基于变形均匀性的锻造预成形优化系统集成

预成形优化设计在锻造工艺设计中得到了广泛的应用,锻件的变形均匀性是衡量锻件质量的一个重要指标,提高锻件的变形均匀性以提高锻件的综合质量。本文以提高锻件变形均匀性为优化设计目标,采用基于灵敏度分析的正向模拟优化法对锻造过程的预成形模具形状优化系统集成进行了研究,给出了目标函数、设计变量及其灵敏度的表达形式,解决了优化模拟过程中的网格再划分问题,给出了优化系统的流程图并编制了相应的程序,最后,给出了一个优化设计的数值算例,取得了较好的优化效果。     

圆盘锻件纯形状锻造模具优化设计

在讨论圆盘锻件模具设计现状的基础上,提出了一种金属成形过程的有限元灵敏度分析方法和以此为基础的模具形状优化设计方法。对圆盘件锻造过程进行了灵敏度分析和模具形状优化设计。结果表明,采用优化设计的预锻模具,可得到侧面无鼓形的纯形状圆盘锻件,并且预锻模具形状光滑、简单、便于加工和锻造生产。为圆盘锻件的纯形状锻造模具设计提供了一种定量分析方法。     

锻造预成形多目标优化设计的研究

采用有限元灵敏度分析方法，首次对锻造过程预成形进行了多目标优化设计研究。多目标包括锻件的形状及其变形均匀性两个方面，优化设计的目标是使锻件的形状和变形均匀性综合性能最好。提出了新的无量纲的锻件形状子目标函数和变形均匀性子目标函数，并给出了总目标函数和各子目标函数的表达形式，并详细推导了各目标函数相对于优化设计变量的灵敏度。应用该方法对截面为H形的轴对称锻件进行了预成形优化设计，取得了良好的效果。     

控制锻件变形均匀性和变形力的锻造预成形多目标优化设计

以影响锻件质量的重要因素--锻造预成形模具形状为研究对象,对锻造过程展开同时包括锻件变形力和变形均匀性两个方面的优化设计的研究.研究目标是使锻件变形最均匀的同时变形力最小,即获得变形均匀性和变形力综合性能最好的终锻件.基于有限元数值模拟方法,采用有限元灵敏度分析方法,首次对同时控制锻件变形均匀性和变形力的锻造过程预成形进行多目标优化设计研究.给出总目标函数和各子目标函数的表达形式,并详细推导各目标函数相对于优化设计变量的灵敏度.利用自行开发的程序,对断面为H形的轴对称锻件进行预成形多目标优化设计,给出优化过程中总目标函数及各子目标函数、预成形模具形状、预成形件形状及终锻件等效应变和y向应力的分布变化情况.结果表明,通过对预成形模具形状进行优化设计,总目标函数、变形均匀性子目标函数和变形力子目标函数分别下降了13%,33%和6%左右,达到了同时对锻件变形均匀性和变形力进行优化的目的.     

控制变形力的锻造预成形优化设计研究

以刚黏塑性有限元为基础,采用基于灵敏度分析的正向模拟优化法,以直接设计预成形模具形状为目标,提出并建立了一种控制变形力的灵敏度分析理论和模具形状优化设计方法。给出了目标函数的表达形式,确定了优化设计变量,推导了目标函数对优化设计变量的灵敏度,利用FORTRAN语言开发了变形力预成形优化设计程序,并对一平面应变变形的H形锻件进行了预成形优化设计,得到了目标函数及终锻件Y向应力分布随优化迭代次数的变化情况。     

控制变形力的锻造预成形优化设计研究

以刚黏塑性有限元为基础,采用基于灵敏度分析的正向模拟优化法,以直接设计预成形模具形状为目标,提出并建立了一种控制变形力的灵敏度分析理论和模具形状优化设计方法。给出了目标函数的表达形式,确定了优化设计变量,推导了目标函数对优化设计变量的灵敏度,利用FORTRAN语言开发了变形力预成形优化设计程序,并对一平面应变变形的H形锻件进行了预成形优化设计,得到了目标函数及终锻件y向应力分布随优化迭代次数的变化情况。     

基于有限元的锻件变形力优化设计

以降低锻件变形力为优化设计目标,采用刚粘塑性有限元法,对锻造预成形优化设计进行了研究。给出了优化设计的目标函数,确定了优化设计的设计变量和优化设计方法,采用FORTRAN语言编制了相应的优化设计程序,并对一典型的轴对称H形锻件进行了优化设计,给出了优化设计的结果。结果表明,经过优化,锻件的变形力明显降低。     

如何确定齿轮锻件是否需要预锻

有轮辐的齿轮锻件(见图1)在闭式模锻时是否能完全充满模膛,除了与设备吨位、锻造温度等因素有关外,关键在于金属在型腔中的预分布是否合理。如果预分布不合理,则锻件不能够在型腔中完全充满,这时应采取预成形工序以改善金属在型腔中的预分     

基于数据模拟的锻造预成形优化设计系统集成

净形和近净形制造要求锻造成形设计不权要实现产品的形状，而且要实现材料，能耗，锻件质量等目标优化，仅仅依靠经验已不可能达到优化设计的要求，必须借助于数值模拟中包含的丰富的信息来指导设计，本文提出了基于数据模拟的锻造预成形优化设计系统框架，针对现有的设计和分析工具功能强大却相对独立的特点，提出了可实现预成殂优化设计的设计和分析工具集成的方法。     

非等温成形过程中的预锻模具形状优化设计

采用塑性有限元、灵敏度分析和工程优化算法相结合的方法,对非等温成形过程中预锻模具形状进行了优化设计。预锻模具形状采用三次B样条函数表示,B样条函数的控制点作为设计变量,通过优化预锻模具形状,可实现净形锻造,得到无飞边完全充满模腔的合格终锻件。给出了模具形状优化设计步骤,推导了速度灵敏度方程和温度灵敏度方程。最后以一轴对称圆盘锻造过程为例,对预锻模具形状进行了优化设计。     

Evolutionary forging preform design optimization using strain-based criterion

Preform design plays an important role in forging design especially for parts with complex shapes. In this paper, an attempt was made to develop a topological optimization approach for the preform design in bulk metal forming processes based on the bidirectional evolutionary structural optimization strategy. In this approach, a new strain-based element addition and removal criterion has been proposed for evaluating and optimizing the material flow in the forging process. To obtain a smooth preform boundary, a closed B-spline curve based on the least square algorithm is employed to approximate the uneven surface of the updated preform profile. A C# program has been developed to integrate the FE simulation, shape optimization, and surface approximation processes. Two 2D forging preform design problems are evaluated by using the developed method. The results suggest that the optimized preform with the strain uniformity criterion has shown better performance in improving the material flow and deformation uniformity during the forging process. The results also demonstrate the robustness and efficiency of the developed preform optimization method.     

基于变形均匀性的锻造模具形状优化设计方法

以直接设计预成形模具形状为目标,提出并建立了一种控制变形均匀性的灵敏度分析理论和模具形状优化设计方法。以任意单元的等效应变与所有单元的平均等效应变的差值的平方和作为目标函数,Ｂ样条曲线表示模具形状,Ｂ样条曲线控制点坐标作为优化设计变量,优化设计的目标是通过设计预成形模具形状使目标函数最小,即使整个工件的变形尽可能均匀。给出了目标函数的表达形式,详细推导了目标函数、单元等效应变率和单元各应变率分量对优化设计变量的灵敏度,给出了优化设计的步骤。应用该方法对圆柱体平模镦粗工艺进行预成形优化设计,给出了相应的优化设计结果,并提出了一种检验优化结果的变形均匀因子,优化与未优化结果的比较表明优化取得了良好的效果。     

齿轮冷精锻工艺预锻模具齿形优化设计

在直齿圆柱齿轮两步成形冷精锻工艺中 ,预锻模具齿形设计对改善材料填充性能 ,降低成形载荷具有重要意义。本文采用正交试验法与数值模拟技术相结合的方法 ,来解决预锻模具型腔优化设计问题。选取了描述预锻模具几何形状的 3个参数作为影响因素 ,以预锻终锻总载荷值为指标 ,通过有限元模拟分析来获得虚拟试验结果 ,最终确定预锻模具型腔几何形状参数的最佳值 ,为提高齿轮精锻成形质量提供有效依据。     

基于渐进优化的锻造预成形优化设计研究

体积成形的预成形设计及优化是金属多工序成形设计领域的难点之一,也是获得高质量产品的关键。借鉴渐进结构优化(Evolutionary structural optimization,ESO)的思想,并考虑体积成形特点,建立一种针对体积成形预成形设计的方法——拓扑优化法,并详细给出该方法的优化策略、单元增删准则、插值处理等关键技术。利用自行开发的优化程序,结合DEFORM-2D有限元模拟软件,以理想充填模膛、改善锻件变形均匀性为目标,以静水压力的大小作为单元的增删准则,对开式模锻下轴对称结构的盘形锻件预成形几何外形进行优化设计。优化结果表明,该方法算法原理清晰明确,实现方便,整个过程集成化以后,从模拟到优化均可实现自动进行,运行效率高,同时也有较高的优化精度,预成形结构比较理想。