基于粒子群算法的预挤压组合凹模优化设计

针对射孔弹壳体预挤压组合凹模,以降低凹模内壁最大等效应力为优化目标,对组合凹模结构参数进行了优化分析,得到了最佳径向直径比和过盈系数,为组合凹模的设计提供了定量优化的依据.采用拉丁超立方方法,对组合凹模的径向直径比和过盈系数进行抽样,结合数值模拟试验,建立等效应力与组合凹模结构参数的Kriging模型.在此基础上,应用Kriging模型结合粒子群算法,在结构参数的变量空间内进行全局寻优,得到优化的组合凹模结构尺寸.     

直齿圆柱齿轮冷挤压变过盈量组合凹模设计方法

针对载重汽车用直齿圆柱齿轮冷挤压组合凹模破裂问题,应用有限元分析软件Deform-3D对均匀过盈量组合凹模进行了失效分析,基于均匀过盈量组合凹模失效的原因,提出变过盈量组合凹模的设计方法,通过改变中圈与内圈的接触,得到变过盈量的预紧结构,使预紧状态下模芯的最大切向压应力出现在模芯成形区齿根,以抵消工作状态下出现在该处的最大切向拉应力,改善了模具的应力分布。实际生产过程中模具使用情况良好,无破裂、掉块等情况。研究结果表明,变过盈量组合凹模的设计方法可以避免组合凹模的破裂,此方法为组合凹模的设计提供了较好的依据。     

基于数值模拟的局部变过盈量组合凹模研究

借助有限元软件分析了预紧力状态下,采用均匀变过盈量设计的组合凹模能有效减小消气带区齿根的切向压应力,以避免线切割时模具的破损,但模芯成形区齿根的切向压应力也相应减小,无法完全抵消挤压时在成形区产生的拉应力,从而影响了模具的使用寿命。为解决这一问题,提出局部变过盈量组合凹模的设计方法,即在模芯上部采用均匀过盈量,下部采用变过盈量的设计,以保证预紧状态下模芯成形区齿根切向压应力不被减小,而只减小消气带齿根的切向压应力,有效提高了模具寿命。以模数m=4的某齿轮为研究对象,通过数值模拟,确定了锥角γ″=1°,γ''=1.2°,均匀过盈量区高度h=21 mm等参数进行实际生产,与均匀变过盈量模具寿命相比,提高了35%左右。     

基于DEFORM-3D的挤压组合凹模设计

根据结构等强度优化理论,利用拉美公式优化得出凹模各层尺寸及层间过盈量,得出了平端面组合凹模的结构参数.通过DEFORM-3D模拟分析发现,挤压过程中内模内壁上应力复杂且分布不均匀.提取挤压结束时的内模内壁上节点压力和位置,分析其应力变化规律,可以为非均布内压力组合凹模进行应力分析和优化设计提供技术支持.     

爪极预锻上模组合模芯优化设计

为了解决爪极预锻上模模芯易在凸台圆角和爪齿型腔外侧圆角处开裂的问题,设计了爪极预锻上模组合模芯。采用Deform-3D数值模拟软件对爪极预锻上模整体模芯和组合模芯进行了模拟分析,并通过正交试验对组合模芯的结构参数进行了优化。分析结果表明:爪极预锻上模组合模芯具有更好的成形性能和较低的模具应力,组合模芯优化后的结构参数为:凸台模芯直径Ф43 mm、凸台模芯斜度0°、凸台模芯过盈量0.3 mm、模套过盈量0.6 mm、凸台模芯高度47 mm。预锻成形试验表明,3层组合模具可以有效避免预锻上模的开裂缺陷。     

冷挤压组合凹模结构优化设计

首先用光弹性实验测得凹模内壁的压力分布情况，然后用有限元优化方法设计组合凹模各圈直径及过盈量，最后用光弹性实验对优化结果进行验证。     

冷挤压组合凹模结构优化设计

首先用光弹性实验测利凹模内壁的压力分布情况，然后用有限元优化方法设计组合凹模各圈直径及过盈量，最后用光弹性实验对优化结果进行了验证。     

齿形组合凹模等强度分析及优化

文章介绍了运用统一强度理论、等强度分析和有限元模拟对齿形冷挤压凹模进行优化设计的过程。齿形凹模不能直接应用Lamé公式进行等强度分析,可先将齿形凹模简化为常用的直圆筒型组合凹模,再应用Lamé公式进行等强度分析,确定组合凹模的分层半径和过盈量。根据结构参数建立有限元模型进行等效应力分析,以组合凹模各层达到其许用应力值为目标,调整过盈量,达到优化设计的目的。     

组合式挤压凹模的优化设计

针对给定的工件，进行挤压凹模的优化设计。以凹模内壁不允许出现拉应力为目标函数，用计算机进行优化设计出组合凹模各圈尺寸，从而获得优于传统计算的最佳设计参数。     

统一强度理论在预应力组合凹模设计中的应用

考虑到拉、压异性和中间主应力的影响,运用双剪统一强度理论,对受工作内压作用时预应力组合模具的分层半径、过盈量和弹性极限内压进行了详细的分析研究,得到了预应力圈和凹模取同一强度理论情况下的组合凹模分层半径、过盈量和极限内压的表达式.分析结果表明,分层半径、过盈量不仅跟组合凹模内外径相关,也与组合凹模材料的许用应力、拉压比和中间应力系数等相关.     

基于Kriging模型的等速万向节滑套冷精整工艺的优化

针对车用等速万向节滑套在实际冷精整后杯壁端部出现不平整的问题,基于Deform有限元分析软件,提出Kriging代理模型与粒子群算法相结合的方法,以杯壁高度差为优化目标,使用拉丁超立方抽样法对预成形件尺寸参数进行抽样、完成实验设计,通过数值模拟得到仿真结果,并拟合成相应的Kriging模型。采用MATLAB将Kriging模型与粒子群算法相结合,对因素进行全局寻优,得到最小杯壁高度差的预成形件尺寸。产品试制后,杯壁高度差由原来工艺的12 mm缩小为3 mm,验证了此优化方法的实用性和正确性,提高了锻件的材料利用率。     

基于Kriging模型的组合型腔注射模浇注系统多目标优化设计

针对非自然平衡布置的组合型腔注射模浇注系统设计的特点,提出了基于Kriging模型的浇注系统多目标优化设计方法。给出了Kriging近似模型的基本原理,针对组合型腔的特点,建立浇注系统多目标优化模型,在多目标优化模型求解中,基于Pareto最优提出了混合交叉变异的多目标蚁群算法,结合鼠标上下盖组合型腔浇注系统的设计实例,验证了该方法的实用性。优化结果表明:混合交叉变异的多目标蚁群算法具有较好的算法性能。     

基于智能算法和数值模拟协同的凸轮轴锻造优化

为了解决凸轮轴热锻过程中的材料浪费和成型载荷较大的问题,基于遗传算法、克里金预测和数值模拟的动态协同技术,提出了将填充、折叠作为约束的热模锻坯料优化策略。在优化过程中,克里金模型用于构建局部区域的梯度信息,并用数值模拟对克里金模型进行动态矫正,遗传算法控制设计变量的进化方向。用凸轮轴锻件作为优化案例,并对凸轮轴锻件的形状进行分析,设计了一种坯料形状并选用其3个尺寸参数作为优化参数。优化结果表明：该方法能够优化3D成型问题,可显著减少下料体积、节省大约27.81%材料。优化后的坯料能够满足充填完整约束、无折叠约束,并且优化后的成型载荷降低了大约71.43%左右,优化后的设计变量取值为D₁=40.6,D₂=60,D₃=16.6。     

基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%,可以为机床其他类型零部件优化提供参考。     

基于Dual-Kriging模型多目标稳健设计在板料拉深成形中的应用

板料拉深成形工艺中,由于设计参数波动的影响,导致在传统最优工艺条件下成形件质量不够稳健。该文采用板料成形有限元仿真、代理模型,并结合稳健设计思想,提出基于Dual-Kriging模型的稳健设计方法。筛选影响成形质量的主要模具几何、工艺参数,并确定其相应波动范围;基于有限元仿真,运用Kriging模型,建立设计参数与成形质量的函数关系;根据参数波动情况,基于第一重Kriging模型以及Monte Carlo模拟,运用Kriging模型,建立设计参数与成形质量期望与方差的第二重模型;运用基于拥挤距离的粒子群算法,以及灰色关联分析进行多目标优化,完成设计参数的稳健设计。将该方法运用于NUMISHEET 93的方盒件拉深成形,与传统确定性优化设计相比,可有效减少成形质量的波动范围以及不确定性分析的计算量,提高成形件的稳健性。     

基于有限元的140 kN摩擦焊机主轴箱响应面优化分析

以140 kN连续驱动摩擦焊机主轴箱为研究对象,应用有限元分析软件对主轴箱进行了静、动态相关特性的分析。为提高主轴箱综合力学性能,并实现主轴箱箱体材料的合理利用,以箱体壁厚等7个结构参数为设计变量进行了中心复合实验设计。根据得到的数据结果,基于Kriging插值法建立了主轴箱的响应面模型,并对各设计变量进行了灵敏度分析。利用多目标遗传算法完成了主轴箱的优化设计,与原结构方案相比主轴箱箱体减重16.6%,实现了焊机轻量化设计。经过对主轴箱响应面模型拟合精度的校验,验证了CCD实验法与Kriging插值法相结合可高效精准地完成主轴箱响应面模型的建立。因此这一优化方法同样适用于其他类型的机床零部件的设计。     

基于田口试验的轮毂法兰盘热锻工艺优化

采用Deform-3D有限元数值模拟软件对轮毂法兰盘热锻成形进行数值模拟,并对初定成形工艺方案进行分析,确定了预锻+终锻成形方案。针对工件表面应力较大、模具磨损较为严重的问题,通过田口试验优化法对成形参数进行优化组合。模拟结果表明,当轮毂法兰变形温度为1200℃、模具温度为230℃、变形速率为1.0 mm·s~(-1)、摩擦系数为0.05时,工件应力、模具载荷和模具磨损能有效降低,且工件成形质量较优。各参数对零件质量和模具磨损的影响程度依次为:摩擦系数变形速率变形温度模具温度。     

Surrogate-based process optimization for reducing warpage in injection molding

In this paper, an adaptive optimization method based on Kriging surrogate model is proposed to minimize the warpage of injection molded parts. Kriging surrogate model combining design of experiment (DOE) methods is used to build an approximate function relationship between warpage and the process parameters, replacing the expensive simulation analysis in the optimization iterations. The adaptive process is implemented by an infilling sampling criterion named expected improvement (EI). This criterion can balance local and global search and tend to find the global optimal design, even though the DOE size is small. As an example, a cellular phone cover is investigated, where mold temperature, melt temperature, injection time, packing time and packing pressure are selected to be the design variables. The results show that the proposed adaptive optimization method can effectively decrease the warpage of injection molded parts.