毛坯鑄件材料預成形設計研究現狀

　　在材料塑性成形過程中，以復雜形狀鍛件的鍛造生產為例，當用形狀比較規則的毛坯直接成形   終鍛件時，鍛件會產生比較嚴重的缺陷，如充不滿、折疊、變形不均等，而且模具會承受過大的載荷、磨損也較嚴重，從而導致模具服役壽命的降低。所以，一般會設計一個介于規則坯料和終鍛件形狀之間的過渡形狀，使得鍛造過程分步進行，材料   易充滿型腔，減少或消除折疊缺陷，降低鍛造過程中的載荷，即進行材料預成形設計。材料的預成形設計對于提高產品質量及模具壽命具有重大的意義，但是如何確定材料的預成形形狀有較大的難度，這也是研究的主要內容。

　　傳統的預成形設計方法是試錯法，但是試錯法的成本高且效率低；　隨著計算機技術的發展，越來越多的預成形設計方法不斷涌現。早期預成形設計方法主要是正向模擬技術和反向模擬技術等，主要是通過模擬材料成形過程實現，但是主要思路仍然是試錯法，需要技術人員根據經驗對預成形形狀不斷進行修正，再由數值模擬結果進行驗證。自20世紀g0年代，優化理論不斷運用到材料的預成形設計中，應用比較多的有靈敏度分析算法、微觀遺傳算法、神經網絡形狀內插值法等。近年來，一些新興的非優化算法也不斷地應用到材料預成形設計中。基于靜電場理論進行了材料的預成形設計，利用靜態、穩態的靜電場等勢線與材料成形過程中材料流動的相似性，模擬材料變形路徑。針對典型的軸對稱鍛件進行靜電場模擬，以神經網絡為輔助手段，得出了合適的等勢線范圍作為鍛件的預成形形狀。基于三維靜電場模擬進行了預制坯設計，指出該設計方法很適合于形狀比較復雜的工件或難變形材料工件的預制坯設計。

　　基于電場法和響應面方法進行了鍛件的預成形設計，得到的鍛件飛邊較小，且無缺陷產生。使用電場法針對H型軸對稱鍛件進行了預成形設計，通過響應面分析方法選取了合適的等勢線形狀作為   終的優化結果；　關于三維復雜鍛件，白雪還提出了縱橫截面曲線預制坯設計方法，通過兩步預成形優化設計，獲得了形狀尺寸滿足要求、且飛邊較小的無缺陷鍛件。將電場法與工藝參數組合用以優化鍛造工藝過程。其中以電場法得到的預成形形狀作為局部變量，工藝參數作為全局變量，通過多目標優化分析，   終得到填充飽滿、終鍛力也較小的鍛件。

　　電場法己經越來越多地應用到諸如鍛造、沖壓等材料成形工藝的預成形設計中，并且取得了良好的成形效果。但是目前還尚未有公開文獻將電場法應用到環件軋制用毛坯的設計中，本文在這方面進行了   嘗試，將電場法應用于錐形法蘭環件軋制用毛坯的定性設計中，并結合試驗設計分析方法進行了定量計算，在較小的有限元計算成本前提下，較快地獲得優化的毛坯尺寸，提高了工藝開發的時間。