收缩
  • 南方销售热线

  • 0769-26266341
  • 0769-22287019
东莞南方泵业,服务承诺 广东南方泵业,产品优势

联系我们

南方水泵广东东莞销售
电  话:0769-26266341
        0769-22287019
传  真:0769-28057097
邮  编:523000
网  址:http://www.pumpnf.com/

企业动态

计算泵座钢管坯的弹性变形量

基于等效积分形式的虚功原理以及Markov变分原理的刚粘塑性有限元模拟方法,东莞南方泵业主要用其研究那些忽略弹性变形的粘塑性变形(材料变形的应力应变曲线是应变速率的函数)。

1、前处理器(PreProcessor)

在前处理器完成几何模型的导入,水泵模具的处理,坯料的材质选用,网格的生成,成形条件和边界条件的定义,模拟步骤的控制等工作。

 

2、模拟器(Simulator)

利用平衡方程、本构关系和边界条件将成形模型转变为非线性方程组,利用迭代法和Newton-Raphson进行求解。

 

3、后处理器(PostProcessor)

在后处理器中,用户可以直接看到模拟成形的过程,对每一步模拟的结果均可以进行多方面的详细分析,后处理器中可以提供详细的分析,这些可以是数字,也可以是图像等形式,其中包括在金属成形中主要用于评价金属成形效果的应力应变曲线、材料流动速度曲线等。

 

外模成形,顾名思义,就是通过外模对管材的挤压成形出螺旋管。具体指的是管材在经过局部加热后,将管坯依次推进外模中,利用外模具有要成形的螺旋管外径形状(双螺旋形状)的特点,逐步挤压成形出螺旋管,外模的形状是成形的关键。

(1)水泵模具的三维建模

在SolidWorks三维CAD软件里面实现外模的三维建模,这里,外模主要分为两部分,第一是过渡部分,即螺旋管成形之后的横截面形状为类似于椭圆的扁圆形状,而初始管坯截面为圆形,见下图1,实线框为成形后螺旋管横截面,虚线框为原始管坯横截面,可见,由于变形量较大,过渡部分是必要的,其三维建模为两个截面的扫描切除;第二是成形部分,其形状与螺旋管的外径形状相匹配,在成形过程中保证螺旋管的形状,选取模具成形部分的长度为一个螺距。

图1:成形前后横截面对比

成形前后横截面对比

东莞南方泵业绘制原始管材三维模型,同时绘制冲头,之后创建装配图,完成模具、管材以及冲头的装配关系,并在装配图中依次将模具、管材、冲头以stl文件格式保存。

(2)导入模型以及划分网格

在DEFORM-3D中,通过前处理器将外模、管材、冲头的实体模型导入,在这里,不考虑外模、冲头的受力和变形情况,将外模和冲头分别定义为刚性体,将管坯定义为塑性体。通过objectpositioning将外模、管材、冲头的位置关系设好。

DEFORM-3D中可以对变形体进行网格自动划分,通过直接定义网格数目,实现自动划分网格。但是,如果网格划分数目过少,网格过大,就会影响模拟过程的准确度;如果网格划分数目太多,就会导致模拟进行的速度太慢,生成的模拟文件偏大。在本模拟中,划分的网格数目为121441,节点数目为30491。

该等壁厚螺杆泵定子管材为J55钢,该钢材的抗拉强度02650MPa,屈服强度0s-400MPa,延伸率为3-25°%,材料库内没有该材料,并且由于缺乏该材料在高温下的流动应力-应变曲线,无法自行添加对应的材料,考虑到J55钢的性能与45#钢接近,在模拟中加载45#钢。

 

(3)定义冲头的运动参数

在南方水泵制造模拟成形过程中,主要依靠冲头提供挤压力,通过设置冲头的运动参数,实现管材的推进挤压成形。由于是螺旋管,管材在实际前进成形过程中会发生旋转,在这里主要通过冲头与管材之间的摩擦系数,由冲头旋转带动管材的旋转。因此,在这里,设置冲头的运动方向为沿z轴,运动速度为10mm/s,另将冲头设置为绕z轴旋转,转速为0.15rad/s。

 

(4)定义物体间的相对位置关系

在模拟之前,需要对各物体进行接触定位。在objectpositioning中,选择Interference,默认的干涉量的值为0.0001,Approachdirection为两个物体的接近方向,以矢量形式表达。

 

(5)定义接触摩擦条件

在本模拟中,可以预想到管坯与外模之间存在剧烈摩擦,该摩擦是阻碍挤压成形的,因此,将二者之间的摩擦系数设为0.1;同样,管材的主动旋转是通过冲头与管材之间的摩擦力实现的,管材与冲头的摩擦系数设为0.5。在Inter-Object中,分别对管材与外模、管材与冲头进行设置。

 

(6)定义模拟条件参数

在SimulationControls里面完成对模拟条件的设置,在main菜单下,单位为国标,模式定为变形与热传递同时进行(水泵模具温度设为500°C,管坯温度设为1000°C),在step菜单下,总步长设为1500步,每5步保存一次。如果StepIncrementtoSave设置过大会影响后面后处理中的分析数据的精确性;设置过小,则会导致模拟存储文件过大,不利于分析。将冲头设为PrimaryDie,步长以时间增量计,每步为0.05s。

 

(7)生成数据库

完成上述设置后,生成数据库,在DatabaseGeneration窗口下,确定文件的存储位置后,单击check进行数据检查,如果有错误的设置,这里会给出警告和提示DatabasecanNotbegenerated,对照提示进行修改;如果不存在严重错误,则提示Databasecanbegenerated,单击Generate生成数据库,关闭前处理,进入主菜单中,单击simulation菜单下的run,进行成形模拟。

 

(8)成形分析

该方案的成形过程:推板推动管坯直接进入外模中成形,利用外模对管坯的挤压成形出双螺旋结构。从后处理器中分析南方水泵外模的成形效果,虽然也能成形出具有双螺旋形状的螺旋管,但是这里并不能保证双螺旋的形状为理想的预定形状,可以看出,成形后的螺旋管明显比较扁平,成形的螺旋管的螺距并不能满足要求,理想的螺距为200mm,从图中可以看出螺距的差距越来越大,因此,外模成形方案不能作为用于成形螺旋管。