目前市场上流行着许多的商业化了的锻造模拟软件,但中国锻造行业许多企业还没有很好地利用这些软件。一方面是流行的锻造工艺模拟软件全部为海外公司开发,软件的汉化非锻造专业人士参与完成,存在一些概念理解和应用上的“水土不服”。但如果仔细研究后会发现,锻造模拟软件应用不普及、不成功还存在其它方面的问题。一是国内没有完整的材料、润滑和设备数据库,许多企业也没有这方面的积累,其次是整个锻造行业严重缺少锻造模拟的技术人员,对锻造工艺模拟“技术和技巧”没有深刻的认识和掌握。一些人认为会计算机就会使用模拟软件,也有一些人认为了解一点锻造工艺知识和会操作计算机就能使用模拟软件。这都不正确,事实上能用好模拟软件的人必须是“深刻懂得计算机软件和具有丰富锻造工艺经验的人”,这类人在锻造行业非常缺少。

一、技术概述

当然,当下许多锻造企业负责人对使用锻造模拟软件的兴趣不高,认为企业设专人利用锻造模拟软件进行技术研究和开发没有必要,主要原因是对锻造模拟软件使用作用和好处没有足够的理解和认识。

热加工工艺模拟及优化设计技术是应用模拟仿真、试验测试等手段,在拟实的环境下模拟材料加工工艺过程,显示材料在加工过程中形状、尺寸、内部组织及缺陷的演变情况,预测其组织性能质量,达到优化工艺设计目的的一门崭新技术。它的研究范围一般可分为:

何谓锻造模拟?

1.热加工过程的数值模拟。通过建立能准确描述某一热加工工艺过程的数理模型及对数理方程的简化求解,动态显示该过程并预测其结果。分为宏观(mm-m级)、微观(m-mm级)、原子(nm-m级)三个不同的模拟尺度。

模拟就是对真实过程的仿真。锻造模拟就是锻造过程的数字化仿真,也就是用锻造模拟软件(中国锻压协会北京富京技术公司推广的QForm)对锻造工艺过程进行计算机虚拟模拟。

2.热加工过程的物理模拟及专家系统。通过得到准确的临界判据,检验、校核数值模拟的结果;用于影响因素十分复杂的工艺过程,作为数值模拟的必要补充。

目前模拟软件能模拟什么样的锻造工艺?

js9905com金沙网站,3.热加工过程的基础理论及缺陷形成原理。它是准确地建立过程数理模型,得到缺陷科学判据的研究基础。

模锻、自由锻、挤压、摆辗和辗环工艺,同时可以模拟锻件组织结构和热处理工艺。

二、现状及国内外发展趋势

锻造模拟能做那些工作?

1.国内外发展现状

确定使用设备类型及吨位。

材料热加工工艺模拟研究于1962年开始于铸造过程,进入70年代后,从铸造逐步扩展到锻压、焊接、热处理,在全世界形成了材料热加工工艺模拟的研究热潮。

发现锻造中可能出现的锻造缺陷及问题。

经多年研究开发,针对常规铸造、冲压、热锻已经形成一批热加工工艺模拟商业软件;并已在铸造、锻压生产中得到一定应用,在注塑、焊接、热处理中的应用刚刚起步;同时数值模拟已逐步成为新工艺研究开发的重要手段和方法。

对模具结构和受力进行分析。

2.发展趋势展望

对坯料、预制坯形状和尺寸。

近年来,热加工工艺模拟不断向广度、深度拓展,其技术发展趋势是:

对材料流动及流线进行分析。

(1)宏观-中观-微观

温度分析。

已普遍由建立在温度场、速度场、变形场基础上的旨在预测形状、尺寸,轮廓的宏观尺度模拟(mm-m级)进入到以预测组织、结构、性能为目的的中观尺度模拟(毫米量级)及微观尺度模拟(微米量级)阶段。

润滑研究。

(2)单-分散-耦合集成

冷却分析。

模拟功能已由单一的物理场模拟普遍进入到多种物理场相互耦合集成的阶段,以真实模拟复杂的热加工过程。

内部组织分析。

(3)共性、通用-专用、特性

锻件热处理分析。

由于普通铸造、冲压、锻造工艺模拟的日益成熟及商业软件的出现,研究工作的重点和前沿已由共性通用问题转向难度更大的专用特性问题。主要方向一是解决特种热加工工艺(如压铸、金属型铸造、楔横轧等)模拟及工艺优化问题;二是解决加工件的缺陷(混晶、回弹、热裂、冷裂、变形等)消除问题。

几乎可以分析锻造工艺过程中需要了解的所有问题。

(4)重视提高数值模拟精度和速度的基础性研究

那些缺陷可以反映出来?

主要有:热加工基础理论、缺陷形成机理及判据、新的数理模型、新的算法、前后处理等基础性研究及物理模拟与精确测试技术等。

锻件折迭、充不满。

(5)重视集成技术,使工艺模拟成为先进制造系统的重要组成部分。

锻件流线不好。

包括:在并行环境下,与产品、模具CAD/CAE/CAM系统集成,与零件加工制造系统集成,与零件的安全可靠性能实现集成。

模具受力、应力集中。

3.我国的优势及不足

裂纹。

我国于70年代末期开始研究铸造工艺模拟,以后逐步扩展至锻造、冲压、焊接、热处理及注塑等各专业,吸引了一大批优秀的科技人员投身该领域研究。在多年研究的基础上,国内多家研究院所及高校联合投标,于1997年金属材料热成形过程的动态模拟及组织性能质量的优化控制入选国家攀登B项目,为攀登国际前沿提供了很好的条件。我国在铸造微观组织模拟,大锻件混晶预测,焊接工艺性的物理模拟及精确测试等方面的研究居世界先进水平。但在模拟软件的商品化开发,研究工作的硬、软件环境等方面有较大的差距。

设备吨位足,打不靠。

三、十五目标及主要研究内容

金属流动对模具冲刷严重。

1.目标

内部组织缺陷。

针对金属材料铸造、锻压、焊接、热处理及非金属材料注塑等热加工过程,以材料热加工理论分析为基础,通过数值模拟和物理模拟研究,开发一系列商品化软件及实验技术,能对热加工过程的组织、性能、质量进行预测和优化控制,实现工艺优化设计,并在材料热加工基础理论及缺陷形成机理的某些方面有所发展和创新,并行工程环境下的虚拟制造成形的基础性研究取得进展。通过本项研究,使该研究领域全面赶上当代国际水平,在某些方面达到国际领先水平。

热处理组织缺陷。

2.主要研究内容