锻造工艺优化的重要性

在实际锻造生产中，当零件的几何形状比较复杂或传统设计方法存在局限性时，不合理的锻造工艺和模具设计可能使得锻件的内部组织、外观形状或表面质量无法达到规定的技术要求，有时甚至产生严重的成形缺陷，如充填不满、表层折叠、内部或表面裂纹等。另外，不合理的设计还会导致材料浪费严重，模具寿命偏低。

随着竞争的日益加剧，低成本、高质量和高效率是制造业追求的目标。为了降低制造成本和提高产品质量，必须对锻造工艺过程中影响锻件质量的各项工艺参数进行优化。锻造过程涉及复杂的几何与物理变化，采用传统的设计优化方法很难达到预期的效果，而且只能进行设计方案的比较和某一工艺的不断改进，也离不开物理实验。随着现代计算机技术和塑性有限元理论的不断发展和日趋完善，以有限元法为基础的数值模拟方法已成功应用于金属塑性成形过程变形规律和多物理场的数值预测，对实际的工艺和模具设计提供可靠的虚拟验证。因此，基于数值模拟的设计优化在锻造工艺和模具设计中的应用不仅是可能的，也是必然的。(www.xing528.com)

S.K.Lee等人提出在二维热塑性成形模拟过程中通过优化模具形状来获得最终成形零件微观组织分布均匀的方法，优化目标函数是最终成形零件的微观组织，采用贝塞尔曲线来描述模具的形状，通过优化贝塞尔曲线上的控制点来控制模具的形状。J.Kusiak提出一种基于通用有限元分析软件的金属塑性变形工艺优化的方法，将优化算法和有限元分析分开，有限元分析程序作为优化算法中对变形工艺目标函数的求解器。该方法通过对模具形状的优化达到最终成形零件组织均匀的目的。在优化过程中，采用非梯度优化算法，不必求解目标函数的导数，利用有限元程序模拟不断迭代，达到优化的效果。并用轴对称零件的闭式模锻模具的形状优化来验证其实用性，将终锻件的奥氏体晶粒分布作为优化的目标。赵国群等人提出基于灵敏度分析的优化方法对预锻模形状进行优化，以变形后锻件的组织均匀和锻件少无飞边为优化目标，建立了预锻模形状优化的灵敏度方程。并对圆盘件锻造过程进行了灵敏度分析和模具优化设计，得到了侧面无飞边终锻件。陈军和陈学文等人提出了将锻造智能设计系统、有限元分析软件和优化算法作为三个相对独立的模块，通过信息的自动传递与集成，建立以实际工艺参数为设计变量的复杂锻造过程的自动优化的技术体系。并通过选择不同的设计变量、优化目标和优化算法，实现了二维和三维锻造过程的自动优化，取得了显著的效果。