基于磨損的熱鍛模具優(yōu)化設(shè)計和壽命預(yù)測.pdf

1、熱鍛模具是工業(yè)生產(chǎn)的一種基礎(chǔ)裝備，隨著工藝技術(shù)的不斷發(fā)展而得到了越來越廣泛地使用。熱鍛模具工作環(huán)境惡劣，在鍛造循環(huán)過程中不斷地承受著機(jī)械載荷和熱載荷作用。在國內(nèi)熱鍛模具所能達(dá)到的壽命較低，僅為3000～5000件，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外水平，因而如何增加熱鍛模具使用壽命是一個迫切需要得到解決的問題。模具磨損是造成模具報廢的主要原因，經(jīng)研究表明因磨損造成的熱鍛模具失效占總的模具失效的70％左右。所以，減少熱鍛模具的磨損是提高模具壽命的關(guān)鍵所在。

2、
　　 首先，本文考慮到熱鍛模具工作環(huán)境的特殊性對Archard模型進(jìn)行了修正，采用Deform-2d有限元軟件模擬輪轂成形過程，計算磨損深度，模擬結(jié)果表明鍛件成形效果良好，同時表明輪轂熱鍛模的最大磨損部位為成形上模芯的圓角區(qū)域。然后就成形上模芯做了兩方面的優(yōu)化，第一方面是上模芯輪廓形狀的優(yōu)化，包括圓角半徑和線形的優(yōu)化。圓角半徑優(yōu)化中，選擇了一組圓角半徑，結(jié)果表明R2～R3時磨損值較??；在圓角半徑優(yōu)化的基礎(chǔ)上，結(jié)合有限元模擬、B

3、P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和序列二次規(guī)劃算法的各自優(yōu)勢進(jìn)行上模芯的輪廓線形優(yōu)化，以三次樣條插值曲線描述上模芯成形部位輪廓形狀，三次樣條曲線的19個控制點橫向坐標(biāo)作為設(shè)計變量，等磨損為目標(biāo)函數(shù)，隨機(jī)生成數(shù)個輪廓形狀并進(jìn)行模擬計算，得到的有限元數(shù)據(jù)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，構(gòu)建三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，從而實現(xiàn)了設(shè)計變量和目標(biāo)函數(shù)的映射關(guān)系，再利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測和推廣特性可對給定設(shè)計變量預(yù)測出對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，最后采用序列二次規(guī)劃算法對所選設(shè)計變量尋優(yōu)。第

4、二方面是在第一方面的基礎(chǔ)上，基于磨損對工藝參數(shù)進(jìn)行了尋優(yōu)。研究了模具初始溫度、成形速度和摩擦因子對磨損量的影響，研究獲得一組磨損量最小的上述工藝參數(shù)組合。
　　 通過優(yōu)化設(shè)計后結(jié)果顯示：成形上模芯磨損量減小且更加均勻，最大磨損值下降了26.8％，通過前幾次鍛造循環(huán)的累積磨損值預(yù)測模具壽命，得到模具壽命為3887件，與原始模具設(shè)計相比提高了25.2％。但由于受到相關(guān)項目時間的制約，本文研究內(nèi)容主要集中在前期的理論研究部分。