mrsamwalt 09年12月 北京

环形件径轴向轧制、辊轧及旋压等旋转加工的有限元仿真，由于涉及到的工模具较多，且模具的运动方式复杂，一直以来是有限元仿真中的难点。而Simufact为这类仿真提供了很好的平台，设置简单，方便易用，结合MARC有限元求解器，结果精确。

1. 创建一个新的工艺仿真

通过开始菜单或桌面快捷方式打开simufact.forming软件。在软件界面点击File下拉菜单中的New Project，或者通过快捷键Ctrl+N来创建一个新的工艺仿真。

或者通过点击新建图标来创建一个新的工艺仿真。

点击后会弹出如下Process Properties对话框：

这里可以设置仿真相关参数：环轧类型（热/冷）、仿真类型（2D/3D）、和求解器（有限元/有限体积）。当选择完工艺类型后，系统将自动定义相关参数。下面可以选择模具数量。当然，在Simufact9.0版本中，如果选择了相关的工艺类型，比如这里选择了环轧仿真，那么系统会出现默认设置，推荐使用的是有限元法（FEM）

操作步骤：

左侧选择工艺类型为ring rolling（环轧），修改加工类型为Hot

保留缺省设置（3D和FE）

调整模具数量，总数为5即可（本次仿真中用到的模具有5个）

点击ok确认

2. 仿真建模

3.1 修改仿真、模具、坯料名称

确认后，你可以看到simufact.forming软件已经自动设置好了仿真所需要的相关参数。在左侧可以看到仿真所需要的进程树，右侧为预览窗口。鼠标左键缓慢双击要修改名称的进程树，或者通过右键单击选择Rename可以修改名称。将模具名称修改为：drive-roller（驱动辊）、guide-roller（导向辊）、core-roller（芯辊）、end-roll1（端面轧辊_1）、end-roll2（端面轧辊_2）。

3.2 导入几何模型

导入模具和坯料的几何模型有两种方式：

1、在菜单栏点击Insert — Model — Form file/CAD import

2、下图所示第二个空白区（备品区）点击鼠标右键Model — Form file/CAD import

解释：

Form file：一般导入通用有限元格式，如STL、BDF、DAT、ARC、T16、WRL和DXF。

CAD import：可以直接打开proe、catia、ug、SolidWorks等默认格式文件，无需转换。

选择Form file导入STL格式文件，例子中要用到的文件我上传到附件中了。在弹出的对话框中选中如下三个文件：drive-roller.stl、core-roller.stl、guide-roller.stl、workpiece.stl、end-roll1.stl、end-roll2.stl，点击“打开”

选择单位为：mm

在备品区用鼠标左键拖动drive-roller、core-roller、guide-roller、workpiece、end-roll1、end-roll2到左侧进程树对应模具和坯料中

拖动后在右侧图形区会出现图示几何模型。一般在CAD软件里将模具和坯料装配起来，导入后Simufact会按照你在CAD软件里面装配的位置，自动出现如下图所示的装配好的几何模型。也可以通过Simufact里面自带的装配工具来调整每个模具的位置。Simufact里面的装备工具在以后的里面来讲。所以，我们在画CAD模型的时候，记住要在CAD软件里面便把各个模型的位置定义好。

3.3 定义模具的旋转轴

这里我们来定义驱动辊、芯辊、导向辊、端面轧辊的旋转轴和主动运动还是随动，其中驱动辊是主动运动，无需添加随动边界条件。导向辊在Z向为主动运动，绕自身旋转轴旋转为被动运动，芯辊和端面轧辊也是由于和坯料摩擦而被动旋转。我们知道在marc、abaqus里面定义旋转轴比较复杂，特别是这里的端面轧辊的旋转轴和总体坐标不一致。Simufact特别提供总体坐标和局部坐标的设置。极大的方便了类似旋转轴的定义。

在进程树中的driver-roller上面点击鼠标右键，出现如下对话框，鼠标左键选择Rotation Axis/Local System

在弹出的如下对话框中，用鼠标左键在驱动辊侧表面上沿其旋转方向依次拾取3个点。如下图：驱动辊在如下视图中位顺时针转动，便依次绕顺时针方向在驱动辊侧表面选取3个点。这样便定义了驱动辊的旋转轴和旋转方向（主动旋转）。

定义完后在进程树和备品区的驱动辊（driver-roller）会变成带有旋转符号的图标。

如定义end-roll1（端面轧辊1）的被动旋转轴和旋转方向时，依照前面定义驱动辊旋转方向按照其旋转方向依次选取3个点，最后再其表面再选取一点确定局部坐标系中X轴。这样便实现了局部坐标系的定义。

下图所示为定义了局部坐标系的端面轧辊实线为局部坐标系的旋转轴，大家可以同时看到局部坐标系和总体坐标系。

3.4 定义材料

模具材料的定义：如果不定义模具材料，缺省设置为H13模具钢，同样在备品区点击鼠标右键，出现如下图菜单，选择Material-Library

在材料数据库中选择Steel—DIN_1.3505，点击Load，所选材料出现在右侧备品区。

3.5 定义设备

这里需要定义的有驱动辊和导向辊的运动，驱动辊是平动和转动的结合。右键在备品区单击，选择Press — Manual，弹出如下对话框，选择Tabular motion（Translation & Rotation）（自定义平动和旋转）并定义相关参数，沿Y的负方向平度速度为1mm/s，绕Z轴旋转速度为100 R/min，如下图所示：

导向辊是平动和被动旋转的结合。所以，在这里我们需要对导向辊的运动进行简化，我们将其设定为平动，将其摩擦系数设置为0，以尽量减少计算结果误差。

同理，右键在备品区单击，选择Press — Manual，弹出如下对话框，选择Tabular motion（Translation & Rotation）（自定义平动和旋转）并定义相关参数，沿Z轴的平度速度为0.8mm/s，如下图所示：

在备品区点击鼠标右键，或者通过Insert — Friction — Manual插入摩擦类型，选择Plastic Shear Friction，定义芯辊、端面轧辊的摩擦因子为0.3，同理，定义导向辊的摩擦因子为0.3，定义驱动辊的摩擦因子为0.85，其它相关参数默认。如下图所示，然后点击OK。

3.7 定义温度

在进程树中用鼠标左键双击Ambient Temperature设定环境温度为20℃。

在备品区点击右键或者点击菜单Insert — Heat — Die — Manual设置模具温度为20℃，相关参数设定如下：

同样Heat — WorkPiece设置坯料温度为20℃，相关设置如下：

在备品区点击鼠标右键，在出现的对话框中选择DieType—DieInsert—Manual，如下图：

在弹出的对话框中定义端面轧辊X/Y/Z方向的平动和X/Y方向的旋转，让其只能绕Z轴旋转。如下图：

用鼠标左键（选中不放，拖拽到进程树相应处）将备品区设置好的设备、材料、边界条件、温度、摩擦等模型拖到到驱动辊、坯料、芯辊、导向辊及端面轧辊中，拖拽好后进程树如下图所示。

用鼠标左键双击进程树中workpiece下方Mesh，出现如下图网格划分对话框，定义单元尺寸为4mm，选择网格划分器为Ringmesh，点击上方网格划分按钮

点击ok确定，弹出对话框提示，是否使用初始网格划分定义网格重划分，如果你觉得需要网格重划分就点yes，变形量不大，不用网格重划分就点No。这里我们点击yes，会看到右边备品区出现Remesh，双击打开，选择网格重划分标准，这里选用应变控制的网格重划分，定义应变变化为0.6时开始网格重划分。当然也可以多个准则同时使用，也可以在网格重划分的时候改变单元类型。我们这里定义如下图所示：

在进程树中左键双击Forming，出现如下工艺过程相关参数定义对话框。

在output Divisions菜单中修改保存200步结果。