一种基于有限元技术和加工图技术来优化金属精确锻造工艺条件的方法

摘要

种基于有限元技术和加工图技术来优化金属精确锻造工艺条件的方法，其特征方法步骤为：(1)采集原始流动应力数据；(2)制作功率耗散图；(3)制作失稳图；(4)制作加工图；(5)组织和缺陷的定性和定量表征；(6)确定功率耗散效率-组织/缺陷类型之间的内在关系；(7)建立热力参数边界条件-组织/缺陷类型之间的关系；(8)热力参数边界条件-组织/缺陷类型关系引入到有限元模型中；(9)精确锻造工艺条件的模拟优化。本发明的优点是：通过将有限元技术和加工图技术有效结合起来，综合发挥有限元技术在“精确控形”方面的工艺条件优化功能和加工图技术在“精确控性”方面的变形热力参数优化功能，以实现金属精确锻造工艺条件的优化。

主权项

一种基于有限元技术和加工图技术来优化金属精确锻造工艺条件的方法，其特征方法步骤为：(1)采集原始流动应力数据：对所研究的金属通过等温恒应变速率压缩实验，采集不同热力参数下的流动应力数据；(2)制作功率耗散图：根据采集的流动应力数据，采用数值计算方法，通过计算机编程来计算不同热力参数下的系统输入功率、功率耗散量、功率耗散协量、功率耗散效率，并采用Matlab和Origin软件来制作功率耗散图；(3)制作失稳图：根据加工图理论中的失稳判据，采用数值计算方法，通过计算机编程来计算判据中的各项值，然后采用Matlab和Origin软件来制作失稳图；(4)制作加工图：将功率耗散图和失稳图叠加得到加工图；(5)组织和缺陷的定性和定量表征：采用金相显微镜、图像分析仪、扫描电镜和透射电镜微观分析和测试设备对变形试样进行组织和缺陷的观察和分析，并对组织和缺陷进行定性和定量表征；(6)确定功率耗散效率-组织/缺陷类型之间的内在关系：分析加工图中各个局部有序区域内的功率耗散效率大小及其变化特征，根据变形试样组织和缺陷定性和定量的表征结果，确定出各局部有序区域的功率耗散效率-组织/缺陷类型之间的内在关系；(7)建立热力参数边界条件-组织/缺陷类型之间的关系：由以上确定的各局部有序区域的功率耗散效率-组织/缺陷类型之间的内在关系，并结合功率耗散效率最大原则进一步建立出流变失稳区、稳定加工区、较佳加工区和最佳加工区的热力参数边界条件-组织/缺陷类型之间的关系；(8)热力参数边界条件-组织/缺陷类型关系引入到有限元模型中：对商品化有限元软件进行二次开发，将各类热力参数边界条件及其对应的组织/缺陷类型引入到有限元模型中，使有限元模拟出的每一变形步的变形体内热力参数场变量与各类热力参数边界条件做比较，从而可预测出变形体中哪些部位属于流变失稳区或稳定加工区或较佳加工区或最佳加工区，由于这些区域已包含了组织/缺陷类型的信息，故同时也可预测出变形体中各个部位的组织/缺陷类型；(9)精确锻造工艺条件的模拟优化：采用二次开发后的有限元软件，对具体锻件的成形过程进行模拟计算，反复调整外部锻造工艺条件，优化出锻件整个变形区域的组织均为所需望的组织类型，且模具型腔被填充饱满的工艺条件，此工艺条件即为能实现精确锻造的工艺条件。