锻造模拟 — CAE用语解说

锻造是用金模在高温、高压下变形金属材料的制造工艺，用于汽车曲轴、连杆、齿轮等高强度部件的制造。锻造模拟通过FEM再现该工艺过程，①预测材料流动是否能完全充填金模（未充填、欠肉预测），②锻造荷载（压力机必需容量），③变形后的残余应力和硬度分布，④表面折叠（fold）和重叠（lap）等缺陷发生风险进行事前评估。对于螺栓或泵壳体等复杂形状，金模设计的试错过程可以在模拟中完成，无需进行实际试制，因此能大幅缩短开发成本和周期。

有几个技术课题。①大变形与网格畸变：在50～90%的高应变变形中，网格会严重畸变，因此需要ALE法（任意拉格朗日-欧拉）或自动重网格划分。②温度相关的材料性质：钢铁在800～1200℃的热锻温度范围内，流动应力是温度和变形速度（应变速率）的函数（Zener-Hollomon关系）。③金模的摩擦和热传递：金模的热传递（工具冷却）和接触摩擦（库仑摩擦或剪切摩擦）的精确建模直接影响成品精度的预测。Deform这一FEM锻造专用软件从1980年代开始使用，至今仍是业界标准之一。