基于預(yù)成形-形狀設(shè)計(jì)的模具等徑磨損優(yōu)化研究.pdf

1、模具的壽命是直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、加工效率和成本的重要因素之一。模具的磨損是模具與工件的接觸造成的，由磨損導(dǎo)致的模具失效難以控制。在金屬塑性成形過程中，模具形狀直接限制了金屬的流動情況，也直接影響了模具表面的磨損情況。對預(yù)成形形狀/模具形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)便成為控制產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)要求的必需且重要的方面。
　　 基于以上分析，本文在構(gòu)建Archard磨損模型的基礎(chǔ)上，使用有限元模擬軟件對成形過程時模具的磨損情況進(jìn)行研究分析。針對模具局

2、部磨損過大、使用壽命低的情況，構(gòu)建了等徑磨損數(shù)學(xué)優(yōu)化模型。本文以高工字型鍛件鍛造成形和鋁棒材拉拔成形為例，分別對高工字型鍛件的預(yù)成形形狀和鋁棒材拉拔模的模具壓縮區(qū)形狀設(shè)計(jì)了直線型、弧線型和四次曲線型。以等徑磨損為目標(biāo)函數(shù)，分別以設(shè)計(jì)的直線型的角度、弧線型的半徑和四次曲線型拐點(diǎn)位置為設(shè)計(jì)變量，對三種預(yù)成形/模具形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。把有限元數(shù)值模擬得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本通過Istopt軟件進(jìn)行曲線擬合，得到了設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)的影響函數(shù)關(guān)系，并給

3、出了數(shù)學(xué)表達(dá)式。通過優(yōu)化計(jì)算出最優(yōu)值，得到能夠?qū)崿F(xiàn)等徑磨損的最佳模具形狀。結(jié)果顯示，基于三種最優(yōu)預(yù)成形/模具形狀設(shè)計(jì)的模具表面的最大磨損深度相比優(yōu)化前模具的最大磨損深度都有較大程度的降低。通過三種設(shè)計(jì)形狀優(yōu)化后模腔的磨損曲線對比，可以看出四次曲線型預(yù)成形/模具形狀設(shè)計(jì)的模具表面磨損最小且磨損分布均衡。
　　 本文構(gòu)建了拉拔力、等徑磨損的單目標(biāo)函數(shù)及基于拉拔力和等徑磨損的多目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)變量為表示模具形狀的Nurbs曲線的型值點(diǎn)坐