1 绪论
1.1 高速钢
1.1.1 高速钢简介
高速钢又被称为风钢或锋钢，意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化，并且很锋利。高速钢是适应高速切削而发展起来的刃具钢。当车削速由10～20m/min 增加到50～80m/min时刃具刃部的温度由200～300℃增至500～800℃。碳素刃具钢和低合金刃具钢，200～300℃即开始软化，而高速钢在500～600℃，仍能保持较高的硬度（60HRC左右），因此高速切削刀具一般都采用高速钢制造。高速钢发明至今已近百年主要用作各类机床切削工具。在高速钢之后相继有硬质合金、陶瓷和聚晶金刚石等切削材料间世但高速钢在切削材料领域中始终保持着特殊的领先地位。表1.1是各类重要工具使用高速钢、硬质合金、和陶瓷材料情况的统计表,是由世界最大高速生产厂家一奥地利伯乐百特种钢公司统计的。从表中可见,除车刀外,其它各种刀具主要都是用高速钢制造的,尤其是螺纹刀具、齿状刀具和拉刀等精密复杂刀具。根据刀具专家的分析图,在可预见的将来,高速钢在刀具材料中的特殊地位不可能被其它刀具材料所取代[1]。
表1.1 主要加工刀具应用的材料销售金额比例，%
刀具名称应用的刀具材料占刀具
材料总售金额的比例
每种刀具材料所占销售金额比例
陶瓷高速钢硬质合金
车刀25 2 17 81 麻花钻23 0 96 4 攻丝刀具20 0 100 0 刀头与铣刀12 0 60 40 齿状刀具 5.7 0 98 2 铰刀 5.4 0 60 40 拉刀 4.8 0 100 0
1.1.2 高速钢钢种
目前的高速钢五大类：
(1)通用型高速钢是指世界各国生产量较大用途较广且价格低廉的一类高速钢，代表钢种有W18Cr4V（美国T1）、W6Mo5Cr4V2等。T1是使用最早的钨系高速钢，直到50年代，此类高速钢仍为世界各国广泛应用。50年代后期，由于世界范围的钨元素紧缺导致T1价格不断上涨，与此同时，钼矿资源不断被开发，因而促进了钼系、钨-钼系高速钢的研发。M2就是当时研制成功的典型钨-钼系高速钢。目前欧美较多国家已用钨-钼系高速钢部分或全部取代了T1。
(2)高生产率高速钢又称超硬高速钢，它是在一般的通用型高速钢中加入一些Co、V、Si、Al等合金元素以提高高速钢的红硬性和耐磨性，主要用来制造切削难加工材料的刀具，比通用型高速钢刀具具有更高的切削速度和耐用度。超硬高速钢的类型较多，目前应用较多的有钴高速钢、高碳高钒高速钢及铝、硅高速钢等。
(3)低碳型高速钢是在通用型高速钢的基础上将碳含量降至0.6%～0.7%左右，而其他合金元素基本不变，已用于生产的有日本的SKH2R、SKH3R及我国的6W6Mo5Cr4V等。
(4)粉末冶金高速钢是较先进的高速钢生产方法。用冶炼-铸锭-锻造工艺生产的高速钢，不可避免地存在着碳化物的偏析，粉末冶金高速钢从根本上解决了高速钢中碳化物分布不均及碳化物级别均为1级，其尺寸大约为2～5μm；而熔炼的高速钢中的碳化物尺寸为12～30μm，由于组织均匀碳化物细小，使粉末冶金高速钢的硬度和韧性大幅度提高，而且耐磨性比熔炼型高速钢优良。目前，粉末冶金高速钢除用于制造切削刀具外，还用于制造精密模具，此外，象冷轧辊、冷锻工具及切割机刀片等均可应用粉末冶金高速钢，而且取得了良好的效果[2]。
1.1.3 国内外发展现状
高速钢生产1898年从年开始,已走过了100年的发展历程。世界每年生产高速钢近30万吨,钢材在20万吨以上。世界上生产高速钢的著名企业有瑞典的ASSAB 公司、法国的ERASTEEL公司、日本的HITACHI公司、德国的THYSSEN公司、美国的CRUCIBLE公司等,这些企业基本上都是专业化生产[3]。近儿年来,我国年产高速钢约3万吨,钢材约2.5万吨。约占世界高速钢产量的1/10。大连钢铁集团公
司和河北冶金科技公司是原冶金部布点的重点高速钢生产企业,其产量、品种、质量一直处在领先地位,为我国工具行业提供了大量优质的高速钢,为国家的经济发展作出了巨大的贡献。一些重点特钢企业如上海五钢集团公司、抚顺特殊钢有限公司、大冶特殊钢有限公司也积极生产开发高速钢,长城特殊钢公司、贵阳钢厂、西宁特殊钢有限公司、本钢特钢公司等企业也生产少量高速钢。改革开放以来,特别是近几年来在高速钢生产市场的格局上发生了很大的变化。一批地方企业、研究院所和乡镇企业异军突起,瞄准高附加值的高速钢产品,建设生产线。这些企业发展的速度很快,有的已形成了规模化生产,成为高速钢生产的新生力量,已占全国高速钢生产的。目前已形成规模的企业有江苏夭工实业公司、江苏飞达集团和河北冶金科技等单位。大连地区、重庆地区及江苏扬中、江阴等地区也生产一定量的高速钢。目前生产高速钢的企业已多达10余家[4]。
1.2 高速钢的生产
1.2.1 高速钢冶炼
高速钢多用电弧炉冶炼,用精锻机或汽锤锻。现在国外一些厂家还采用了炉外精炼,这对于一些特殊品种的高速钢来说非常必要,例如双金属带锯用高速钢材,要求钢很纯净,气体含量很低。连铸能大幅度提高高速钢的成材率,但难度很大。德国和奥地利一些厂家曾进行了大量的试验研究,但仅奥地利BREITENFELD厂(勃来登弗勒德厂有试验成功的报道〕,并已正常生产。采用电渣重熔和快锻机加精锻机的锻造方法生产高速钢大断面材,取得了良好的效果。我国特殊钢厂也多是用电弧炉冶炼高速钢,生产大断面材采用电渣重熔。一些中、小型钢厂采用了感应炉加电渣炉的方法生产高速钢,每年产量约数千吨。这种方法使用了较多的返回废钢,降低了成本。
70年代初，由于气体雾化制粉盒热等静压技术的进步，诞生了粉末高速钢。它是快速凝固技术在工业上成功应用的首例冶金材料。粉末高速钢具有以下优点：(1)碳化物颗粒尺寸细小（最大约3μm），分布均匀；(2)可磨削性好；(3)韧性好；
(4)热处理时淬硬速度快，在整个截面上硬度分布均匀；(5)热处理后变形小而均匀，保持截面圆度好；(6)能生产出常规铸锻工艺不能生产的更高合金含量的高速钢。气体雾化粉末高速钢的生产工艺主要包括两个步骤：(1)雾化制粉。钢在熔炼之后,于高压气体雾化制取预合金高速钢粉末,每一个粉末颗粒实质上就是一个微小的钢
锭。由于凝固的速度很快,使结晶组织很细.(2)粉末成型。美国增祸公司粉末成型的工艺是将粉末装入钢包套,脱气密封之后,直接装入热等静压机加温加压使之致密成粉末高速钢。然后剥掉钢包套,可以锻或轧成材。瑞典公司则采取了不同的生产工艺。为提高生产效率,该公司把理论密度的装粉包套先冷等静压至理论密度,以提高其导热率。然后,经600℃和1150℃二段预热,热装机进行热等静压,产品密度可达理论密度。还有一种喷射沉积技术可用于生产高速钢。该技术由英国Osprey金属公司首创,所以又Osprey工艺[5]。其原理也是利用气体喷吹液态金属使其雾化并直接沉积在一定形状的收集器上,从而形成高密度预形坯。该工艺省去了粉末高速钢的制粉和成型等许多工序,节省能耗,降低成本。用喷射沉积技术生产的高速钢碳化物分布均匀,颗粒细小（约6～10μm）,虽略粗于粉末高速钢,但显著优于常规铸锻工艺生产的高速钢[6]。
1.2.2 高速钢锻造
高速钢属于高碳、高合金特殊钢，在退火状态甚至在淬火状态仍有大量碳化物，因此其具有与众不同的使用性能和良好的热加工工艺性能。但碳化物的不均匀性却给热加工工艺性能与使用性能带来严重损害。严重的碳化物不均匀性使锻造时金属塑性降低，应力集中易产生开裂，综合力学性能与耐磨性差，从而降低了刀具使用寿命。用锻造提高高速钢的碳化物均匀度，能为热处理创造有利条件，提高刀具使用寿命，在工具生产中具有重大作用。当锻件无碳化物均匀度要求，或原材料已达到要求级别时，大体可以直接采用原材料或简单锻造成形。但生产实践表明，当锻造不当，特别是镦粗成形时，碳化物不均匀度可能升级。当简单成形不能满足碳化物均匀性要求时，就必须采用特殊锻造方法，来改善碳化物均匀性与钢材纤维方向，以提高工具综合力学性能。生产中通常有以下几种特殊的锻造方法:
(1)不变方向反复镦拔。
(2)单十字镦拔。
(3)双十字镦拔。
(4)对角线反复镦拔等。
上述方法各有其特点与优越性，可以根据工具使用特点与操作掌握程度具体分析选用。但大多数工厂通常采用的工艺是不变方向反复镦拔，基本上能满足要
求，而且操作比较简单，产生裂纹等缺陷较少[7]。
锻造技术由自由锻造发展到径向锻造，其使用的锻造工具有了很大变化。自由锻造一般使用上下平砧进行锻造，通过砧子单方向运动使锭料或坯料受压而产生变形如图1.1所示。由于锭料或坯料在自由锻造的情况下展宽和轴向延伸不受工具的限制，变形阻力小，根据金属塑性变形最小阻力定律，自由锻的锭料或坯料将产生两个方向的塑性变形。而径向锻造一般采用四个锤头，四个锤头在同一平面内分成两组，锭料或坯料在两个方向上受压，其宽展塑性变形受到工具的限制，金属的塑性变形一轴向延伸为主如图1.2所示，极大地提高了金属的锻造效率[8]。
图 1.1 自由锻（1 锤头 2 坯料）
图 1.2 径向锻造（1坯料2锤头）1 2
径向锻造变形技术发展到现在，已由最初的机械式发展到现在的液压式，锤头的打击频次已达到240次/min，打击次数大大超过了自由锻造（快锻机打击次数仅为80次/min左右），打击频次的提高不仅可以抵偿金属变形过程的温降，而且还将导致金属变形后温度的升高，这已被实践所证实。例如液压式径向锻造机锻造难变形的高温合金GH4169，由220mm方坯锻到直径140的棒料，从第3道次开始，表面温度升高40～50℃，为了控制终锻温度，需要停留一段时间进行最后道次的变形。正因为径向锻造存在温升的现象，始锻温度与终锻温度差很小。
高合金钢，尤其是高速工具钢（W6Mo5Cr4V2）、高合金冷作模具钢（Cr12Mo1V1）等，因含有大量的合金元素，造成较为严重的成分偏析，加之碳含量较高，碳化物偏析严重，恶化了热加工性能，其热加工只能在较窄的温度区间进行。如果加热温度过高，容易造成钢锭偏析区大量的低熔点碳化物产生过热和过烧现象；若终锻温度过低，则表面塑性变差，容易产生表面开裂现象[9]。该类钢若采用自由锻造，锭到才需开中间坯，需多火次才能完成。例如将430mm～430mm的钢锭锻到直径140的圆棒，至少需6火次，而且还需要开中间坯。采用径向锻造，则只需一火次即可完成全部变形过程，始锻温度与终锻温度差仅为40～50K。这样的结果是自由锻无法做到的。因此径向锻造变形温降小的特点尤其适合高速工具钢、高合金冷作模具钢、不锈钢及高温合金、钛合金等南变形材料的锻造。
高速钢锻后从高温空冷也会转变马氏体组织，组织应力大而塑性低，很易开裂。高速钢锻件锻后应缓冷，可以在炉中冷却或置于炉口外装料板上缓冷至室温后，及时作退火处理。
1.2.3 高速钢热处理
高速钢的热处理工艺较为复杂，必须经过退火、淬火、回火等一系列过程。退火的目的是消除应力，降低硬度，使显微组织均匀，便于淬火。退火温度一般为860～880℃。淬火时由于它的导热性差一般分两阶段进行。先在800～850℃预热(以免引起大的热应力)，然后迅速加热到淬火温度1190～1290℃（不同牌号实际使用时温度有区别），后油冷或空冷或充气体冷却。工厂均采用盐炉加热，现真空炉使用也相当广泛。淬火后因内部组织还保留一部分(约30%)残余奥氏体没有转变成马氏体，影响了高速钢的性能。为使残余奥氏体转变，进一步提高硬度和耐
磨性，一般要进行2～3次回火，回火温度560℃，每次保温1小时[10]。
1.3 计算机模拟技术
计算机模拟技术不仅是计算机应用的一个十分重要而又广阔的领域，而且也是迅速发展的一门综合性很强的新兴科学，是工程分析、研究和设计的重要工具。许多工程分析问题，都可归结为在给定边界条件夏秋季起控制方程(常微分方程或偏微分方程的问题。但只有方程比较简单、几何边界想到规则的少数问题能用解析分法求出精确的解析解。对于大多数的工程技术问题，由于物体的几何形状比较复杂或者问题的某些特性是非线性的，则很少有解析解。对于这类问题其解决办法通常有:一是引入简化假设，将方程和边界条件简化为能够处理的问题，得到其在简化状态下的解，这种方法在某些情况下是可行的，但简化过多又可能导致不正确的甚至是错误的解。因此，在利用现代数学、力学理论的基础上，借助于计算机计算来获得满足工程要求的数值解，这就是数值模拟技术，也就是计算机仿真技术。一般来说，仿真技术包括物理仿真和模型仿真。模型仿真，即用数学模型代替实际系统进行分析、研究或实验。由于计算机仿真技术能够非常方便地将世纪工程提供的模型进行各种实验分析，例如:分析研究材料加工过程的各种力能参数，为选择最佳加工方法而改变工艺参数;为获得最佳设计对各种方案进行比较;对一些新产品的方案进行验证等，广泛应用于航天、冶金、通信、建筑、化工等各个工程领域，在实际应用中取得显著效果。
计算机模拟与优化在高速钢锻造生产中起着越来越重要的作用。利用计算机，一方面可以在设备制造前或者在高速钢生产之前模拟锻造过程的变形和力能参数，从而优化设备设计或工艺参数，以代替物理模拟实验和现场锻造，减小物理模拟实验的经费投入和现场锻造的损失;另一方面可以模高速钢在锻造过程中的显微组织变化，并预报轧后钢的性能，从而优化工艺参数，代替大量金相实验和工艺参数研究，保证钢材所要求的组织和性能[11]。
1.4 本课题研究内容
综上所述，本文的研究以精锻机结构与高速钢生产工艺相结合，主要通过DOFORM软件对H-13高速钢锻造过程变形的有限元仿真分析，得到坯料在锻造变形中的应力、应变分布，来分析棒料芯部的变形，进而分析该锻造工艺是否能
将坯料锻透。
2精锻机设备特点及结构介绍
2.1 精锻机的特点
精锻机是一种快速精密锻压设备，由2~8个对称锤头对金属坯料进行高频率锻打的短冲程压力机。锤头有两种运动：(1)由电动机传动偏心轴带动连杆使锤头往复运动，进行锻打；(2)调节机构通过偏心套调节连杆的位置，改变锤头的开口尺寸，以获得不同的锻压尺寸。锻压时坯料由操作机的夹头送入锻压箱进行往复锻压。这类机器多用程序控制、数字控制或微处理控制系统自动操作，生產效率高，用以建立热锻火车轴等自动生产线和冷锻枪管来复线等。锻件的精度：热锻的外径±0.5 mm，内径±0.1 mm；冷锻的外径±0.1mm，内径±0.01 mm。加工实心或空心长轴类零件锻造时，分布在棒料圆周方向的锤头(2～8个)对工件快速和同步锻打。如工件为圆截面，则一面低速旋转，一面轴向进给移动；如工件为非圆截面，则只轴向进给而不旋转，将钢锭直接锻成方钢、扁钢等。径向锻造的特点是不需要专用模具，能按预定程序锻出精密的轴类零件。径向锻造每次压缩量小，每分钟锻打次数高，这种方法可用于热锻或冷锻[12]。
精锻机每分钟锤击次数比快锻液压机高一倍，由于锤击次数高，坯料形变产生的热量可抵偿坯料散失到环境中的热量，因此加工过程中温度变化较小。这对加工温度范围窄的高合金钢、钛合金或难变形合金的生产非常合适，保证了产品质量。在一次加热中坯料总变形率的增加，也就提高了生产率和成材率。数控锻压能保证产品有更高的精度,尺寸公差达±0.1mm，减少了后续工序的加工余量。世界上有许多国家在冶金、机械制造、国防工业上采用了精锻机来生产合金结构钢、高强度合金钢、钛合金和难变形合金的产品。用不同型号的精锻机分别将钢锭或钢坯锻成圆形、方形、矩形截面的棒材或锻成旋转对称轴、实心轴和空心阶梯轴、锥度轴、厚壁管、炮管等。此外，径向锻造机自动化程度高，生产的锻件精度高，表面粗糙度小。但也有不足之处，因为锻造时，工件表面变形大于中心部位变形，如果锻比控制不当会出现心部锻不透的现象。另外，由于打击频率高，产生变形热，使锻件局部温度上升，导致合金显微组织不均匀，影响性能。
奥地利GFM是世界知名的径向锻机生产公司，可生产3种类型的精锻机：(1)机械传动的SX型：(2)液压传动的PX型；(3)连续式SD型。吨位从80～2500T,最大吨
位的SX-85径向锻机，锤头最大锻打力为29420 kN，打击次数125次/min。此外，德国Eumuco公司生产精锻机，以液压传动为主，如SMX-18型，最大打击力2697 kN，打击次数180--320次/min[13]。从20世纪80年代中期至今，我国已从奥地利引进了400T,500T,800T,1000T和1400T,主要用于锻制特种钢、工具钢和锻件，使用效果比较理想。河北冶金科技公司2004年引进的SX55型即为SX类型，如图2.1所示。
图2.1 GFM公司生产的SX55型精锻机
2.2 精锻机的类型
在国内外精锻机产品中，按主机传动方式分机械式和全液压两种形式,并且随着液压技术的快速发展,与控制系统良好的接口技术,全液压精锻机的优势更加明显。按照控制系统精锻机可分为三种类型：一种是以继电器为主控单元的传统型精锻机；一种是采用可编程控制器控制的精锻机；第三种是应用高级微处理(或工业控制计算机)的高性能精锻机。三种类型功能各有差异，应用范围也不尽相同。但总的发展趋势是高速化、智能化[14]。
(1)继电器控制方式是延续了几十年的传统控制方式，其电路结构简单，技术要求不高，成本较低，相应控制功能简单，适应性不强。继电器控制方式适用于
单机工作、加工产品精度要求不高的大批量生产，也可组成简单的生产线，但由于电路的限制，稳定性、柔性差。现在，国内早期引进许多精锻机是以这种机型为主。近几年多进行了技术改造和升级。
(2)可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。目前已被广泛地用于各种生产机械及自动化生产过程种。随着技术的不断发展，可编程控制器的功能更加丰富。早期的可编程控制器在功能上只能进行简单的逻辑控制，后来开始采用微电子处理器作为可编程控制器的中央处理单元(CPU)，从而扩大了控制器的功能，使其不仅可以进行逻辑控制，而且还可以对模拟量进行控制。因此，可编程控制器控制方式是介于继电器方式和工业控制计算机控制方式之间的一种控制方式。可编程控制器具有较高的稳定性和灵活性，但在功能方面与工业控制计算机相比有一定的差异
(3)工业控制机控制方式是在计算机控制技术发展成熟的基础上采用的一种高技含量的控制方式。这种控制方式以工业控制机作为主控单元，以CNC控制技术直接应用数字阀实现对液压系统的控制、同时利用各种传感器组成闭合回路的控制系统，达到精确控制的目的，这种控制方式主要有如下特点：①具有友好的人机交互性，操作简单。②控制精度高。数字控制的行程长度及工作行程与传统的机械的行程开关控制相比，精度有极大的提高，一般控制精度可达到0.05mm。③可顺利实现对工作参数(压力、速度、行程等)的单独调整。④预存工作模式，可对不同工件的工艺过程、工艺参数预先存储和重复调用，缩短调整时间。⑤对高速下的换向冲击可利用软件来消除，以降低噪声，提高系统的稳定性。⑥在安全方面，可利用软件进行故障预诊断，并自动修复故障和显示错误。⑦易实现生产线的集散控制，组成柔性生产线以及与上位机进行通信和实现调度控制。精锻机由手动、半自动发展到自动控制，70年代又发展到用计算机控制。从工艺组成上与其他设备的联合也有了大幅提高，采用液压锻压机和精锻机联合作业，在高速钢和钛合金生产中较为普遍，也有采用大小精锻机联合作业的。70年代以来,精锻工艺又发展为精锻-轧制工艺，并创造了精锻-轧机组,它由一台多锤头的连续式精锻机后带若干架轧机组成，主要用在合金钢厂生产小型棒材。
2.3 精锻机发展趋势
(1)高速、高效、低能耗。提高精锻机的工作效率，降低生产成本。
(2)机电液一体化。充分合理地利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。
(3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为精锻机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现在加工，还体现在自动实现对系统的诊断和调整，具有故障预处理功能。
(4)液压元件的集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止了泄露和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。
(5)精锻机的宜人化。随着精锻机的高速和自动化，限制噪声和震动、防止环境污染、消除人身事故、保证精锻机安全可靠地进行自动化生产就显得非常重要了[15-16]。
3 基于DEFORM的有限元分析
3.1 DEFORM简介
3.1.1 EFORM的发展
DEFORM是ALPID研发的一款商品化分析软件，由SFTC公司推广应用。DEFORM-2D 2002年发布7.2版，1998年退出了三维系统DEFORM-3D，2002年发布4.0版。它是一套基于有限元仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺。通过在计算机上模拟整个加工过程,帮助工程师和设计人员:①设计工具和产品工艺流程,减少昂贵的现场试验成本;②提高工模具设计效率,降低生产和材料成本;③缩短新产品的研究开发周期。
3.1.2 DEFORM系统结构
DEFORM不同于一般的有限元程序,它是专为金属成形而设计的。它具有非常友好的图形用户界面,可帮助用户很方便地进行准备数据和成形分析。这样,工程师们便可把精力主要集中在工艺分析上,而不是去学习烦琐的计算机系统。DEFORM专为大变形问题设计了一个全自动的、优化的网格再划分系统。
DEFORM是一个高度模块化、集成化的有限元模拟系统,它主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。前处理器处理模具和坯料的材料信息及几何信息的输入、成形条件的输入,建立边界条件,它还包括有限元网格自动生成器;模拟器是集弹性、弹塑性、刚(粘)塑性、热传导于一体的有限元求解器;后处理器是将模拟结果可视化,支持OPGL 图形模式,并输出用户所需的模拟数据[17]。
3.1.3 DEFORM的功能
(1)成形分析：①冷、温、热锻的成形和热传导偶合分析,提供材料流动、模具充填、成形载荷、模具应力、纤维流向、缺陷形成和韧性破裂等信息；②丰富的材料数据库,包括各种钢、铝合金、钛合金等,用户还可自行输入材料数据；③刚性、弹性和热粘塑性材料模型,特别适用于大变形成形分析,弹塑性材料模型适用于分析残余应力和回弹问题,烧结体材料模型适用于分析粉末冶金成形；④完整的成形设备模型可以分析液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和机械压力成形；⑤温度、应力、应变、损伤及其他场变量等值线的绘制使后处理简单明了。
(2)热处理：①模拟正火、退火、淬火、回火、渗碳等工艺过程;②预测硬度、晶粒
组织成分、扭曲和含碳量；③可以输入顶端淬火数据来预测最终产品的硬度分布；④可以分析各种材料晶相,每种晶相都有自己的弹性、塑性、热和硬度属性。混合材料的特性取决于热处理模拟中每步各种金属的百分比。
DEFORM用来分析变形、传热、热处理、相变和扩散之间复杂的相互作用,各种现象之间相互耦合。拥有相应的模块之后这些耦合将包括由于塑性变形引起的升温、加热软化、相变控制温度、相变内能、相变塑性、相变应变、应力对相变的影响以及含碳量对各种材料属性产生的影响等[18]。
3.2 刚塑性有限元法
塑性成型一般为大变形问题，此时材料的弹性变形量相对于塑性变形量可以忽略不计，因而可视为刚塑性材料。针对这种刚塑性材料建立的有限元法就称为刚塑性有限元法，它是小林史郎（Shiro Kobayshi）和李（Lee.C.H）于1973年提出的，二十年来已得到很大的发展，广泛应用于分析各种塑性加工问题。
人们常采用拉格朗日乘子法、罚有限元法和杂交有限元。
3.2.1拉格朗日乘子法
它所用的变分原理是基于最小势能原理的混合变分原理，将不可压缩约束条件用乘子λL 相乘代入势能中来修正势能。利用修正的势能原理可以得出位移与拉氏乘子λL为基本未知数的控制方程。其主要特点是同时以节点位移和静水压力为基本未知量进行联立求解。尽管混合变分公式的具体形式不同，但最终的离散方程皆有如下形式：
其中[K ]，[E ] 为单刚中非零矩阵，上标T 表示转置；Δu 为位移增量；Δp 为静水压力增量；R为单元等效外力；F 为单元内力；I 为不可压缩修正项。该方法的优点是直观，且不必对零体积膨胀约束进行特殊处理；缺点是增加了自由度数目，即拉氏乘子λL的数目，λL的出现会增加最后切向刚度方程的带宽，使运算效率降低，另外导致了离散矩阵的非定性，难用一般方法求解。吕和祥采用了子结构法解决了该问题，但较繁，不易于推广，范家齐等也对受内压的橡胶圆柱进行了研究。
3.2.2 罚有限元法
将罚函数的概念引入有限元中，把应变能分解成偏应力和体应力产生的应变的叠加形式，通过选择适当的惩罚函数，利用罚因子放松不可压缩的约束条件，最终得到只含位移未知量的离散方程。为了避免数值上的困难，插值函数和求单元刚度阵的数值积分是分开进行的。对刚度矩阵中体变部分用低于其他项积分阶段的简化积分法，由于是有选择的不同积分阶段，所以也称选择积分法。用静力凝聚法消去压力自由度，最后只剩下节点位移为自由度，因而方程阶数未增加，效率高于拉氏乘子法。
优点是由于乘法函数的引入，使得刚度矩阵对角线上的零元素消失，变得对称正定，可以通用的解法进行求解；缺点是为了确保迭代过程的收敛，要适当的选择惩罚因子。
3.2.3 杂交有限元
杂交应力元由卞学簧于1964年首次提出，其后杂交元理论不断发展，其应用对象从二维，平板发展到三维和壳体，在橡胶类材料的小变形中得到了应用。杂交应力元采用的是基于最小余能原理的Reissner变分原理，以节点位移和应力作为基本未知量，对于不可压缩橡胶类材料又引入静水应力作为基本未知量。其应力可用单元的应力参数插值来表示：
其中[p]是应力函数矩阵，{β}是应力参数列向量，这样首先对应力进行变分，使得应力未知量在单元范围内凝聚掉，最后得到的单元刚度方程，与混合法（拉氏乘子法）基本相同，但有本质区别。杂交应力元在单元内放松了对位移的约束，使单元有比较适中的刚度，一般能给出比较准确的位移解，由于直接假定了单元内的应力模式，没有求导引起的精度损失，而且可以根据具体问题选择最优的应力模式，使得单元内应力值及其分布规律更为合理。特别是在板壳类问题中，避免了单元间难以协调的困难[19]。
4 高速钢精锻过程建模
4.1 Pro/Engineer简介
Pro/Engineer是世界上最成功的CAD/CAM软件之一，它是美国PTC公司的产品。该公司1985年成立于波士顿，现已发展为全球CAD/CAM/CAE领域最具代表性的著名公司，其软件产品的总体设计思想体现了MDA(Mechanical Design Automation)软件的新发展，所采用的新技术比其他MDA软件具有更多优越性Pro/Engineer的功能非常强大，为工业产品设计提供完整的解决方案，广泛用于造型设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构设计、有限元分析及关系库管理等各个领域。它的产品功能模块包括：基本模块、曲面造型、特征定义、装配设计、组件设计、工程制图、图表设计、电缆制造、模具设计、钣金设计、有限元网格等
Pro/Engineer软件具有强大的实体造型功能。它完全集成了表面和实体建模技术，是一个领先的造型软件。Pro/Engineer能完成任何工业设计，而且任何设计思想都能得到体现。本课题之所以采用Pro/Engineer来建模是因为在有限元软件中建模相对比较困难而Pro/Engineer与其它建模软件相比，具有明显的优点，主要表现在：
(1)实体造型。设计人员可在计算机上直接进行三维设计，在屏幕上能够见到产品的真实三维模型，这是工程设计方法上的一个重大的突破。产品的形状和结构越复杂，更改越频繁，则采用三维实体软件进行设计的优越性越突出。
(2)参数化设计。可使产品的设计随着某些结构尺寸修改和使用环境的变化而自动修改图形。
(3)特征设计。它具有很突出的优点，在设计阶段就可以把很多后续环节要使用的有关信息存放到数据库中。这样便于实现并行工程，使得设计绘图、计算分析、工艺审查等后续工作都顺利的完成。
(4)采用自顶向下的设计方法，这种设计过程能充分利用计算机的优良性能，最大限度地发挥设计人员的设计潜力，最大限度地减少设计实施阶段不必要的重复工作。
(5)具有与其它有限元分析软件无缝接口功能。
(6)具有强大的数控加工能力。
(7)能进行二次开发，完成用户的特殊要求[20]。
4.2锻造过程建模
精锻机在锻造过程中使坯料变形的直接原因是锤头的压下和坯料的进给，因此在进行模拟建模时，只需将锤头、坯料和夹持器建出。
锤头以前视基准面，坐标原点为锤头下便面中心点建立。坯料及夹持器选右视基准面，以坐标原点为中心点建立。将建好的所有模型，保存为STL格式文件图4.1为精锻机锤头模型，具体尺寸见附表1。
图4.1 锤头模型
坯料模型如图4.2所示，由于模拟目的是研究坯料芯部能否锻透，所以无需将整个棒料进行锻造，故建模时取坯料长度为800mm，直径315mm。将建好的模型，保存为STL 格式文件。
图4.3为夹持器模型。夹持器是用来夹紧棒料，带动棒料送进和旋转的机械手臂。实际中为四爪结构，如图4.4，为了简化该部件，造型时设计为长350mm直径400mm 的封底圆筒，中心孔直径与坯料相等为315mm深300mm。将建好的模型，保存为STL 格式文件。
图4.2 坯料模型
图4.3夹持器模型
图4.4夹持器
4.3 模型导入
4.3.1 各部分位置的确定
进入DEFORM-3D前处理界面，在DEFORM SIMULATION下添加坯料和模具。精锻机共有四个锤头和夹持器，故添加5个模具。添加时将Bottom Die删去，因为系统默认该模具不动。将建好的锤头、坯料及夹持器模型导入到DEFORM-3D中。将模型导入到DEFORM-3D时，由于建模时不在一起，导入时位置还需调整。目的是使各锤头同轴同心，以保证在锻造过程中每个锤头的作用效果相同，尽量与实际生产接近。具体调整方法如下：
(1)在Object positioning中调整锤头。将导入后的锤头以X轴旋转90°沿Y轴正向移动404.5mm即为Top Die;将导入的锤头旋转-90，沿Y轴负方向移动404.5mm为Object 4;将导入的锤头旋转180，沿Z轴正向移动404.5mm为Object 5；将导入的锤头直接沿Z轴负方向移动404.5mm为Object 6。
(2)将坯料沿X轴正向移动240mm，即位于变形带的起始位置。
(3)将导入的夹持器即Object 8沿Z轴旋转180，再沿X正向移动1050mm
为了保证夹持器内底与坯料接触，在Interference中设定Object 8 与workpiece在X 负方向接触。
设定完成后点击Apply然后点OK，到此为止，工件、锤头及夹持器间的位置关系
就已确定，如图4.5所示。
图4.5导入后的模型4.3.2 参数设定
精锻机及坯料参数
(1)精锻机
锻打频率：200次/min;
压下量：10mm/道次
角速度：13.3°/s;
进给量：15mm/s
(2)坯料
坯料直径:φ315mm;
坯料长度：1000mm;
始锻温度：1040℃;
终锻温度：960℃
基本假设：
(1)整个过程为恒温，不考虑温度效应。
D E F O R M软件
DEFORM软件 DEFORM简介 Deform软件是一个高度模块化、集成化的有限元模拟系统，它主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。 前处理器：主要包括三个子模块（1）数据输入模块，便于数据的交互式输入。如：初始速度场、温度场、边界条件、冲头行程及摩擦系数等初始条件；（2）网格的自动划分与自动再划分模块；（3）数据传递模块，当网格重划分后，能够在新旧网格之间实现应力、应变、速度场、边界条件等数据的传递，从而保证计算的连续性。 模拟器：真正的有限元分析过程是在模拟处理器中完成的，Deform运行时，首先通过有限元离散化将平衡方程、本构关系和边界条件转化为非线性方程组，然后通过直接迭代法和Newton－Raphson法进行求解，求解的结果以二进制的形式进行保存，用户可在后处理器中获取所需要的结果 后处理器：后处理器用于显示计算结果，结果可以是图形形式，也可以是数字、文字混编形式，获取的结果可为每一步的有限元网格；等效应力、等效应变；速度场、温度场及压力行程曲线等 DEFORM功能 1. 成形分析 冷、温、热锻的成形和热传导耦合分析（DEFORM所有产品）。
丰富的材料数据库，包括各种钢、铝合金、钛合金和超合金（DEFORM所有产品）。 用户自定义材料数据库允许用户自行输入材料数据库中没有的材料（DEFORM所有产品）。 提供材料流动、模具充填、成形载荷、模具应力、纤维流向、缺陷形成和韧性破裂等信息。 刚性、弹性和热粘塑性材料模型，特别适用于大变形成形分析（DEFORM所有产品）。 弹塑性材料模型适用于分析残余应力和回弹问题（DEFORM-Pro, 2D, 3D）。 烧结体材料模型适用于分析粉末冶金成形（DEFORM-Pro, 2D, 3D）。 完整的成形设备模型可以分析液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和机械压力成形（DEFORM所有产品）。 用户自定义子函数允许用户定义自己的材料模型、压力模型、破裂准则和其他函数（DEFORM-2D，3D）。 网格划线（DEFORM-2D，PC，Pro）和质点跟踪（DEFORM所有产品）可以分析材料内部的流动信息及各种场量分布、温度、应变、应力、损伤及其他场变量等值线的绘制使后处理简单明了（DEFORM所有产品）。 自我接触条件及完美的网格再划分使得在成形过程中即便形成了缺陷，模拟也可以进行到底（DEFORM-2D，Pro）。 多变形体模型允许分析多个成形工件或耦合分析模具应力（DEFORM-2D，Pro，3D）。
1.我用deform模拟轧制过程时，推动块（pusher）和轧件（slab）再整个运动过程中始终粘在一起，我设置多个轧辊速度都不能使其分离，为什么？请高手指点？ （1）你给推动块设置一个速度时间曲线就可以了吧，让它在某一时间停下来，不就分离了 2.DEFORM的一些参数跟我们传统理工科的习惯很不一致，导致建模、模拟的时候经常会莫名的出错，而且很难找出问题出在哪里！比如：(1) 边界条件设置（BDRY）中的压强（pressure）——按照我们的习惯，施加在面上的应为压应力（因为是压强嘛），如果想设置为拉应力的话，要取负值；可在DEFORM中却是相反的。不信你建个简单的立方体模型，上下面加压（正的值），模拟结果很明显是物体被拉长了！(2) 旋转方向设置——如果从旋转轴的箭头方去看，我们通常以顺时针为正；可是在DEFORM中是反过来的！而且有的时候你选了轴，可在用系统选定旋转中心点后（俗称小绿帽），刚刚选好的轴会更改，本来你选的-X，它有时会变成+X（很奇怪！），出现这种情况只能通过正负值的设定来改变旋转方向了。特别是在轧制、旋压加工的时候，千万要看准工作辊旋转方向！(3)边界条件设置（BDRY）中的力（force）——这地方的正负值仅仅是决定方向的，更值得注意的地方是：有时候你设置的拉力或张力在生成DB文件的时候不写入的（可能是DEFORM有个许可范围，你设置的值溢出了），也就是说你的边界力是没有加上去的，模拟的时候为零。还要注意，你输入的力值是加在每个所选的节点上的，举例：你想在面上加载100kN的力，面上节点数为100，这时你在力值的输入窗口所写的值应为1kN。类似的细节问题还有很多，一不小心或稍有不熟悉就可能出问题，而且很难排查出，最伤人了！ (1)正应力—拉、负应力—压是常识呀；旋转方向的判别采用右旋定则，即右手握住旋转轴，大拇指伸直与旋转轴正向一致。 3.我用Dform 3D进行轧制模拟，起初用稳态ALE模型，但是轧件扭曲很严重，计算很快就终止了。换成增量ALE以后，便基本顺利完成了轧制的模拟（模拟
一．DEFORM软件介绍 DEFORM系列软件是由位于美国Ohio Clumbus的科学成形技术公司（Science Forming Technology Corporation）开发的。该系列软件主要应用于金属塑性加工、热处理等工艺数值模拟、它的前身是美国Battelle实验室开发的ALPID软件。在1991年成立的SFTC公司将其商业化，目前，Deform软件已经成为国际上流行的金属加工数值模拟软件之一。 其主要软件产品有： 1. DEFORM-2D（二维） 适用于各种常见的UNIX工作站平台（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT 微机平台。可以分析平面应变和轴对称等二维模型。它包含了最新的有限元分析技术，既适用于生产设计，又方便科学研究。 2. DEFORM-3D（三维） 适用于各种常见的UNIX工作站平台（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT 微机平台。可以分析复杂的三维材料流动模型。用它来分析那些不能简化为二维模型的问题尤为理想。 3. DEFORM-PC（微机版） 适用于运行Windows 95，98和NT的微机平台。可以分析平面应变问题和轴对称问题。适用于有限元技术刚起步的中小企业。 4. DEFORM-PC Pro（Pro版） 适用于运行Windows 95，98和NT的微机平台。比DEFORM-PC功能强大，它包含了DEFORM-2D的绝大部分功能。 5. DEFORM-HT（热处理） 附加在DEFORM-2D和DEFORM-3D之上。除了成形分析之外，DEFORM-HT还能分析热处理过程，包括：硬度、晶相组织分布、扭曲、残余应力、含碳量等。 二．模锻模拟 2.1 创建一个新的题目 正确安装DEFORM 6.1后运行程序DEFORM-3D，其界面如下图所示。
Deform—3D是对金属体积成形进行模拟分析的优秀软件，最近几年的工业实践证明了其在数值模拟方面的准确性，为实际生产提供了有效的指导。Deform—3D的高度模块化、友好的操作界面、强大的处理引擎使得它在同类模拟软件中处于领先地位。 以下将分为模拟准备、前处理、求解器、后处理四部分简要介绍Deform—3D的使用步骤。 一、模拟准备 模拟准备阶段主要是为模拟时所用的上模、下模、坯料进行实体造型，装配，并生成数据文件。 实体造型可通过UG、Pro-e、Catia、Solidworks等三维作图软件进行设计，并按照成形要求进行装配，最后将装配体保存为STL格式的文件。该阶段需要注意的是STL格式的文件名不能含有中文字符；另外对于对称坯料，为了节省求解过程的计算时间并在一定程度上提高模拟精度（增加了网格数量），可把装配体剖分为1/4，1/8或更多后再进行保存。二、前处理 前处理是整个数值模拟的重要阶段，整个模拟过程的工艺参数都需要在该阶段设置，各参数设置必须经过合理设置后才能保证模拟过程的高效性和模拟结果的准确性。 首先打开软件，新建（new problem）→选择前处理（Deform-3D preprocessor）→在存放位置（Problem location）选项卡下选择其他（other location）并浏览到想要存放deform模拟文件的文件夹→下步的problem name可任意填写。注意：所有路径不能含有中文字符。 之后会打开新的界面，点击模拟控制（simulation controls）→改变单位（units）为SI，接受 弹出窗口默认值；选中模式（mode）选项卡下热传导（heat transfer）。 导入坯料、模具并设置参数： 导入毛坯： 1、general：通常采用刚塑性模型即毛坯定义为塑性（plastic），之后导入的模具定义为 刚性（rigid）；温度（temperature）：根据成形要求设定坯料预热温度（温热成形时一定注意）；材料（material）：点击load选择毛坯材料，若材料库中没有对应的材料可选择牌号相近的。 2、geometry：import geometry from a file：从保存的STL格式文件中找到坯料，导入 后会在左侧窗口显示出预览，然后点击check GEO检查模型，务必保证出现下图椭圆中数值。 3、网格（mesh）：合理划分网格对有限元模拟至关重要。网格划分方法分为相对和绝对， 相对（relative）划分时指定网格数量和尺寸比率，网格的大小则由系统自动计算；绝对（absolute）划分时指定最大最小网格尺寸，而网格数量则由系统自动计算。相对法划分网格的步骤通常是，在detailed settings----general中将尺寸比率（size ratio）设置为1→指定网格数量→选中精细内部网格（finer internal mesh）→点击预览表面网格（surface mesh）→查看最小单元尺寸（min element size），通常应使最小网格尺寸小于该次模拟成形工件最小尺寸的1/2，若不满足可适当增加网格数量→点击solid mesh生成内部网格→网格生成完成后再将size ratio改为2或其它。这样划分可保证在模拟开始时网格是均匀的，从而一定程度上提高精度。需要注意的是网格数量要同时
DEFORM模拟锻造过程中的憋气 模锻件生产过程中，最常见的缺陷之一是未充满模具型腔，其中主要原因有结构设计上的不合理，造成模具中的气体在金属流动过程中被过早封闭于型腔内，无法及时排除型腔，尤其润滑液较充分的时候，影响更加明显。目前大部分金属成形仿真软件实际计算过程中，并没有由于憋气造成未充满缺陷，这给工艺人员判断是否会存在憋气造成未完全充满型腔缺陷的直观判断造成困扰。 DEFORM模拟仿真软件是目前世界上最著名的金属成形仿真软件，它能够模拟金属整个成形及热处理过程，预测各个阶段可能出现的缺陷，分析产生缺陷的原因，帮助工艺人员在工艺及模具设计阶段提前修正和优化。未充满型腔缺陷也是DEFORM能够精准预测的缺陷之一，该缺陷的精准性模拟主要体现在能够区分模拟有排气孔、无排气孔憋气、无排气孔憋油的充满型腔的结果。 DEFORM憋气模拟原理是以变形体与模具构成一个型腔的封闭情况和气体或油的体积模量来计算，如下图1所示，当构成这样一个封闭的型腔时（红色圈区域），通过理想气体定律，工件表面将增加一个压力，最终轻微的未充满被标记，如图2所示，通过高亮的绿色接触点可以看到。在这个案例中，即使两个物体已经被完全挤到一起，但仍然有细微的裂缝存在。 图1 受压作用下的体积
图2 最终状态下带有轻微未充满的体积 下面是一个简单的墩粗案例，当不考虑不憋气影响时，墩粗高度为88.5217mm，如果考虑了憋气的影响，墩粗高度为88.426mm，高度略低。但如果同时考虑了润滑油的影响，墩粗高度只有73.1683mm。 图3 不考虑憋气影响
图4 考虑憋气影响 图5 憋油影响 我们再看一个复杂模锻件如果考虑了憋气与憋油的影响，模拟计算结果如下：图6为不考虑憋气影响的模拟结果，与图7考虑憋气影响的模拟计算结果模具型腔充满性基本相同，完全充满了模具，但图7飞边部位的接触情况更加接近实际生产结果，而图8是考虑了润滑较充分的情况下憋油的影响，未充满区域较多， 与实际生产完全一致，生产时需要采取适当的润滑措施。
实验课程名称：材料成型CAE综合实验 实验项目名称DEFORM-2D软件的操作与实例演练实验成绩 实验者专业班级组别 同组者实验日期 第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等） 一、实验目的 1）了解认识DEFORM软件的窗口界面。 2）了解DEFORM界面中功能键的作用。 3）掌握利用DEFORM有限元建模的基本步骤。 4）利用DEFOR模拟铸造成型过程（包括Pre、Simulator、Post Processer）。 二、实验原理 DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺。通过在计算机上模拟整个加工过程，帮助工程师和设计人员：设计工具和产品工艺流程，减少昂贵的现场试验成本。提高工模具设计效率，降低生产和材料成本。缩短新产品的研究开发周期。DEFORM-2D（二维）适用于各种常见的UNIX工作站平台（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微机平台。可以分析平面应变和轴对称等二维模型。它包含了最新的有限元分析技术，既适用于生产设计，又方便科学研究。 三、实验步骤 1．DEFORM前处理过程（Pre Processer） 1）进入DEFORM前处理窗口。 2）了解DEFORM前处理中的常用图标 3）设置模拟控制 4）增加新对象 5）网格生成 6）材料的选择
7）确立边界条件 8）温度设定 9）凸模运动参数的设置 10）模拟控制设定 11）设定对象间的位置关系 12）对象间关系“Inter-Object”的设定 13）生成数据库 14）退出前处理窗口 2．DEFORM求解（Simulator Processer） 3．DEFORM后处理（Post Processer） 1)了解DEFORM后处理中的常用图标。 2）步的选择 3）真实应变 4）金属流线 5）载荷——行程曲线 四、实验任务 已知条件 毛坯尺寸：底面半径60mm，高度200mm 毛坯材料：AISI-1025[1800-2200F(1000-1200℃) 毛坯温度：1200℃ 单元数：1000 模具尺寸：宽度200，高度60 上模压下量100mm，压下速度10mm/s 完成如下操作 (1) 建立DEFORM-2D/Preprocessor圆柱体镦粗模拟分析模型，生成以“姓名拼音-学号”命名的.DB文件，如：金坤操作命名为JinKun-06 (2) 对镦粗过程进行模拟，完成以下操作： 1）测量压下量分别为25mm、50mm、75mm、100mm时毛坯底面半径和最大半径，作出行程-毛坯底面半径、行程-毛坯最大半径变化曲线。 2）输出毛坯等效应变图 3）输出载荷-行程曲线 (3) 对上模压下速度分别为10mm/s、20mm/s、30mm/s、40mm/s进行模拟，完成以下操作：1）测量四种上模压下速度下，毛坯最终成形底面半径和最大半径，作出速度-毛坯底面半径、
Deform-3d热处理模拟操作 热处理工艺在机械制造中占有十分重要的地位。随着机械制造现代化和热处理质量管理现代化的发展，对热处理工艺提出了更高的要求。热处理工艺过程由于受到加热方式、冷却方式、加热温度、冷却温度、加热时间、冷却时间等影响，金属内部的组织也会发生不同的变化，因此是个十分复杂的过程，同时工艺参数的差异，也会造成热处理加工对象硬度过高过低、硬度不均匀等现象。Deform-3d 软件提供一种热处理模拟模块，可以帮助热处理工艺员，通过有限元数值模拟来获得正确的热处理参数，从而来指导热处理生产实际。减少批量报废的质量事故发生。 热处理模拟，涉及到热应力变形、热扩散和相变等方面，因此计算很复杂，软件采用牛顿迭代法，即牛顿-拉夫逊法进行求解。它是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。多数方程不存在求根公式，因此求精确根非常困难，甚至不可能，从而寻找方程的近似根就显得特别重要。方法使用函数f(x)的泰勒级数的前面几项来寻找方程f(x) = 0的根。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f(x) = 0的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根等。 但由于目前Deform-3d软件的材料库只带有45钢、15NiCr13和GCr15等三种材料模型，而且受到相变模型的局限，因此只能做淬火和渗碳淬火分析，更多分析需要进行二次开发。 本例以45钢热处理淬火工艺的模拟过程为例，通过应用Deform-3d 热处理模块，让读者基本了解热处理工艺过程有限元模拟的基本方法与步骤。 1 、问题设置 点击“文档”（File）或“新问题”（New problem），创建新问题。在弹出的图框中，选择“热处理导向”(heat treatment wizard)，见图1。 图1 设置新问题 2、初始化设置 完成问题设置后，进入前处理设置界面。首先修改公英制，将默认的英制
Deform-3D（version6.1）使用步骤 Deform—3D是对金属体积成形进行模拟分析的优秀软件，最近几年的工业实践证明了 其在数值模拟方面的准确性，为实际生产提供了有效的指导。Deform—3D的高度模块化、友好的操作界面、强大的处理引擎使得它在同类模拟软件中处于领先地位。 以下将分为模拟准备、前处理、求解器、后处理四部分简要介绍Deform—3D的使用步骤。 一、模拟准备 模拟准备阶段主要是为模拟时所用的上模、下模、坯料进行实体造型，装配，并生成数据文件。 实体造型可通过UG、Pro-e、Catia、Solidworks等三维作图软件进行设计，并按照成形 要求进行装配，最后将装配体保存为STL格式的文件。该阶段需要注意的是STL格式的文件名不能含有中文字符；另外对于对称坯料，为了节省求解过程的计算时间并在一定程度上提 高模拟精度（增加了网格数量），可把装配体剖分为1/4，1/8或更多后再进行保存。 二、前处理 前处理是整个数值模拟的重要阶段，整个模拟过程的工艺参数都需要在该阶段设置，各参数设置必须经过合理设置后才能保证模拟过程的高效性和模拟结果的准确性。 首先打开软件，新建（new problem）→选择前处理（Deform-3D preprocessor）→在存放位置（Problem location）选项卡下选择其他（other location）并浏览到想要存放deform 模拟文件的文件夹→下步的problem name可任意填写。注意：所有路径不能含有中文字符。 之后会打开新的界面，点击模拟控制（simulation controls）→改变单位（units）为SI，接受 弹出窗口默认值；选中模式（mode）选项卡下热传导（heat transfer）。 导入坯料、模具并设置参数： 导入毛坯： 1、general：通常采用刚塑性模型即毛坯定义为塑性（plastic），之后导入的模具定义为刚性 （rigid）；温度（temperature）：根据成形要求设定坯料预热温度（温热成形时一定注意）； 材料（material）：点击load选择毛坯材料，若材料库中没有对应的材料可选择牌号相近 的。 2、geometry：importgeometry from a file：从保存的STL格式文件中找到坯料，导入后会在 左侧窗口显示出预览，然后点击check GEO检查模型，务必保证出现下图椭圆中数值。
DEFORM-3D基本操作入门 QianRF 前言 有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法。由于采用类型广泛的边界条件，对工件的几何形状几乎没有什么限制和求解精度高而得到广泛的应用。有限元法在40年代提出，通过不断完善，从起源于结构理论、发展到连续体力学场问题，从静力分析到动力问题、稳定问题和波动问题。随着计算机技术的发展与应用，为解决工程技术问题，提供了极大的方便。 现有的计算方法（解析法、滑移线法、上限法、变形功法等）由于材料的本构关系，工具及工件的形状和摩擦条件等复杂性，难以获得精确的解析解。所以一般采用假设、简化、近似、平面化等处理，结果与实际情况差距较大，因此应用不普及。 有限元数值模拟的目的与意义是为计算变形力、验算工模具强度和制订合理的工艺方案提供依据。通过数值模拟可以获得金属变形的规律，速度场、应力和应变场的分布规律，以及载荷-行程曲线。通过对模拟结果的可视化分析，可以在现有的模具设计上预测金属的流动规律，包括缺陷的产生（如角部充不满、折叠、回流和断裂等）。利用得到的力边界条件对模具进行结构分析，从而改进模具设计，提高模具设计的合理性和模具的使用寿命，减少模具重新试制的次数。通过模具虚拟设计，充分检验模具设计的合理性，减少新产品模具的开发研制时间，对用户需求做出快速响应，提高市场竞争能力。 一、刚（粘）塑性有限元法基本原理 刚（粘）塑性有限元法忽略了金属变形中的弹性效应，依据材料发生塑性变形时应满足的塑性力学基本方程，以速度场为基本量，形成有限元列式。这种方法虽然无法考虑弹性变形问题和残余应力问题，但可使计算程序大大简化。在弹性变形较小甚至可以忽略时，采用这种方法可达到较高的计算效率。 刚塑性有限元法的理论基础是Markov变分原理。根据对体积不变条件处理方法上的不同（如拉格朗日乘子法、罚函数法和体积可压缩法），又可得出不同的有限元列式 其中罚函数法应用比较广泛。根据Markov变分原理，采用罚函数法处理，并用八节点六面体单元离散化，则在满足边界条件、协调方程和体积不变条件的许可速度场中 对应于真实速度场的总泛函为： ∏≈∑π（ｍ）＝∏（１，２，…，ｍ）（１） 对上式中的泛函求变分，得： ∑＝０（２） 采用摄动法将式（２）进行线性化： ＝＋ Δｕ ｎ（３）
DEFORM模拟控制（二）:模拟步数设置 DEFORM通过在离散的时间增量上生成一系列的FEM解来解决与时间有关的非线性解。在每一个时间增量中，有限元单元中的每个节点的速度，温度以及其他关键变量都基于边界条件，工件材料的热力性质或者前面步数的结果决定。这个前面步数的结果怎么理解呢？ 其实就是当你模拟完一个操作后，这个操作的模拟结果继续作为下一个操作的输入。另外其他状态变量都基于这些关键变量，并且随着时间的增量更新。在DEFORM中，时间步的长短，模拟的步数，都是通过模拟控制中的Simulation Steps来控制的，见下图。 1 开始步数（Starting step number） 如果模拟开始的是一个新的数据库，那么这里的值就是数据库中的第一步，通常是-1，假如模拟是在一个旧的数据库基础上继续模拟，那么这里的值就是旧数据库的最后一步。这里需要注意的是，不要人为修改这个值，不然会覆盖掉原来的数据库内容，除非你确实需要从旧数据库的某一步进行操作。
小提示：步数数字前面的符号表示的是此步是由前处理器（人为的生成数据库或者自动重画网格）生成的，而不是由模拟过程生成的。 2 模拟步数（Number of simulation steps） 这个很好理解，就是定义模拟的总步数，当模拟达到这个设定的值时就会停止计算。除非计算出问题无法收敛，还有一种情况就是定义了停止条件，即后面会讲到的Stop功能，这时候，定义的步数就不起作用了，你可以尽可能的往大了设。 这里需要注意的是，加入你要通过Stop功能来控制模拟结束，那么这里的模拟步数设置不能小于达到Stop条件所需步数，不然就会按模拟步数停止计算。 打个比方，假如你想设置上模下压5mm停止，你设置了停止条件Y方向位移5m m，并且你设置的下模下压速度是1mm/step，然后你这里设置的模拟步数为4，那么模拟就只走4步，这时候只压下了4mm，没达到你预设的5mm，但你往大了设没关系，比如，设置个100步，1000步，10000步都可以，它就走5步。 也就是说啊，这个模拟步数控制和Stop控制是同等级的，那个先满足要求就停止计算。 3 存储步长（Step increment to save） 顾名思义啊，存储步长就是设置计算结果多少步存在电脑里。这个设置主要考虑两点。一个是存储容量，假如硬盘空间不够，那就把步长设置大一点，稀疏一点，这
1.DEFORM4.02帮助文档 System setup是根据各种设好的网格划分条件进行网格划分 userdefine用于指定特定区域可以有更高的单元密度. absolute是在毛坯或模具表面单位长度上的网格数 relative是指定所划分网格最大边长与最小边长的比率 而在deform5.03中好像有点改进. 在system define中也可以进行局部区域的高密度网格,且好像多了圆柱和环形的局部区域方式。 2.machining_template_3d Deform网格划分应该说还是相当不错的，尤其是２维的deform的网格划分技术，曾被ABAQUS的技术人员誉为行业的骄傲。deform3d的网格划分也还不错，它的优点是可以指 meshwindow。 一个取1,另一个取10, （不管是相对密度，还是绝对尺寸） 多了就不保险了。 需用手工划分，deform的缺省网格划分方式还是不错的，它已考虑了变形，温度分布及边界的影响。 先把划分好的网格（你不满意的）生成数据库，退出再打开，然后重新生成一下网格就ok 了。也就是说生成完整的database文件，退出程序，再启动打开这个文件，重新mesh——detailedsetting——surfacemesh——solidmesh。 3.DEFORM-3D則用boolean作切削 4.改变底色 要从deform拷贝出底色为白色的图形？默认的是黑色的！————在显示屏幕点击右键，好像有一项theme的选项，点击它后就有菜单弹出，就可以改变底色了 5.deform 可以的！在stat evariable中得type中选择linecontour就可以了！ 后处理中选择color\linecouter将所有颜色改为黑色 另外，再将底色改为白色就可以了。 6.deform3d怎样分析锻造缺陷 折叠可以看网格，断裂就是看损伤，如果设置断裂和删除准则，可以直接看到断裂元 7.有没有人用过deform 工件材料－AISI1045（45＃钢），设置Cockroft&Latham破坏准则的临界值＝0.3 8. 再点右边按钮 9.华氏度F＝32＋(9/5)乘以摄氏度C 10.Elastic-viscoplasticity——弹－黏塑性 热力耦合——thermal force coupling 11.Material data: Regular：phrasematerial（有物相转化） Mixture：混合材料 Elasticdata：是用来分析弹性材料和弹塑性材料的。
问题：1.如何用测量工具测量其底部过渡圆角的半径 2.如何确定总模拟步长、存储步长、计算步长和计算时间还有模具运 动速度 3.接触容差tolerance含义其大小对结果有什么影响，一般设定为多 少合适 主界面的［summary］按钮显示当前步骤的模拟信息，包括模具及工件的各种信息；【preview】显示用户在后处理中处理的最后图形；【message】显示模拟进程，用户可以观察目前模拟进行到多少步，每步及每子步模拟所需的时间，以及每子步的模拟误差；【log】显示模拟口志，可以看到模拟过程中每一步的起始和终止时间，及模拟出错的各种信息 前处理窗口：点击LDEF0RM-3D Pre］进入DEF0RM-3D的通用前处理界面。点击【Machining ［Cutting］］进入DEFORM-3D的机加工向导界面，它包括车削,钻削,铳削等机加工工艺。点击［Forming］进入DEFORM-3D的成形向导界面，它包括冷成形，温成形，热成形等工艺。点击【Die Stress Analysis］进入DEFORM-3D的模具分析向导界面。点击【Cogging】进入DEF0RM-3D的粗轧向导界面。 模拟控制：点击【Run (options)】进入模拟选择对话框，有多个处理器时，选择multiple processor对话框，并进行个处理器任务设置，若是单机则不要选此项，否则模拟无法进行；点击【Batch Queue ］进入模拟任务队列设置对话框，用户有多任务时，可安排模拟的先后顺序；点击［Process Monitor］进入模拟控制菜单，点击按钮abort来结束当前模
拟任务，但模拟会完成当前步。若要求立即停止模拟，可点击abort immediately按钮；点击【Add to Queue］可随时添加模拟任务。 后处理窗口：用户可在模拟任务正在进行时点击【DEFORM-3D Post］进入 后处理界面， STL文件的生成： 我没有用过pro/E,但是我用solidworks造型时，插入合适的坐标系，并在保存为stl文件时，需设定选项，这样才能保证导入DEFORM前处理的儿何坐标系和你在造型软件中的一致，也就不用再花费过多时间调整各objects 间的位置了.我是用Solidworks造型的，比如一个简单的圆柱体钗粗过程，在装配图中你应该添加坐标系，将坐标系的原点设在冲头的圆心,并且在保存为stl文件时，设定〃保存为〃对话框中的选项，如果不知是否正确，可以选择简单的模型试一下，（将儿何调入DEFORM前处理并划分网格，然后看结点坐标），这样就能保证DEFORM中的儿何坐标系和你在造型软件中的一致. 文件视图功能操作 正负代表视图法线方向，法向由荧屏向外为正 6环境菜单设置 点击［options］出现下拉菜单--- 点击【environment】 前处理功能操作 设置好工作目录后进入前处理窗口。退出前处理窗口时，如果设置的用户 类型是初级或者中级，会弹出“询问退出对话框”，询问用户是否存储当 前工作。若设置为高级，次对话框不会显示，并且任何未保存的数据都会
学生学号123456 实验课成绩 武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称材料成型CAE综合实验 开课学院材料学院 指导老师姓名 学生姓名 学生专业班级成型0802班 2011 —2012 学年第一学期
实验课程名称：材料CAE综合实验 实验项目名称DEFORM-2D软件的操作与实例演练 实验成绩 实验者专业班级成型0802 组别 同组者实验日期年月日第一部分：实验分析与设计（可加页） 一、实验内容描述（问题域描述） 1．了解认识DEFORM-2D软件的窗口界面。 2．了解DEFORM-2D界面中各功能键的作用。 3．掌握利用DEFORM-2D有限元建模的基本步骤 。 4．学会进入前处理、后处理操作。 5．学会对DEFORM-2D模拟得出的图像进行数值分析，得出结论 二、实验基本原理与设计（包括实验方案设计，实验手段的确定，试验步骤等，用硬件逻辑 或者算法描述） DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺。通过在计算机上模拟整个加工过程，帮助工程师和设计人员：设计工具和产品工艺流程，减少昂贵的现场试验成本。提高工模具设计效率，降低生产和材料成本。缩短新产品的研究开发周期。 DEFORM-2D适用于各种常见的UNIX工作站平台（HP，SGI，SUN，DEC，IBM）和Windows-NT微机平台。可以分析平面应变和轴对称等二维模型。它包含了最新的有限元分析技术，既适用于生产设计，又方便科学研究。 三、主要仪器设备及耗材 1.计算机 2.DEFORM-2D软件
第二部分：实验调试与结果分析（可加页） 一、调试过程（包括调试方法描述、实验数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）DEFORM-2D软件操作流程： 一、前处理 1. 创建新的问题 打开DEFORM-2D软件，单击，“New Problem”,设置好存储路径，文件名改为英文。 2.设置模拟控制 单击，打开Simulation Control窗口，设置单位为SI，如图，其他默认不变。 3.添加新对象 单击两下，添加工件，凸模，凹模。如图1所示 图1 4.建立工件模型 可导入工件模型，单击按钮，也可以新建工件模型，单击，，，进入编辑界面，输入各参数，如图2 图2 5.划分网格 单击，设置网格数，如图3所示 6.选择材料 单击，这材料列表选择材料，如图4所示，材料选择后单击 确定。
问题：1.如何用测量工具测量其底部过渡圆角的半径？ 2.如何确定总模拟步长、存储步长、计算步长和计算时间？还 有模具运动速度？ 3.接触容差tolerance含义？其大小对结果有什么影响，一般设 定为多少合适？ 主界面的【summary】按钮显示当前步骤的模拟信息，包括模具及工件的各种信息；【preview】显示用户在后处理中处理的最后图形；【message】显示模拟进程，用户可以观察目前模拟进行到多少步，每步及每子步模拟所需的时间，以及每子步的模拟误差；【log】显示模拟日志，可以看到模拟过程中每一步的起始和终止时间，及模拟出错的各种信息 前处理窗口：点击【DEFORM-3D Pre】进入DEFORM-3D的通用前处理界面。点击【Machining [Cutting]】进入DEFORM-3D的机加工向导界面，它包括车削，钻削，铣削等机加工工艺。点击【Forming】进入DEFORM-3D的成形向导界面，它包括冷成形，温成形，热成形等工艺。点击【Die Stress Analysis】进入DEFORM-3D的模具分析向导界面。点击【Cogging】进入DEFORM-3D的粗轧向导界面。 模拟控制：点击【Run (options)】进入模拟选择对话框，有多个处理器时，选择multiple processor对话框，并进行个处理器任务设置，若是单机则不要选此项，否则模拟无法进行；点击【Batch Queue 】进入模拟任务队列设置对话框，用户有多任务时，可安排模拟的先后顺序；点击【Process Monitor】进入模拟控制菜单，点击按钮abort来结
束当前模拟任务，但模拟会完成当前步。若要求立即停止模拟，可点击abort immediately按钮；点击【Add to Queue】可随时添加模拟任务。 后处理窗口：用户可在模拟任务正在进行时点击【DEFORM-3D Post】进入后处理界面， STL文件的生成： 我没有用过pre/E,但是我用solidworks造型时,插入合适的坐标系,并在保存为stl文件时,需设定选项,这样才能保证导入DEFORM前处理的几何坐标系和你在造型软件中的一致,也就不用再花费过多时间调整各objects间的位置了. 我是用Solidworks造型的,比如一个简单的圆柱体镦粗过程,在装配图中你应该添加坐标系,将坐标系的原点设在冲头的圆心,并且在保存为stl文件时,设定"保存为"对话框中的选项,如果不知是否正确,可以选择简单的模型试一下,(将几何调入DEFORM前处理并划分网格,然后看结点坐标),这样就能保证DEFORM中的几何坐标系和你在造型软件中的一致. 6.2 文件视图功能操作 正负代表视图法线方向，法向由荧屏向外为正 6 环境菜单设置 点击【options】出现下拉菜单——点击【environment】 6.2 前处理功能操作 设置好工作目录后进入前处理窗口。退出前处理窗口时，如果设置的用户类型是初级或者中级，会弹出“询问退出对话框”，询问用户是
1.今天仔细的研究了一下DEFORM4.02帮助文档 system setup是根据各种设好的网格划分条件进行网格划分 user define用于指定特定区域可以有更高的单元密度. absolute是在毛坯或模具表面单位长度上的网格数 relative是指定所划分网格最大边长与最小边长的比率 而在deform5.03中好像有点改进. 在system define中也可以进行局部区域的高密度网格,且好像 多了圆柱和环形的局部区域方式。 2.machining_template_3d Deform网格划分应该说还是相当不错的，尤其是２维的deform的网格划分技术，曾被ABAQUS的技术人员誉为行业的骄傲。deform3d的网格划分也还不错，它的优点是可以指定网格密度，用mesh window还是很方便的，我曾经在一次计算时用过十个mesh window。但是要注意，相邻的mesh window的网格密度变化不能太快，比如，一个取1,另一个取10,（不管是相对密度，还是绝对尺寸），这样网格会划不下去的，我的经验是，相邻的mesh window的网格密度差2,3倍可以接受，多了就不保险了。对于不是很复杂的情况，不需用手工划分，deform的缺省网格划分方式还是不错的，它已考虑了变形，温度分布及边界的影响。 先把划分好的网格（你不满意的）生成数据库，退出再打开，然后重新生成一下网格就ok 了 你的意思是生成完整的database文件，退出程序，再启动打开这个文件，重新mesh——detailed setting——surface mesh——solid mesh。 3.DEFORM-3D則用boolean 作切削 4.改变底色 样从deform拷贝出底色为白色的图形？默认的是黑色的！————在显示屏幕点击右键，好像有一项theme的选项，点击它后就有菜单弹出，就可以改变底色了 5.deform运行结果能否以等值线的形式显示应力和应变？ ——可以的！在state variable中得type中选择line contour就可以了！ 等值线颜色及字母颜色如何修改——后处理中选择color\line couter将所有颜色改为黑色 另外，再将底色改为白色就可以了。 6.deform3d怎样分析锻造缺陷 —折叠可以看网格，断裂就是看损伤，如果设置断裂和删除准则，可以直接看到断裂元, 7.有没有人用过deform中的开裂准则？ Cockroft & Latham准则，该准则原理：根据材料的最大破坏值是否达到临界值来判断材料断裂与否工件材料－AISI 1045（45＃钢），设置Cockroft & Latham破坏准则的临界值＝0.3 8.怎么在deform中显示体积？
DEFORM模拟控制：Simulation Step DEFORM通过在离散的时间增量上生成一系列的FEM解来解决与时间有关的非线性解。在每一个时间增量中，有限元单元中的每个节点的速度，温度以及其他关键变量都基于边界条件，工件材料的热力性质或者前面步数的结果决定。这个前面步数的结果怎么理解呢？ 其实就是当你模拟完一个操作后，这个操作的模拟结果继续作为下一个操作的输入。另外其他状态变量都基于这些关键变量，并且随着时间的增量更新。在DEFORM中，时间步的长短，模拟的步数，都是通过模拟控制中的Simulation Steps来控制的，见下图。 1 开始步数（Starting step number）
如果模拟开始的是一个新的数据库，那么这里的值就是数据库中的第一步，通常是-1，假如模拟是在一个旧的数据库基础上继续模拟，那么这里的值就是旧数据库的最后一步。这里需要注意的是，不要人为修改这个值，不然会覆盖掉原来的数据库内容，除非你确实需要从旧数据库的某一步进行操作。 小提示：步数数字前面的符号表示的是此步是由前处理器（人为的生成数据库或者自动重画网格）生成的，而不是由模拟过程生成的。 2 模拟步数（Number of simulation steps） 这个很好理解，就是定义模拟的总步数，当模拟达到这个设定的值时就会停止计算。除非计算出问题无法收敛，还有一种情况就是定义了停止条件，即后面会讲到的Stop功能，这时候，定义的步数就不起作用了，你可以尽可能的往大了设。 这里需要注意的是，加入你要通过Stop功能来控制模拟结束，那么这里的模拟步数设置不能小于达到Stop条件所需步数，不然就会按模拟步数停止计算。 打个比方，假如你想设置上模下压5mm停止，你设置了停止条件Y方向位移5mm，并且你设置的下模下压速度是1mm/step，然后你这里设置的模
DEFORM-3D的简介 Deform（Design Enviroment for Forming）有限元分析系统是美国SFTC公司开发的一套专门用于金属塑性成形的软件。通过在计算机上模拟整个加工过程，可减少昂贵的现场试验成本，提高工模具设计效率，降低生产和材料成本，缩短新产品的研究开发周期。 Deform软件是一个高度模块化、集成化的有限元模拟系统，它主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。 前处理器：主要包括三个子模块（1）数据输入模块，便于数据的交互式输入。如：初始速度场、温度场、边界条件、冲头行程及摩擦系数等初始条件；（2）网格的自动划分与自动再划分模块；（3）数据传递模块，当网格重划分后，能够在新旧网格之间实现应力、应变、速度场、边界条件等数据的传递，从而保证计算的连续性。 模拟器：真正的有限元分析过程是在模拟处理器中完成的，Deform运行时，首先通过有限元离散化将平衡方程、本构关系和边界条件转化为非线性方程组，然后通过直接迭代法和Newton－Raphson法进行求解，求解的结果以二进制的形式进行保存，用户可在后处理器中获取所需要的结果 后处理器：后处理器用于显示计算结果，结果可以是图形形式，也可以是数字、文字混编形式，获取的结果可为每一步的有限元网格；等效应力、等效应变；速度场、温度场及压力行程曲线等 DEFORM软件操作流程 （1）导入几何模型在DEFORM-3D软件中，不能直接建立三维几何模型，必须通过其他CAD/CAE软件建模后导入导DEFORM系统中，目前，DEFORM-3D的几何模型接口格
式有: ①STL:几乎所有的CAD软件都有这个接口。它由一系列的三角形拟合曲面而成。 ②UNV:是由SDRC公司(现合并到EDS公司)开发的软件IDEAS制作的三维实体造型及有限元网格文件格式，DEFOEM接受其划分的网格。③PDA:MSC公司的软件Patran的三维实体造型及有限元网格文件格式。④AMG:这种格式DEFORM存储己经导入的几何实体。（2）网格划分在DEFORM-3D中，如果用其自身带的网格剖分程序，只能划分四面体单元，这主要是为了考虑网格重划分时的方便和快捷。但是它也接收外部程序所生成的六面体(砖块)网格。网格划分可以控制网格的密度，使网格的数量进一步减少，有不至于在变形剧烈的部位产生严重的网格畸变。DEFORM-3D的前处理中网格划分有两种方式，一种是用户指定单元数量，系统默认划分方式，用户指定的网格单元数量只是网格划分的上限约数，实际划分的网格单元数量不会超过这个值。用户可以通过拖动滑块修改网格单元数，也可以直接输入指定数值，该数值和系统计算时间有着密切的关系，该数值越大，所需要的计算量越大，计算时间越长。另一种手动设置网格使用的是Detailed settings下的Absolute方式，该方式允许用户指定最小或最大的网格尺寸和最大与最小网格尺寸的比值。该值设置完成在网格单元数量中可以看到网格的大概数目，但无法在那里修改，只能通过修改最大或最小单元尺寸来修改网格数目。（3）初始条件有些加工过程是在变温环境下进行的，比如热轧，在轧制过程中，工件，模具与周围环境介质之间存在热交换，工件内部因大变形生成的热量及其传导都对产品的成形质量产生主要的影响，对此问题，仿真分析应按照瞬态热一机祸合处理。DEFORM材料库可以提供各个温度下材料的特性。（4）材料模型在DEFORM-3D 软件中，用户可以根据分析的需要，输入材料的弹性、塑性、热物理性能数据，如果需要分析热处理工艺，还可以输入材料的每一种相得相关数据以及硬化、扩散等数据。为了更方便的使用户模拟塑性成形工艺，该软件提供了100余种材料（包括碳钢、合金钢、铝合金、钛合金、铜合金等）的塑性性能数据，以及多种材料模型。在材料库中，对每一种支持的材料提供了不同温度和应变率下材料流动应力应变曲线和膨胀系数，弹性模量，泊松比，热导率等随温度的变化曲线。（5）接触定义接触菜单用于定义工件与所有用到的模具之间以及模