搜索【鍛造技術】DEFORM軟件DOE/OPT技術在螺栓成形工藝中的應用
2017-08-31 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
螺栓是機械構件中廣泛采用的一種連接零件,其加工工藝及模具設計以往都是根據(jù)工程師經(jīng)驗,通過反復試模和調整工藝方案來進行的。隨著有限元技術的發(fā)展,利用有限元模型進行模擬實驗已經(jīng)廣泛用于金屬成形和熱處理工藝中。計算機模擬仿真可以有效降低成本,縮短生產(chǎn)周期,為模具設計和工藝方案的制定起到指導作用。但是有限元模擬技術只能對預先設計的成形方案進行評估,它并不能直接給出成形工藝的最優(yōu)方案,所以SFTC公司將DOE/OPT優(yōu)化技術嵌入DEFORM軟件中,以便在模擬仿真環(huán)境下使輸出響應不斷地得到改進,從而可以實現(xiàn)成形工藝方案的自動優(yōu)化。DOE/OPT技術就是從可能值中找到最佳工藝設計變量,使得輸出結果為最優(yōu)解或滿意解的過程,使用戶可以更加容易地獲得設計規(guī)律和最佳工藝方案。
本文采用DEFORM軟件對螺栓成形工藝進行了分析,并運用DOE/OPT技術對成形工藝方案自動優(yōu)化設計,最終獲得設計規(guī)律和最佳工藝方案。
1 有限元模擬
螺栓成形工藝較為復雜,一般為多工步成形,其成形工藝流程:預成形—頂鐓—終鍛。根據(jù)螺栓幾何及成形特點,模擬仿真過程中坯料和模具的幾何可以簡化為2D模型。DEFORM MO模塊多工步成形仿真前處理設置如下圖所示:
MO模塊前處理設置
2 DOE/OPT優(yōu)化設計
運用DOE/OPT技術對螺栓成形工藝進行優(yōu)化設計,獲得設計規(guī)律和最佳工藝方案。在MO集成環(huán)境中添加DOE分析,將預成形下模內傾角和內圓角,坯料直徑和高度(同時保持坯料體積不變及坯料外徑和下模具內徑相等);頂鐓工步上模內傾角及深度(保持內腔體積不變),上、下模具間距等設置為設計變量;螺栓終鍛成形完成后,其關心區(qū)域的最大等效應變作為目標變量。期望最大等效應變最小,避免開裂,提高產(chǎn)品質量。設計變量設置如下圖所示:
預成形下模內傾角和內圓角坯料直徑及高度
頂鐓上模內傾角及深度頂鐓上、下模具間距
將終鍛坯料關心區(qū)域的最大等效應變設置為目標變量,如下圖所示。
目標變量設置
3 結果
采用全因素樣本法,自動生成135組成形工藝方案。計算完成后,通過DOE專業(yè)后處理器可以獲得各種優(yōu)化結果。
分析設計變量對最大等效應變的影響,繪制Tornado圖和2D響應面如下:
Tornado圖2D響應面
由上圖可知,最大等效應變與坯料直徑成反比,而與預成形下模內傾角和內圓角及頂鐓上模內傾角等成正比;第一主要因素是坯料直徑,第二主要因素是頂鐓上模內傾角,而且只有當坯料直徑最大和頂鐓上模內傾角最小時,最大等效應變最小。
通過分析DOE列表結果,第39組工藝方案最大等效應變最小,同時總成形力最小,為最佳工藝方案。列表結果及最大等效應變分布如下圖所示:
4 總結
運用DEFORM軟件DOE/OPT技術對螺栓成形工藝優(yōu)化設計,不僅幫助工程師快速找到了設計規(guī)律,而且也獲得了最佳工藝方案,提高了設計效率,降低了研發(fā)成本。
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