动情况进行模拟,从而优化锻造工艺,改善产品质量,合理化模具结构,提高模具寿命。
· FORGE2D应用了最新的数字技术成果,确保了模拟的速度和准确性。
· FORGE2D可以模拟各种材料,同时也可以对各种模具材料制成的模具进行磨损和应力分析,从而为优化模具结构,提高模具寿命服务。
· FORGE2D具有灵活的模具动力特性,可以模拟各种有模和无模成型工艺,如胎膜锻、自由锻、模锻、弯曲、挤压、拉伸、切割、冲裁、铆接、2D机加工等,同时也可以模拟液压涨形和超塑成形。
(2)三维求解计算-FORGE3D
· FORGE3D可以用于模拟冷锻、温锻和热锻成形。
· FORGE3D适用于组合模具的使用,可以很精确地对模具进行模拟,为改善模具寿命提供帮助。FORGE3D具有非常灵活的模具动力特性,工艺模拟范围大大扩展,可以模拟成形辊锻、轴向辊锻、辗环成形、挤压、轧制以及其它诸如剪切、冲孔等金属成型工艺。
· FORGE3D可以对整个成型过程进行模拟:下料-辊锻制坯-锻造-切边-热处理。
· FORGE3D软件主要用于 
· 预测材料流动: 
· 预测零件缺陷 
· 精确分析零件最后几何形状
· 分析零件整个成型过程中的情况 
· 温度分布 
· 应力和残余应力变化
· 应变分布 
· 纤维变化 
· 优化锻造工艺 
· 优化模具寿命 
· 压力预测
(3)热处理模拟
· FORGE2D和FORGE3D都具备金属材料的热处理模拟功能,可以对金属材料的奥氏体化过程、正火、回火、退火、淬火等热处理过程进行模拟。
· 材料基本数据的准确性是热处理模拟结果可靠性的前提条件,FORGE软件自带丰富的材料数据库,这些材料数据库都是基于大量实验和工程验证获得,提炼成AVRAMI、KM等经典模型参数,适用于常规结构材料的热处理模拟需要。
· 对于数据库中没有的材料,FORGE软件不仅支持用户根据自身需要进行人为设定输入,还提供一个专门的材料计算工具,在用户输入主要化学成分等少数几个参数的情况下,快速得到热处理模拟所需的各种参数,该方法在材料数据缺失的情况下也能快速给出大致规律正确的模拟结果,适用于早期方案的快速选定。
· 影响热处理模拟结果的另一个主要因素就是热处理介质参数的准确性,热处理介质在换热时的参数获取是十分困难的,比如淬火时淬火介质在整个淬火过程不同阶段的换热特性经历了核沸腾、膜沸腾和自然对流等多次变化,有时为了加强换热效果还会采用喷雾、搅拌等措施,这样获得准确的换热特性更加困难。
· FORGE软件采用标准的端淬试验逆向验证优化淬火介质的性能,为准确获得热处理介质的性能提供了可能。
后处理 GLView
· 模拟过程可以2D/3D显示。
· 模拟中也可以浏览模拟结果(如:材料流动、应力分布、应变率、温度分布……)。
· 工艺过程不同阶段的结果同时显示。
· 工艺过程不同时间不同结果的同时显示。
· 在模拟过程中可以随时获得准确信息。
· 轨迹点跟踪,每一点的参数可以计算分析,在模具上跟踪应力进行损坏分析。
· 可以获得模具应力的磨损信息。
· 折叠缺陷流线可视。
· 计算锻造压力以利于选择设备。
· 能够在模拟的任何部分自动扫描结果
· 支持保存AVI或MPEG动画文件格式
· 自动报告工具
3)硬件要求
· 操作系统:windows2003/XP/win7/linux?
· 内存:2G及以上
· 硬盘:250G及以上
4)分布license配置方案
· 前后处理器不需要license控制并没有使用数量要求。
· 求解器license支持1核到128核
· 允许license在本地和远程进行动态分布和调用(浮动版)。
· 任意对计算任务进行分解,支持一对一,一对多,多对一等不同组合方式(浮动版)。
支持远程调用license的工作模式。

主要技术特征及独特优势 :
1.主要技术特征
· 大型专业锻造工具软件
· 模拟的整个形成序列
· 快速和非常精确的计算
· 时间步数计划准确性的改进
· 传输算法准确性的提高
· 新的空气口诱捕计算法
· 新的压力能源控制算法
· 容易计算? 窗口前、后处理器
· 支持多操作平台软件:在Windows和Linux上运行同样的产品(求解器)
2.独特技术优势
符合实际生产工艺的流程化计算

强大的并行功能
Forge的并行运算涵盖整个求解过程,而其他同类工具软件的并行功能只适用于求解阶段,对于网格重构等阶段实际上仍然是单核,故而Forge的并行计算效率远高于同类工具软件,128core并行计算;

网格自动化功能
· 灵活简便设置网格精度,满足不同的计算结果要求
· 网格自适应加密功能
· 计算网格没有数量限制,最大限度的加密技术
解决多种物理现象
· .缺陷点追踪技术
· 缺陷点追踪技术对于追踪材料中的点来跟随他们的位移记录标量信息(温度,压力,……)。是非常有用的。 
· 可以用作欧拉模型(固定)或拉格朗日模型(随工件移动) 。
· 它可能用晶粒流动技术在坯料内部追踪褶皱或者其他缺陷。

2)偏析模拟
偏析现象在坯料铸造时大多数出现在零件芯部(如锰一些特定元素在这些区域有高浓度)。重要的是要确保这些情况不会出现在零件表面(锻造后零件要进行机加工)。创建一个表面网格来定义中性纤维以检测这些缺陷。

3.中心疏松区模拟
· 在锻造过程中工件内部偏析流动会导致潜在的缺陷,通常称为“中心疏松”,Forge可以做到中心疏松的正向追踪。
4晶粒流动
· 晶粒流向的预测可在任何坐标轴方向做到,没有纤维的数量和定位的限制,可以做到晶粒流动可视化.
晶粒流动常用来检查晶粒取向,定位纤维结束的位置及相关纤维变形与塑性变形。


 
5.孔隙度预测
· 预测孔隙位置的变化,利用Yamanaka准则来预测凝固过程中的孔隙度的变化
6.微观组织演变
· 对于好的组织预测来说,验证锻造/HT模型是必不可少的。
· 成功模型的关键:
 
 
——将模型运用到工业环境和应用的能力
——根据模型的预测做出处理决定的能力
目前的成就集中在将并行方法应用于锻造、热处理、机加工的过程建模中。
多样化的数据库构成
· 软件包括材料数据库和不同的压力设备数据。
· FORGE软件采用模板技术,能够帮助客户快速实现各种锻造及热处理工艺的设置。
FORGE软件包含有独特的材料数据库,有1000多种钢、铝 、铜和钛合金材料数据。

独特的自动优化功能
· 按照传统的方法,用户必须启动多个计算,对模拟计算结果逐步修改数据设置,直到得到满意的解决方案。
· Forge自动优化功能对于材料成形(尤其是锻造)是一种新的解决问题的方法。
· 在Forge2011中用户可以在软件应用中直接提交材料成形问题,选择标准进行优化和修改变量,保证有针对性地解决相关参数
Forge中的自动优化对于解决材料成形问题是一个有效的工具,因为它使用户的工作更容易,使用户以一个更加系统化和一致的方式通过分析整个参数空间得到新的解决方案。

客户化的自动报告功能
· 支持用户在计算结束后自动生成计算报告,提供word、excel、pdf等不同输出格式
开模锻造自定义旋转打击功能
对于开模锻造中的大量击打动作,以及击打动作之间的工件运动、温度变化,Forge软件的定义十分方便,只需定义一个文件,一次求解即可,而目前其他软件需要分别定义,操作非常繁琐。

FORGE软件适用的锻造工艺
· 锻造工艺模拟:闭式模锻, 开式模锻, 增量锻造,轨道锻造
· 轧制工艺模拟: 轧制,环轧,减速机轧,楔横轧,轧管
· 旋压工艺模拟
· 挤压工艺模拟
· 热处理工艺模拟
其他工艺:螺纹成形过程,拉丝,弯曲,吹制,铆钉压接,切割,剪切,冲孔,切边,冲压, 液压成形,搅拌摩擦焊 ,机加工,超塑性成形。
锻造工艺模拟
1.1闭式模锻
· 模拟的目标
· 对于零件:
· 填料折叠评估预测其他裂缝和缺陷
· 预测类似于折叠的缺陷
· 对于工具 :
· 变形刀具的磨损预测分析
· 应力分析和对模具寿命的影响
· 内部应力的评估/对模具寿命和刀具寿命的影响
· 对于设备 :
· 最大力的估计/负载与压力特点比较
压力偏转评估
1.2 开式模锻
· 模拟目标
· 对于零件:
· 最终成形的预测
· 类似折叠的缺陷预测
· 对于工具:
· 磨损评估
· 刀具变形分析
· 内部应力分析
· 对于设备:
· 预测最大负荷/与压力特点的比较
压力按偏转分析
1.3 增量锻造模拟的目标:
· 对于零件:
· 形状的预测
· 类似折叠的缺陷预测
· 对于工具:
· 磨损的评估
· 对于设备:
最大载荷的预测
1.4 轨道锻造
· 模拟目标
· 对于工件:
· 形状的预测
· 类似于折叠缺陷的预测
· 对于工具: 
· 磨损的评估
· 对于设备:
预测最大负荷/扭矩

轧制工艺模拟
2.1 轧制
· 模拟的目标
· 对于零件 :
· 定义形状的变化,以获得预期的产品。
· 膨胀的预测
· 对于设备 :
估计扭矩和最大负载/与压力特点的比较
2.2 环轧
· 模拟的目标
· 对于零件:
· 预测环的成形
· 评估成形环的充分填充
· 缺陷的预测
· 对于设备:
预测扭矩和最大负载/与压力特点的比较
2.3 减速机轧
· 模拟的目标
· 对于零件 :
· 形状的预测
· 类似于折叠缺陷的预测
· 对于设备:
预测扭矩和最大负载/与压力特点的比较
2.4 楔横轧
· 模拟的目标
· 对于零件:
· 成形的预测
· 类似折叠缺陷的预测
· 对于设备:
预测扭矩和最大负载/与压力特点的比较
2.5 轧管
· 模拟的目标
· 对于零件:
· 管材形状的预测
· 在曼内斯曼效应加工管材的情况下:预测棒材中间的破。
· 缺陷的预测
· 对于设备:
预测扭矩和最大负载/与压力特点的比较
3.旋压工艺模拟
· 模拟的目标
· 对于零件:
· 预测最终形状
· 预测最终厚度
· 检测收缩状况
· 预测缺陷如褶皱
· 对于设备:
· 根据压力机的特点预测最大载荷量
轧辊运动的优化
4.挤压工艺模拟
· 模拟目标
· 对于工件:
· 预测演化形状的结果,以获得所需的产品(尺寸分析)。
· 膨胀的预测
· 缺陷的预测(表面和核心)
· 对于工具:
· 磨损预测
· 分析工具变形
· 模具应力分析
· 对于设备:
预测最大载荷
5.热处理工艺模拟
· 模拟目的
· 对于工件:
· 形变预测
· 局部金相组织的计算
· 残余应力的预测
局部硬度的计算
6.其他工艺模拟
6.1 螺纹成形过程
· 模拟的目标对于零件:
· 成形的预测
· 填充的预测
· 螺丝头褶皱等缺陷的预测
· 对于设备:
预测扭矩和最大负载/与压力特点的比较
6.2 拉丝工艺
· 模拟的目标
· 对于工件:
· 线半径局部应变分析(线表面)
· 防止过高的变形,以避免收缩现象
· 对于工具:
· 磨损预测
· 工具变形分析
· 模具应力分析-优化模具形状
· 对于设备:
· 最大载荷的预测
优化反向拉伸载荷
6.3 弯曲工艺模拟
· 模拟的目标
· 对于零件:
· 预测成形过程:可以考虑各向异性
· 预测最终厚度
· 检测最薄厚度
· 对于工具:
· 预测磨损
· 对于设备:
比照压力机的特点估计最大载荷量
6.4 切割、剪切、冲孔、切边
· 模拟的目标
· 对于零件:
· 预测形状
· 预测裂
· 残余应力分析
· 对于工具:
· 预测磨损
· 对于设备:
预测最大载荷量
6.5 卷曲工艺模拟
· 模拟目标:
这些装配工艺以前一般用烦琐而昂贵的试凑法来实现,而现在都用数值分析法。通常用来做结构分析的方法则无法考虑到铆钉和装配材料的残余应力、塑性和损伤等微观因素。但是用FORGE这个软件可以对对整个装配过程进行计算机模拟。随着关于变形物体接触界面、摩擦、损伤和裂纹等方面的数字化,在FORGE的二维或三维环境下可以进行各类界面问题的数值模拟,如铆接、钉住、卷曲甚至包括螺纹连接。

6.6 冲压工艺模拟
· 模拟的目标
· 对于零件:
· 形状预测各向异性行为
· 预测最终厚度
· 局部厚度太薄的检测
· 对于工具:
· 设备磨损的预测
· 根据压力机的特点预测最大载荷量
空载的优化
6.7 液压成形工艺
· 模拟的目标
· 对于零件:
· 预测成形
· 预测最终厚度
· 检测局部收缩现象
· 预测折叠等缺陷 
· 对于设备: 
· 测定最佳压力变化避免默认值
6.8 成形:焊接工艺模拟
模拟目的: 
模拟软件不但需要能够预测出焊区由于摩擦产生的热量,还必须准确计算当前形变量以及当前焊区形状。在数据有效的情况下,还能模拟出受热影响区的微观组织变化情况。
(责任编辑:Tsingso)