CN114564867A - 一种基于最小阻力定律的孔型设计方法 - Google Patents

一种基于最小阻力定律的孔型设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114564867A
CN114564867A CN202210209382.3A CN202210209382A CN114564867A CN 114564867 A CN114564867 A CN 114564867A CN 202210209382 A CN202210209382 A CN 202210209382A CN 114564867 A CN114564867 A CN 114564867A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blank
product
analysis
software
face area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202210209382.3A
Other languages
English (en)
Inventor
龚晓叁
郑玉坤
阙忠泳
兰昌飞
朱华明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou Zhongshan Precision Technology Co Ltd
Original Assignee
Guangzhou Zhongshan Precision Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou Zhongshan Precision Technology Co Ltd filed Critical Guangzhou Zhongshan Precision Technology Co Ltd
Priority to CN202210209382.3A priority Critical patent/CN114564867A/zh
Publication of CN114564867A publication Critical patent/CN114564867A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于最小阻力定律的孔型设计方法，属于金属塑性加工领域，涉及金属型材轧制与拉拔工艺，该方法是为了解决异型材在塑性加工过程中横截面各点硬度分布不均的问题而发展出的孔型设计新方法。目标是促使材料在限定的孔型中发生塑性变形时，前后道次轮廓间对应位置的塑性转变符合最小阻力定律，最大程度地保证材料在加工过程中各方向的应变量大致相同，从而降低了异型产品截面上的芯表硬度差异，更好地利用材料的加工硬化特性，获得高性能的金属型材，且该方法易于在计算机上易于实现。

Description

一种基于最小阻力定律的孔型设计方法
技术领域
本发明属于金属塑性加工领域，涉及金属型材轧制与拉拔工艺，具体是一种基于最小阻力定律的孔型设计方法。
背景技术
在型材轧制与拉拔工艺中，利用金属材料的加工硬化特性，获得指定性能指标的异型材，一直是异型材加工的难点，其原因之一就是在从“坯料”到“产品”的变形过程中，坯料的各部分无法同时得到尽可能均匀的压缩。解决这一问题的关键就在于孔型设计，截至目前为止，得到业界公认的解决方法是科学家B.B.兹维列夫提出的“图解设计法”，该方法的核心是塑性加工的“最小阻力定律”，具体目标则是“在坯料和产品的截面重心尽可能重合的同时，力求坯料与型材轮廓之间的最短距离在各处相差不大”，从而使得变形均匀。B.B.兹维列夫所提出的“图解设计法”得到非常广泛的认可，但是具体实施起来却困难重重，其原因一是作图难度非常大，设计周期长，二是确定坯料形状仁者见仁智者见智，由此导致的结果也不同。
为此，本发明提出一种基于最小阻力定律的孔型设计方法。利用该方法设计的轧制、拉拔孔型，能最大程度地保证材料在加工过程中各方向的应变量大致相同，从而降低了产品异型截面上的芯表硬度差异，更好地利用材料的加工硬化特性，获得高性能的金属型材，且该方法易于在计算机上易于实现。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于最小阻力定律的孔型设计方法，该方法是为了解决异型材在塑性加工过程中横截面各点硬度分布不均的问题,本发明的具体目标是促使材料在限定的孔型中发生塑性变形时，轮廓间对应位置的塑性转变符合最小阻力定律。本发明的具体原理则是参考静电场中，不同电压的电极之间，其等势线的过渡遵循最小电阻定律，这与塑性加工中材料流动趋势符合最小阻力定律类似。利用该方法设计的轧制、拉拔孔型，能最大程度地保证材料在加工过程中各方向的应变量大致相同，从而降低了产品异型截面上的芯表硬度差异，更好地利用材料的加工硬化特性，获得高性能的金属型材，且该方法易于在计算机上易于实现。
为实现上述目的，根据本发明提出一种基于最小阻力定律的孔型设计方法，包括以下三个主要步骤：
步骤1：在二维绘图软件中对毛坯图形和产品图形进行前期处理，并导出电磁场分析软件可接受的图形格式文件；
步骤2：在电磁场分析软件中利用静电场分析流程对输入的图形进行分析，得到位于毛坯图形和产品图形之间的静电场等势线，并输出为图元格式文件；
步骤3：在二维绘图软件中对静电场等势线进行参考或分析、取舍，并结合所采用的加工工艺绘制出所需各加工道次的孔型。
进一步地，二维绘图软件可以是通用CAD包，如AutoCAD、ZWCAD等，其导出的图形格式遵循电磁场分析包而定，如*.sat。电磁场分析软件可以是包含电磁场分析的通用有限元包，如Ansys、Abaqus等，其导出的图形格式遵循电磁场分析包和二维通用CAD包而定，如*.wmf。
进一步地，在二维绘图软件中对毛坯和产品图形进行前期处理的过程包括以下步骤：
步骤S1-1二维绘图软件将毛坯外形和产品外形均转换成面域，分别标记为毛坯面域和产品面域；
步骤S1-2移动毛坯面域和产品面域，使得毛坯面域和产品面域图形质心或中心重合，接着将毛坯面域和产品面域做布尔减运算，为了检查结果，可以着色观察；
步骤S1-3选中毛坯面域和产品面域相减后所得到的单一面域，并将单一面域输出为电磁场软件相适配的图形格式文件。
进一步地，在电磁分析软件中利用静电场分析流程对S1-3的输出进行电磁场分析的过程包括以下步骤：
步骤S2-1：文件导入；
步骤S2-2：设置分析类型；
步骤S2-3：添加/选择单元类型；
步骤S2-4：定义材料属性；
步骤S2-5：划分有限元网格；
步骤S2-6：边界条件设定；
步骤S2-7：分析类型设定；
步骤S2-8：求解及显示控制；
步骤S2-9：等势线输出。
进一步地，在二维CAD软件中对S2-9的输出进行轧制、拉拔孔型设计的过程包括以下步骤：
步骤S3-1：文件导入；
步骤S3-2：图形编辑；
步骤S3-3：结合具体轧制或拉拔工艺参数、对等势线进行参考、分析和取舍。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用该方法进行孔型设计和配模，保证了在塑性加工过程中，材料在各个方向上的应变量相同，由此导致硬化效应也相同，从而降低了产品异型截面上的芯表硬度差异，更好地利用材料的加工硬化特性，获得高性能的金属型材；同时，由于材料的塑性变形相对均衡，能较大程度地降低模具负载；此外，同样由于材料的塑性变形相对均衡，产品内部的残余应力也会相对降低一些。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明实施例异型材示意图；
图3实施例步骤二输出结果示意图；
图4实施例步骤三输出结果示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本实施例中，所使用的通用CAD软件为AutoCAD，所使用的电磁分析软件为AnsysMechanical。
对于图2所示的异型材，其目标硬度范围是280-320hv，依据材料的加工硬化特性，预先计算并规划其加工路线为“轧制2道次、拉拔3道次”，其中，轧制后进行退火处理，其硬度规格的达成由拉拔工序完成，各拉拔道次的加工量此处省略不提。
基于图1所示的流程，一种基于最小阻力定律的孔型设计方法，具体包括以下步骤：
步骤一：在二维绘图软件中对毛坯图形和产品图形进行前期处理，并导出电磁场分析软件可接受的图形格式文件；
针对异型材产品，设定其原料坯料为盘圆，在二维绘图软件中对毛坯和产品图形进行前期处理的过程包括以下步骤：
步骤S1-1：在AutoCAD中分别绘制毛坯图形和产品图形，并利用 region指令将毛坯图形和产品图形均转换成面域，且分别标记为毛坯面域和产品面域；
步骤S1-2：移动毛坯面域和产品面域，使质心重合，并利用substract 指令执行布尔减运算；
步骤S1-3：选中毛坯面域和产品面域相减后所得到的单一面域，并将其输出为Ansys Mechanical软件可接受的*.sat图形格式文件；
步骤二：在电磁场分析软件中利用静电场分析流程对输入的图形进行分析，得到位于毛坯图形和产品图形之间的静电场等势线，并输出为图元格式文件，其中的图元格式可以为*.wmf格式；
需要进行说明的是，在Ansys Mechanical中利用静电场分析流程对输入的图形进行分析的过程包括以下步骤：
步骤S2-1：文件导入；
将步骤一中处理好的*.sat文件导入到Ansys Mechanical中，并在导入时选择仅对表面进行处理；
步骤S2-2：设置分析类型；
在Ansys Mechanical中设置即将进行的分析类型为电分析，且所使用的分析方法为“h-method”；
步骤S2-3：添加/选择单元类型；
选择即将使用的有限元单元类型为“2D Quad 121”，即平面四边形网格；
步骤S2-4：定义材料属性；
对于上述的模型而言，可定义产品轮廓和毛坯轮廓分别为阴极导体和阳极导体，其间为真空，相对介电常数为1；
步骤S2-5：划分有限元网格；
步骤S2-6：边界条件设定；
选中产品外形，对其施加电压载荷，设定为0伏。同样，对毛坯图形的外轮廓施加载荷，可以设定其电压为1伏，也可以设定为其他值，只要大于产品外形上的电压值即可；
步骤S2-7：分析类型设定；
定义分析类型，在2D静电场分析中，分析类型为稳态；
步骤S2-8：求解及显示等势线；
借助Ansys Mechanical自带的功能进行有限元求解，并显示多彩的等势云图；
进一步地，由于等势线可以反应出电场的过渡与变化情况，根据需要，可改变等电势的数目及显示结果。例如，如果想要显示0-0.5v之间的情况，同样可以在对话框中进行设置，即显示了0-0.5v之间，间隔值 0.025v时的等势线的变化情况。
步骤S2-9：等势线输出；
计算完毕后的等势线，依据本节主题可以称为孔花图或孔型图，需要输出，其输出文件格式为Windows Metafile(*.wmf)，如图3所示。
步骤三：在二维绘图软件中对静电场等势线进行参考或分析、取舍，并结合所采用的加工工艺绘制出所需各加工道次的孔型；
本发明的一个具体的实施例为：
步骤S3-1启动Autocad或新建文件，利用wmfin指令导入步骤二中输出的*.wmf文件；
步骤S3-2对插入的*.wmf文件，执行explode指令后，删除不必要的图元，如Ansys的版本信息和等势线的标记信息等；
进一步执行pedit指令，将上述处理好的等势线转换成多条封闭的复线，以方便后续孔型线或孔花线的选取和操作；
进一步执行scale指令，缩放等势线，使其最内轮廓与产品图形大小；
依据所采用的轧制或拉拔工艺及已然确定的工艺参数，如道次断面减缩率或称道次加工量，参考等势线的过渡规律，判定并选用合理的过渡等势线，结合Autocad的查询命令(如area等)和其他作图命令，进行拉拔孔型的设计。如图4即是本实例所选用的最后一次退火前坯料轮廓。
基于上述所选的最后一次退火前的坯料轮廓，重复图1所示的步骤，依次获得拉拔时各道次的孔型线。通过这种方法，最终异型材产品截面上的芯表硬度完全合规。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于最小阻力定律的孔型设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在二维绘图软件中对毛坯图形和产品图形进行前期处理，并导出电磁场分析软件可接受的图形格式文件；
步骤2：在电磁场分析软件中利用静电场分析流程对输入的图形进行分析，得到位于毛坯图形和产品图形之间的静电场等势线，并输出为图元格式文件；
步骤3：在二维绘图软件中对静电场等势线进行参考或分析、取舍，并结合所采用的加工工艺绘制出所需各加工道次的孔型。
2.根据权利要求1所述的一种基于最小阻力定律的孔型设计方法，其特征在于，二维绘图软件是通用CAD包，导出的图形格式遵循电磁场分析包而定；电磁场分析软件是包含电磁场分析的通用有限元包，导出的图形格式遵循电磁场分析包和二维通用CAD包而定。
3.根据权利要求1所述的一种基于最小阻力定律的孔型设计方法，其特征在于，在二维绘图软件中对毛坯和产品图形进行前期处理的过程包括以下步骤：
步骤S1-1：二维绘图软件将毛坯外形和产品外形均转换成面域，分别标记为毛坯面域和产品面域；
步骤S1-2：移动毛坯面域和产品面域，使得毛坯面域和产品面域图形质心或中心重合，接着将毛坯面域和产品面域做布尔减运算；
步骤S1-3：选中毛坯面域和产品面域相减后所得到的单一面域，并将单一面域输出为电磁场软件相适配的图形格式文件。
4.根据权利要求3所述的一种基于最小阻力定律的孔型设计方法，其特征在于，在电磁分析软件中利用静电场分析流程对S1-3的输出进行电磁场分析的过程包括以下步骤：
步骤S2-1：文件导入；
步骤S2-2：设置分析类型；
步骤S2-3：添加/选择单元类型；
步骤S2-4：定义材料属性；
步骤S2-5：划分有限元网格；
步骤S2-6：边界条件设定；
步骤S2-7：分析类型设定；
步骤S2-8：求解及显示控制；
步骤S2-9：等势线输出。
5.根据权利要求4所述的一种基于最小阻力定律的孔型设计方法，其特征在于，将处理好的有限元分析软件可接受的图形格式文件导入有限元分析软件，并在导入后设置仅对表面进行处理。
6.根据权利要求4所述的一种基于最小阻力定律的孔型设计方法，其特征在于，选择的单元类型为平面四边形网格。
7.根据权利要求4所述的一种基于最小阻力定律的孔型设计方法，其特征在于，在二维CAD软件中对S2-9的输出进行轧制、拉拔孔型设计的过程包括以下步骤：
步骤S3-1：文件导入；
步骤S3-2：图形编辑；
步骤S3-3：结合具体轧制或拉拔工艺参数、对等势线进行参考、分析和取舍。
CN202210209382.3A 2022-03-04 2022-03-04 一种基于最小阻力定律的孔型设计方法 Withdrawn CN114564867A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210209382.3A CN114564867A (zh) 2022-03-04 2022-03-04 一种基于最小阻力定律的孔型设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210209382.3A CN114564867A (zh) 2022-03-04 2022-03-04 一种基于最小阻力定律的孔型设计方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114564867A true CN114564867A (zh) 2022-05-31

Family

ID=81718363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210209382.3A Withdrawn CN114564867A (zh) 2022-03-04 2022-03-04 一种基于最小阻力定律的孔型设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114564867A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3591915A (en) * 1969-05-12 1971-07-13 Brunswick Corp Method of making orifice structure
KR20090007956A (ko) * 2007-07-16 2009-01-21 엘지전자 주식회사 발열체의 제작방법, 그 발열체를 포함하는 발열장치 및 그발열장치를 포함하는 냉장고
CN103870660A (zh) * 2014-03-27 2014-06-18 重庆大学 一种大型锻件塑性成形坯料在锻模上定位状态的分析方法
CN104217063A (zh) * 2014-07-22 2014-12-17 攀钢集团攀枝花钢钒有限公司 用于钢轨轧制孔型的仿真设计方法
CN105296853A (zh) * 2015-11-30 2016-02-03 山东石横特钢集团有限公司 一种930MPa高强度精轧螺纹钢及其制备工艺
CN107282688A (zh) * 2017-07-25 2017-10-24 西部超导材料科技股份有限公司 一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3591915A (en) * 1969-05-12 1971-07-13 Brunswick Corp Method of making orifice structure
KR20090007956A (ko) * 2007-07-16 2009-01-21 엘지전자 주식회사 발열체의 제작방법, 그 발열체를 포함하는 발열장치 및 그발열장치를 포함하는 냉장고
CN103870660A (zh) * 2014-03-27 2014-06-18 重庆大学 一种大型锻件塑性成形坯料在锻模上定位状态的分析方法
CN104217063A (zh) * 2014-07-22 2014-12-17 攀钢集团攀枝花钢钒有限公司 用于钢轨轧制孔型的仿真设计方法
CN105296853A (zh) * 2015-11-30 2016-02-03 山东石横特钢集团有限公司 一种930MPa高强度精轧螺纹钢及其制备工艺
CN107282688A (zh) * 2017-07-25 2017-10-24 西部超导材料科技股份有限公司 一种Ti45Nb合金盘圆丝材的制备方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S.R.LEE等: "A new method of preform design in hot forging by using electric field theory", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCES》 *
刘目娟: "基于类等势场法和响应面分析的锻造预成形优化设计", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅰ辑》 *
张承鉴: "《辊锻技术》", 31 December 1986 *
机械工业标准化技术服务部: "《机械工业典型工艺与工艺守则汇编 上》", 31 December 1991 *
王晓娜等: "基于类等势场的粉末高温合金盘件预成形设计及有限元模拟", 《机械工程学报》 *
蔡军等: "一种基于三维静电场模拟的预制坯设计新方法", 《机械科学与技术》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jin et al. Quantitative analysis of surface profile in fused deposition modelling
CN102672059B (zh) 根据仿真冲压工件厚度确定出模具凹凸模修改型面的方法
CN102222134B (zh) 适用于锻造过程有限元分析的网格密度自动生成方法
Zhao et al. Measurement-based geometric reconstruction for milling turbine blade using free-form deformation
CN104268349A (zh) 一种复杂曲面下翻边修边线的精确控制方法
CN110020487B (zh) 拉延模具压边圈挠度变形补偿方法
CN108108582A (zh) 一种曲面件柔性轧制成形过程的数值模拟方法
Wang et al. A robust and accurate geometric model for automated design of drawbeads in sheet metal forming
CN109858143B (zh) 圆弧墙上异型门窗模型生成方法
CN114564867A (zh) 一种基于最小阻力定律的孔型设计方法
Geng et al. Feature recognition and volume generation of uncut regions for electrical discharge machining
Sui et al. Simulation and software design of continuous flexible roll bending process for three dimensional surface parts
Li et al. Automatic design for trimming die insert of automotive panel
CN103942397A (zh) 基于幂函数的修形齿轮数字化建模方法
CN108170903B (zh) 一种基于曲率映射的双曲面零件回弹补偿方法
De-Carvalho et al. Blank optimization in a stamping process—Influence of the geometry definition
CN104702815A (zh) 一种彩色输出设备色域可视化方法
Liu et al. Optimal design of preform shape based on EFA-FEM-GA integrated methodology
CN110348163B (zh) 一种轮胎花纹边界连续相切圆弧的拟合方法
CN106777672A (zh) 基于自适应专家系统的金属材料锻造微观组织软测量方法
Chen et al. Integrative 3D modelling of complex carving surface
CN109376435A (zh) 一种母线槽生产工艺的设计方法
Liu Filling N-sided holes using trimmed B-spline surfaces
Denkena et al. CAD-based cost calculation of mould cavities
CN107391847B (zh) 一种基于测量的虚拟配模方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20220531