鍛造工藝模擬

前言

鍛壓行業(yè)的同仁們，期盼已久的第一套《鍛件生產(chǎn)技術叢書》終于出版了！這是中國鍛壓協(xié)會、中國鍛壓行業(yè)一項具有開創(chuàng)性的工作！隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，鍛壓概念無論是內(nèi)涵還是外延都得到了巨大的發(fā)展。中國鍛壓協(xié)會涵蓋的鍛壓不僅僅是鍛造與沖壓的總和，還包括了鈑金、金屬制作和其它塑性成形有關的工業(yè)領域。鍛壓是制造業(yè)的重要基礎工藝，在國民經(jīng)濟和國防建設中具有重要作用與地位。由于受“工藝性”行業(yè)觀念的影響，鍛壓行業(yè)一直沒有受到制造業(yè)界的足夠重視，行業(yè)生產(chǎn)技術文獻少的可憐，更沒有一套系統(tǒng)地對行業(yè)技術進行總結(jié)、研究和展望的著作?；谶@樣的情況，中國鍛壓協(xié)會根據(jù)國內(nèi)鍛壓行業(yè)發(fā)展的迫切需要，籌備出版系列鍛壓行業(yè)生產(chǎn)技術叢書。經(jīng)過多年的策劃，2007年起邀請90余位專家、學者和工程技術人員歷時兩年多編撰了這部十冊約700余萬字的《鍛件生產(chǎn)技術叢書》。在未來幾年內(nèi)，中國鍛壓協(xié)會還將組織編撰出版有關沖壓、鈑金與金屬制作方面的生產(chǎn)技術叢書?！跺懠a(chǎn)技術叢書》在繼承前人的科研成果和生產(chǎn)經(jīng)驗基礎上，以金屬塑性變形理論為指導，借助數(shù)值和物理模擬技術，挖掘工藝、設備和相關邊緣技術的潛力，為企業(yè)實現(xiàn)高效、精密和低成本地生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鍛件、提升企業(yè)的市場競爭力和可持續(xù)發(fā)展服務。本叢書以其實用性、先進性和前瞻性對從事鍛造技術科研、生產(chǎn)和教學的工作者有參考價值和引導作用，本叢書特別適于用作培養(yǎng)年輕鍛造技術人員的教材。在這套叢書出版之際，謹向所有參加編撰辛勤工作的專家、學者和工作人員，致以衷心地祝賀和感謝！

內(nèi)容概要

本書全面、系統(tǒng)地介紹了鍛造成形數(shù)值與物理模擬的相關理論知識，主要包括剛粘塑性有限元法、宏微觀耦合、熱力耦合、物理模擬相似性的理論。另外，本書以較大篇幅列舉了十多個結(jié)合實際科研與生產(chǎn)的典型案例，詳細深入地解析了如何模擬預測鍛造過程中變形、微觀組織、模具磨損、溫度場等物理量，介紹時從最基本的模型簡化、邊界條件及工藝參數(shù)設置開始，到模擬結(jié)果分析、工藝優(yōu)化，力求讓求知者學以致用、學了會用、學有所值。　　本書適合作為材料成形領域的工程技術人員初學模擬技術及提升模擬水平的自學教材，適合作為中高等院校的教學教材與培訓教材，并適合于來自其它領域的鍛造愛好者的拓展性學習。

書籍目錄

第一章 概論　1.1 引言　1.2 塑性加工模擬的目標和任務　1.3 鍛造過程的數(shù)值模擬技術　1.4 鍛造過程的物理模擬技術　1.5 數(shù)值模擬與物理模擬的關系　參考文獻第二章 塑性有限元法基礎　2.1 塑性加工分析系統(tǒng)　　2.1.1 系統(tǒng)考慮的影響因素　　2.1.2 塑性加工分析系統(tǒng)模型　2.2 塑性成形解析及數(shù)值分析方法　　2.2.1 一般解析計算法　　2.2.2 有限元數(shù)值分析法　2.3 剛粘塑性有限元法理論　　2.3.1 金屬熱成形中的粘性問題　　2.3.2 剛粘塑性有限元列式　　2.3.3 四節(jié)點四邊形等參單元　　2.3.4 局部網(wǎng)格節(jié)點重定位技術　2.4 鍛造過程中的熱力耦合分析基礎　　2.4.1 熱傳導有限元列式　　2.4.2 變形和傳熱過程的耦合技術　2.5 塑性有限元中的摩擦模型　2.6 分析模型簡化　　2.6.1 平面問題　　2.6.2 軸對稱問題　參考文獻第三章 鍛造成形數(shù)值模擬軟件介紹　3.1 鍛造成形數(shù)值模擬的實質(zhì)　3.2 鍛造成形數(shù)值模擬的準備工作　3.3 通過數(shù)值模擬可以獲得的結(jié)果　3.4 常用軟件介紹　　3.4.1 DEFORM軟件介紹　　3.4.2 QFORM軟件　　3.4.3 FORGE軟件　　3.4.4 ABAQUS軟件　　參考文獻第四章 鍛造成形的模擬實例　4.1 軸對稱件成形2D模擬　　4.1.1 模型簡化及模擬初始條件設置　　4.1.2 模擬過程分析　　4.1.3 模擬結(jié)論　4.2 汽車曲軸成形過程的3D模擬　　4.2.1 模具結(jié)構對汽車曲軸成形性的影響　　4.2.2 預鍛連皮對汽車曲軸成形性的影響　　4.2.3 預鍛熱力耦合模擬分析　　4.2.4 曲軸模鍛生產(chǎn)試驗驗證　4.3 汽車轉(zhuǎn)向節(jié)成形過程的數(shù)值模擬及優(yōu)化　　4.3.1 模型簡化及模擬初始條件設置　　4.3.2 方案一的模擬分析　　4.3.3 方案二的模擬分析　4.4 汽車輪轂鍛造成形過程模擬及優(yōu)化　　4.4.1 奧迪鋁合金車輪出現(xiàn)的缺陷　　4.4.2 奧迪鋁合金車輪預鍛成形缺陷模擬分析　　4.4.3 奧迪鋁合金車輪終鍛成形缺陷模擬分析　　4.4.4 成形缺陷一因素矩陣　4.5 齒輪閉塞式鍛造成形過程模擬及優(yōu)化　　4.5.1 溫度對齒輪成形性的影響　　4.5.2 模具結(jié)構對齒輪成形性的影響　　4.5.3 連皮對齒輪成形性的影響　　4.5.4 結(jié)論　4.6 熱成形模具磨損的模擬及模具壽命預測　　4.6.1 模型簡化及模擬初始條件設置　　4.6.2 終成形凸模磨損的模擬分析　　4.6.3 模具磨損對壽命的影響分析　　4.6.4 凸模磨損研究結(jié)論　4.7 鍛造過程多因素動態(tài)熱力耦合仿真　　4.7.1 鍛造過程中多因素歸納　　4.7.2 主要的參數(shù)設置　　4.7.3 模擬的結(jié)果討論　4.8 大型模鍛件鍛造成形過程模擬　　4.8.1 終鍛件以及終鍛模的設計　　4.8.2 預鍛件的設計及模擬優(yōu)化　　4.8.3 制坯件的設計及模擬　4.9 大型鍛件自由鍛成形模擬實例　　4.9.1 大型鋼錠鐓粗　　4.9.2 空洞疏松缺陷閉合過程模擬　　4.9.3 中心壓實工藝模擬　4.9.4 不對稱V形砧鍛造工藝模擬　參考文獻第五章 鍛造過程中的微觀組織模擬技術第六章 鍛造成形過程的物理模擬參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：金屬塑性加工是金屬加工的一種重要工藝方法，它不僅生產(chǎn)效率高、原材料消耗少，而且可以有效改善金屬材料的組織和力學性能。因而，塑性加工作為制造業(yè)的一個重要分支，廣泛應用于工業(yè)制造中。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界75％的鋼材經(jīng)過塑性加工，在汽車行業(yè)中生產(chǎn)的鍛件和沖壓件的數(shù)量占零件總數(shù)的60％以上，在冶金、航空、船舶和軍工等工業(yè)生產(chǎn)中也都占有相當比重。近幾十年來，隨著社會經(jīng)濟和其它相關支柱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，塑性加工工業(yè)得到了前所未有的發(fā)展，新工藝、新技術、新設備和新產(chǎn)品層出不窮。行業(yè)的發(fā)展也對塑性加工技術提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在以下兩方面：①隨著鍛件單重的增加，鍛件組織性能和缺陷控制的難度進一步加大；②以凈成形和近凈成形為目標的精密塑性成形技術的發(fā)展較為迅速，各種精密鍛造、精密沖裁等技術正在得到應用，例如精鍛直錐齒輪、同步齒環(huán)、等速萬向節(jié)、汽車電機爪極等，成形后尺寸精度很高，顯著減少機械加工工時。日本生產(chǎn)的冷鍛汽車電機爪極，其冷鍛尺寸公差±0.02mm，質(zhì)量偏差±3g，生產(chǎn)率為2000件／h，每副模具的平均壽命達12萬件～13萬件，具有顯著的市場競爭力。我國的江蘇太平洋精密鍛造有限公司、江蘇飛船股份有限公司等采用冷、溫、熱精鍛工藝生產(chǎn)直錐齒輪，可以直接鍛出齒形，冷鍛齒形表面精度達8級～7級，表面粗糙度達3.2v.m。要實現(xiàn)塑性加工制件質(zhì)量和尺寸精度的穩(wěn)定和提高，必須提高塑性加工技術的科學化和可控化水平。與傳統(tǒng)的成形工藝相比，現(xiàn)代塑性加工技術對毛坯與模具設計以及材料塑性流動控制等方面要求更高，所以采用基于經(jīng)驗的試錯設計方法已不能滿足實際需要，引入以計算機為工具的現(xiàn)代設計分析手段已成為人們的共識。20世紀80年代以來，CAD和CAE等單元技術開始運用到塑性成形工藝分析、規(guī)劃與模具設計上。隨著這些單元技術的不斷發(fā)展，近年來通過它們的集成形成了基于知識的成形專家系統(tǒng)，并且有朝著集成化的塑性加工虛擬制造系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。作為系統(tǒng)必要支撐技術的計算機數(shù)值模擬技術，早已受到世界各國尤其是發(fā)達國家的高度重視，在國外已有不少塑性有限元商品軟件推出，并在許多國家的研究部門和生產(chǎn)企業(yè)中得到應用。

編輯推薦

《鍛造工藝模擬》：以鍛造成形數(shù)值與物理模擬為切入點系統(tǒng)地介紹了剛粘塑性有限元法、宏微觀耦合、熱力耦合、物理相似性的理論，及相應問題的模擬軟件與方法。列舉并剖析了十多個結(jié)合實際科研與生產(chǎn)的典型案例的模擬分析全過程。中國鍛壓協(xié)會成立于1986年7月，是全國一級社團法人單位，是鍛造和沖壓企業(yè)的行業(yè)組織。中國鍛壓協(xié)會服務于行業(yè)、服務于企業(yè)、服務干政府，是政府與企業(yè)間的橋梁紐帶，旨在促進行業(yè)交流、進步與繁榮，為行業(yè)的共同利益服務。為鍛造行業(yè)出版一批適應行業(yè)發(fā)展和滿足企業(yè)需求的鍛造專業(yè)書籍是協(xié)會組織編撰《鍛件生產(chǎn)技術叢書》的出發(fā)點和歸宿點。在歷時兩年多的編撰過程中，共有90余位來自企業(yè)、高校和科研院所的專家、學者和工程技術人員參與其中.秉持博采眾長、百花齊放的原則，從多層面、多角度展現(xiàn)鍛造生產(chǎn)中的各個領域和環(huán)節(jié).真正作到有的放矢為企業(yè)讀者帶來更多實戰(zhàn)經(jīng)驗和享受。中國有句古語：授人以魚，不如授之以漁。希望本套叢書能夠成為助力鍛造企業(yè)取得更大進步和發(fā)展的良師益友，成為助力中國鍛造行業(yè)走向更大輝煌的階梯。

圖書封面

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