SimufactForming系列教程十二--电热墩粗

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电热墩粗

电热镦粗主要用于制造预制件，随后将进一步加工成最终的几何形状。在镦粗的同时，通过对工件局部加热，可以控制材料的聚集。典型的工件是放置在两个模具之间的钢棒。然后，铜电极（通常是两半）夹紧工件并引入大电流。由于焦耳热效应，工件在电极和模具接地之间的区域迅速加热。电阻焊和电热镦粗的主要区别在于：在电热镦粗时，不希望接触对熔化，这也是通常工艺温度不高的原因。工件的局部加热允许在不发生屈曲的情况下，达到高达20：1的高镦粗比。

由于电热镦粗与电阻焊类似，因此在Simufact.forming中使用同一个应用模板。工件为圆形钢棒，放置在两个平面模具之间，需要在其上部进行镦粗。工艺中会使用铜电极，来导入必须的电流。上模作为第二个电极或接地。由于模型具有轴对称性，可以使用2D仿真，可以节约大量的计算时间。

首先创建一个工艺，具体参数设置如下图所示：

创建下模

创建上模

创建工件

如上图所示，对于电极，我们希望使用带圆角的空心圆柱体。此例子采用2D轴对称的方法进行仿真，由于只有位于对称面的截面用于仿真，因此使用非轴对称几何体也有可能创建一个轴对称仿真。截面绕中心轴旋转360°可以创建3D几何体。所以我们可以用带圆角的立方体代替空心圆柱（PS：这是在SimufactForming中实现的方法，当然也可以在其他CAD软件中直接建立模型，然后导入）。这种方法对于2D轴对称数值仿真非常有用。改变几何体在对称面的位置而不是修改几何体，可以节约大量的时间。通过这种方法，可以通过将对称面向着或背离中间轴移动来改变几何体中间的直径。

创建电极

在工艺树中创建模具，并与之前创建的几何体关联：

工件定位

上模定位

电极定位

模具和工件定位好后，装配图如下所示：

定义两个行程/速度的表格压力机驱动上下模的运动：

在工序开始阶段，假设上下模具同步移动。一旦上模与电极达到希望的距离，上模将保持位置不变，同时下模继续向上运动并镦粗工件。

定义电极弹簧

对电极设置“弹簧载荷”是可行的。如果采用刚性电极，因为工件的热膨胀，材料的流动可能会被阻碍。我们将使用“模具弹簧”，与板材成形工艺中的压边圈类似。显然，对轴对称物体的径向进行弹簧加载，是不完全正确的。然而，在电热镦粗加工过程中，电极通常被分成两个或多个部分，因此它们在变形过程中与工件间的间隙可以扩大。因此，我们将接受这种折衷且不完全正确的运动方法，使我们能够进行2D仿真。如果电极不使用模具弹簧，会阻碍工件的材料流动或升高工件的应力。

使用模具类型/模具弹簧/手动定义，并分配给电极工具：

定义电极的电流属性，在工艺树中单击电极工具，选择属性，在弹出的对话框中将电流从“固定值”更改为“表格驱动”，选择<用户自定义>，然后单击下拉菜单旁边的按钮创建一个新表。

NOTE:电流不应被设置为在单个时间步长中施加能量的阶跃函数。阶跃函数将在单个时间步长中引入大量能量，这使得模拟不稳定。最大电流应该在一个以上的时间步长中达到。

插入接触表

在工艺树中的工艺名称上右击并选择“插入>FE接触表”。为什么要使用接触表？

因为我们希望自动计算接触电导率，因此需要在接触表中激活接触对。自动接触电导反映了接触对中接触电阻间其它参数，也包括接触压力。

对于工件-上模和工件-电极接触对，将“接触电导率”从“恒定”改为“自动”，并输入“膜厚度”为0.1mm。对于工件-下模接触对，保持“接触电导率”设置为“恒定0”。这意味着在这两个几何体间没有电流且下模将作为一个绝缘体。

设置材料信息

对于此仿真，电极使用铜质材料(Cu_sw)，上模采用不锈钢(X5CrNi18-10_sw)，工件采用结构钢(S235-SPM_sw)。在对象类型中右击并选择“材料>材料库”。然后搜索相应材料。在此仿真中，因为要正确自动计算接触电导率，必须为模具指定材料。这要求接触对中指定的材料中必须包括相应的电属性，特别是电导率。由于下模定义为绝缘体，因此不需要指定材料。

用于电热镦粗仿真是材料必须定义完整的温度范围（室温到熔化温度），需要定义很宽的应变速率范围。特别是流变曲线对大变形工艺影响很大。本次用的材料均有后缀“_sw”。这意味着这些材料可以用于焊接仿真。大部分这些材料定义了完整的温度区间和必要的电属性。

材料库中的材料，后缀字母含义如下：

应用温度：C=冷，H=热，W=温，U=通用

（热）处理条件：R=轧制，S=软化退火，A=退火，N=正火，K=脱氧

SW表示Simufact.welding材料