金属体积成形预成形设计的现状及发展

金属体积成形预成形设计 ,是材料多工序成形工艺与模具设计的中心工作。如何设计预锻件形状和预锻模形状是生产合格终锻件的关键 ,也是模具设计的难点之一。预成形优化设计是采用了优化技术的预成形设计 ,是发展的预成形设计 ,在国内外得到了广泛研究。本文首先介绍了预成形设计所依据的知识和采用的主要手段 :基于以往丰富经验的经验性指导原则、物理模拟技术和基于数值模拟的计算机辅助设计。然后对处于当今预成形设计的主流方法—基于数值模拟的预成形设计的两个发展阶段 ,即预成形设计和预成形优化设计进行了介绍。其次对常用的正向模拟和反向模拟预成形设计方法和常用的基于灵敏度分析的正向模拟优化法、直接微分法、拟合优化法、微观遗传算法等预成形优化设计方法的基本原理、特点及应用进行了介绍和总结。最后指出了预成形设计的发展趋势。     

复杂锻件的坯料预成形优化设计方法

为了提高复杂锻件坯料预成形设计的计算效率,提出了一种基于数值模拟和正交设计相结合的坯料预成形优化设计方法。这种方法以数值模拟为计算工具、以正交设计为优化手段,将优化过程与有限元计算分离开。将此方法应用于某机匣锻件预成形坯料优化设计,获得了良好的效果,确定了各设计变量对目标函数的影响程度和影响趋势。所提出的方法对复杂锻件的坯料预成形优化设计具有重要意义。     

结合数值模拟与物理实验的叶片锻造预成形拓扑优化设计研究

利用所提出的拓扑优化方法,对复杂形状叶片锻造的预成形形状进行了优化设计。详细给出了该方法在三维模式下的优化策略、优化目标、单元增删准则、几何模型处理等关键技术。以合理精简毛坯、提高模腔充填性为综合优化目标,利用自行开发的优化程序,经过十余次的优化迭代,获得了理论上的优化结果。研制了叶片锻造模具,对优化后的预成形件进行了锻造成形实验;利用激光测量设备采集了叶片锻件型面的几何数据,并与数值模拟结果进行了比对。对预成形件制备工艺的可行性进行了详细讨论。结果表明:基于拓扑优化方法所获得的叶片预成形设计结果较为理想。     

汽车底盘纵梁多工步成形数值模拟及试验

采用有限元分析软件,对汽车底盘纵梁的弯曲成形、预成形及内高压成形工艺过程进行了数值模拟。研究内容为,在弯曲成形工步中,管坯各个弯曲位置在相同弯曲半径、不同弯曲角度下的壁厚分布;在预成形工步中,管坯压扁过程中弯曲位置的减薄问题;在内高压成形工步中,优化后的压力加载路径对最终成形零件壁厚的影响。基于有限元模拟结果,分别进行了弯曲成形、预成形和内高压成形试验。结果表明,弯曲成形、预成形和内高压成形弯曲叠加处最易破裂;通过改变模具圆角半径可避免破裂缺陷。实际成形试验结果与数值模拟结果基本一致。     

管件液压成形技术及其进展

管件液压成形技术属先进制造技术,因其具有众多优点,已在汽车行业得到广泛应用。简要介绍该技术的成形原理、优缺点及应用,从设备及模具、材料及成型性、工艺参数及失败模式、数值模拟及优化方法、预成形、摩擦与润滑等方面分析国内外的研究和应用状况,并指出该技术的发展趋势。     

汽车前指梁多工步成形模拟及试验研究

基于有限元分析软件eta/DYNAFORM,对汽车前指梁的弯曲成形、预成形及内高压成形工艺过程进行了数值模拟。在弯曲成形工步中,研究了管坯各个弯曲位置在相同弯曲半径、不同弯曲角度下的壁厚分布;在预成形工步中主要分析了预制坯形状对前指梁内高压成形的影响;在内高压成形工步中,研究了优化后的预制坯形状对最终成形零件成形缺陷的影响。基于有限元模拟结果,分别进行了弯曲成形、预成形和内高压成形试验。研究结果表明:预制坯形状是决定前指梁内高压能否顺利成形的重要因素;通过改变预成形模具的结构形式,可以得到合理的预制坯形状,避免内高压成形过程中缺陷的产生。实际成形试验结果与数值模拟结果基本一致。     

多楔带轮旋压成形预成形工艺参数对腰鼓成形的影响

用腰鼓件成形质量作为预成形工艺参数衡量指标,采用有限元软件MSC.Marc对多楔带轮预成形及腰鼓成形进行了数值模拟,探讨了预成形工艺参数对腰鼓成形的影响,并进行了试验验证。结果表明,预成形时下模端面摩擦属有利摩擦;旋轮底面与下模间隙对最终工件的底部及口部尺寸具有较大影响;旋轮沿径向施加给工件的压下量对腰鼓件质量影响较大。     

体积成形过程预成形优化设计系统的开发研究

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 ,针对精密成形问题 ,提出了一种对多工序锻造过程预成形模具进行优化设计的方法 ,并在此基础上开发了界面友好、自动化程度高、易于使用的锻造优化设计工具软件DOTFORGE。该软件通过优化设计预成形模具形状 ,可实现对锻造过程中多种目标的优化控制。给出预成形优化设计的目标函数和设计变量以及灵敏度分析方法 ,详细介绍了软件的结构功能、关键技术以及应用实例。     

基于FEM的预成形最优化方法及其应用

锻件质量和锻造行业的技术经济效益很大程度上取决于预成形工步和预成形设计。由于问题的复杂性,通常是在实际生产经验基础上,通过后复试验的方法进行预成形工步和预成形设计。显然,这种情况已不能满足以信息技术为主导的高新技术发展的需要。本文介绍一种基于正向有限无数值模拟和最优化方法的锻件预成形设计新方法。并对这种方法实施过程中遇到的若干关键技术进行探讨。应用根据这种方法所建立的锻件预成形设计原型系统,对ＦＧ     

数值模拟技术在火车轮热成形工艺设计中的应用

通过采用体积成形有限元模拟软件DEFORM-3D对火车轮热成形的镦粗、预成形、压弯工艺进行有限元数值模拟与分析,阐述了DEFORM-3D数值模拟技术在火车轮热成形工艺设计中对确定最佳镦粗高度、轮坯轧制变形量、选用合理镦粗模具、预测压弯成形变形最大部位、分析车轮缺陷与坯料缺陷之间的关系等方面的有效应用.这对车轮热成形工艺的合理设计、提升车轮成形质量控制水平、提高生产效率、减低生产成本都具有重要的意义.     

微观遗传算法在预锻模优化设计中的应用

锻造过程实现净形和近净形制造最关键的一点是对无预锻模进行优化设计。本文用微观遗传算法对Ｈ型截面锻件进行了预锻模优化设计,以实现此锻件的无飞边锻造。设计结果表明优化效果显著。而且用遗传算法进行预锻模优化设计,可充分利用现有的ＣＡＤ／ＣＡＭ软件,既保持软件的独立性,又能实现两者的双向集成。     

转向臂锻造工艺研究

针对大头细杆类长轴锻件在用摩擦压力机模锻时,不制坯或制坯不合理造成材料利用率较低的问题,以带深孔的汽车转向臂为对象,对其锻造工艺进行了分析,工艺计算,运用有限元软件模拟了转向臂成形过程,分析金属流动情况、载荷、等效应力/应变等。根据分析结果,确定合理的制坯工艺和制坯尺寸,提高了锻造的材料利用率。     

Sensitivity analysis based preform die shape design using the finite element method

This paper uses a finite element-based sensitivity analysis method to design the preform die shape for metal forming processes. The sensitivity analysis was developed using the rigid visco-plastic finite element method. The preform die shapes are represented by cubic B-spline curves. The control points or coefficients of the B-spline are used as the design variables. The optimization problem is to minimize the difference between the realized and the desired final forging shapes. The sensitivity analysis includes the sensitivities of the objective function, nodal coordinates, and nodal velocities with respect to the design variables. The remeshing procedure and the interpolation/transfer of the history/dependent parameters are considered. An adjustment of the volume loss resulting from the finite element analysis is used to make the workpiece volume consistent in each optimization iteration and improve the optimization convergence. In addition, a technique for dealing with fold-over defects during the forming simulation is employed in order to continue the optimization procedures of the preform die shape design. The method developed in this paper is used to design the preform die shape for both plane strain and axisymmetric deformations with shaped cavities. The analysis shows that satisfactory final forging shapes are obtained using the optimized preform die shapes.     

中厚板挤压成形力能分析及预测

准确预测成形过程中的载荷分布,可有效降低模具在成形过程中发生偏载的可能性。文章以中厚板体积成形工艺中较为典型的挤压成形工艺为切入点,针对其与传统正挤压过程的区别,采用数值模拟方法对中厚板挤压成形力影响因素进行了正交试验分析,从复杂的影响因素中寻找出主因。通过对各主要影响因素加以分析,并借助于对试验数据进行归纳或统计的方法,分析建立了相应的力能计算模型,为中厚板挤压工艺及模具的优化设计提供理论参考。经实验验证,该力能计算模型的误差控制在15%以内,能满足工程计算的需要。     

面向微观组织优化的锻造工艺预成形优化设计

以锻件晶粒尺寸细小均匀为目标,以预成形形状设计为对象,提出了锻造成形过程微观组织优化设计方法,构建了锻造成形过程微观组织优化目标函数,并确定锻造成形预成形形状作为优化过程的设计变量,给出了优化设计的具体步骤,采用微观遗传算法和有限元模拟方法开发了锻造过程微观组织优化程序,并对典型的圆柱体镦粗进行了面向微观组织优化的预成形设计,取得了较好的效果.     

交互式挤压模具智能优化设计系统研究

在高效无敏度智能优化算法及挤压成型过程数值模拟的基础上,结合刚—黏塑性有限元模拟、神经网络、遗传算法,提出一种交互式挤压模具智能优化设计方法。并利用面向对象编程技术C++语言,在VC++6.0程序开发器上开发出了界面友好、自动化程度高、模块通用性好的交互式挤压模具优化设计系统,实现了挤压过程中模具设计多种目标的优化控制,并详细阐述了系统的结构功能、关键技术及应用实例。由于数值模拟、人工神经网络和遗传算法属于非耦合算法,通用性较强,该系统适用于金属塑性成形各种领域的优化设计。     

面向微观组织优化的锻造工艺预成形优化设计及实验研究

以锻件晶粒尺寸细小均匀为目标,以预成形形状设计为对象,提出了锻造成形过程微观组织优化设计方法,构建了锻造成形过程微观组织优化目标函数,并确定锻造成形预成形形状作为优化过程的设计变量。采用遗传算法和有限元模拟相结合的方法,开发了锻造过程微观组织优化程序,对典型的H型锻件进行了面向微观组织优化的预成形设计,取得了较好的效果。并根据优化设计的结果进行了实验研究,优化结果的晶粒尺寸及其分布趋势与实验结果比较吻合。     

伺服成形技术及其若干发展动向

伺服压力机是近年来塑性成形领域最重大的创新之一,将伺服压力机以及基于伺服压力机的成形工艺统称为伺服成形技术.简要介绍了伺服成形技术的特点和目前的应用情况,重点论述了该技术当前的若干发展新动向,包括伺服压力机设计方法的研究、新型功能部件和储能技术开发、滑块运动路径设计与优化、伺服成形机理及成形过程的数值模拟、智能制造中的...