Deform-3D 軟件是國際上最為實(shí)用的金屬塑性成形體積成形有限元分析軟件，這也是該軟件有別其他特色之處。Deform-3D 軟件不僅可對鍛件的二維、三維塑性成形過程進(jìn)行模擬，還具有自動(dòng)再劃分網(wǎng)格技術(shù)和后處理時(shí)可視化的操作。Deform-3D 軟件將其鍛造過程和計(jì)算機(jī)緊密的結(jié)合起來，使工業(yè)化的機(jī)械加工進(jìn)一步完善模擬和發(fā)展。

鍛壓現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用 Deform-3D 軟件對鍛造過程中的溫度場和尺寸應(yīng)變場進(jìn)行模擬。并通過該模擬充分顯示了鍛件溫度和尺寸變化。Deform-3D軟件對鍛造過程仿真的流程圖如圖 4-1 所示：

(1)

分析模型：針對鍛造過程中的鍛件溫度和尺寸的變化進(jìn)行分析時(shí)，考慮到環(huán)境影響和塑性做功的影響，進(jìn)而基于熱傳導(dǎo)方程和材料的力學(xué)原理建立有限元的模型。Deform-3D 是以修正的拉格朗日定理為理論依據(jù)，利用剛塑性有限元法對鍛造過程進(jìn)行有限元分析。鍛件材料模型尤為重要的，鍛件材料模型包括剛性材料模型，塑性材料模型，多孔材料模型，彈性材料模型。

(2)

離散化：離散化是將鍛件變形從空間上特定的力學(xué)和溫度邊界等條件下分解成許多的小單元模塊來進(jìn)行分析。根據(jù)需要將鍛件進(jìn)行六面體或四面體的網(wǎng)格劃分，但由于四面體網(wǎng)格比六面體網(wǎng)格更容易實(shí)現(xiàn)。Deform-3D 軟件一般的采用四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，該四面體網(wǎng)格可根據(jù)鍛件空間的大小自行設(shè)定，并進(jìn)行相關(guān)特殊的網(wǎng)格關(guān)系處理。例如當(dāng)鍛件的尺寸變化超出單元尺寸設(shè)定值時(shí)，Deform-3D 軟件憑借很強(qiáng)的自我重劃分功能，對鍛件進(jìn)行自我重新劃分，但在同類軟件中，Deform-3D軟的自我重劃分件對鍛件損傷情況是最小的。

(3)

微單元的分析：在鍛造過程中鍛件溫度和形變并非是均勻的，且兩者之間的相互變化關(guān)系也是非線性的，且不易分析。因此通過對鍛件離散化的微分單元進(jìn)行相應(yīng)的關(guān)系構(gòu)造，就能夠?qū)﹀懠懺爝^程中整體鍛件的關(guān)系進(jìn)行評(píng)估。Deform-3D軟件常用求解方法有兩種：共軛梯度法和稀疏矩陣法。一般對于在溫度影響下的鍛件尺寸形變或純溫度變化，可使用稀疏矩陣法進(jìn)行分析求解。在鍛造過程中鍛件與砧子之間運(yùn)動(dòng)都適合于該特點(diǎn)。因此本文采用的是軟件的稀疏矩陣法求解器。

(4)

相關(guān)條件：在鍛造過程中，無論對于鍛件的描述，還是有限元數(shù)值模擬方法的求解都需進(jìn)行相應(yīng)的邊界條件描述。因此，Deform-3D 軟件中也需進(jìn)行相應(yīng)設(shè)定。 鍛件溫度場的邊界條件：首先要通過邊界條件的指定項(xiàng)對鍛件的邊界面進(jìn)行選取。其次，在 Deform-3D 軟件中，可通過模擬控制中程序條件的環(huán)境溫度和對流系數(shù)進(jìn)行設(shè)定來解決熱對流的影響，并且也可對材料模型熱傳導(dǎo)項(xiàng)中的輻射系數(shù)進(jìn)行設(shè)定，以解決熱輻射的影響。鍛件熱導(dǎo)率和比熱容也可在材料模型熱傳導(dǎo)項(xiàng)中進(jìn)行設(shè)定。

功能換系數(shù)：在鍛件鍛造的瞬時(shí)情況下，功能系數(shù)通過以上數(shù)學(xué)模型計(jì)算被取為一個(gè)相應(yīng)的常數(shù)。在 Deform-3D軟件中，功能換系數(shù)一般通過在模擬控制程序條件下常數(shù)項(xiàng)進(jìn)行設(shè)定。 

接觸邊界：在鍛造過程中，鍛件的接觸問題有兩種：剛體-塑性體、塑性體-塑體。而在熱態(tài)鍛件成形時(shí)要將鍛件視為塑性柔體，砧子作為剛體。剛體和塑性體兩種不同材料的接觸，僅限于表面作用力下的接觸，而且相互作用的兩種材料不會(huì)出現(xiàn)相互滲漏現(xiàn)象。在 Deform-3D 中接觸邊界可通過邊界條件和物體內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定來解決鍛件實(shí)際加工中的作用接觸問題。

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