引言 (Lo2fY5  
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  長(zhǎng)期以來(lái)，成形工藝和模具的設(shè)計(jì)以及工藝過(guò)程分析主要的依據(jù)是積累的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和傳統(tǒng)理論。但由于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的非確定性、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)效性，以及傳統(tǒng)理論對(duì)變形條件和變形過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)化，因此，對(duì)復(fù)雜的模具設(shè)計(jì)往往不容易獲得滿意的結(jié)果，使得調(diào)試模具的時(shí)間長(zhǎng)，次數(shù)多，甚至導(dǎo)致模具的報(bào)廢。通常情況下，為了保證工藝和模具的可靠與安全，多采用保守的設(shè)計(jì)方案，造成工序的增多，模具結(jié)構(gòu)尺寸的加大。現(xiàn)代成形加工與模具正朝著高效率、高速度、高精度、高性能、低成本、節(jié)省資源等方向發(fā)展，因此傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足要求。計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展以及工程實(shí)踐中對(duì)數(shù)值分析要求的日益增長(zhǎng)，發(fā)展起來(lái)了有限元的分析方法。有限元自1960年CLOUGH 首次提出后，獲得了迅速的發(fā)展。下面我們共同討論有限元數(shù)值模擬分析技術(shù)。 m%V[&"5%e  
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1 、有限元數(shù)值模擬分析技術(shù) O%&@WrFq  
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  塑性成形的工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)一直采用傳統(tǒng)的憑經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)方法。這種設(shè)計(jì)方法難以滿足制造工藝的要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和70年代塑性有限元理論的發(fā)展，許多塑性成形過(guò)程中很難求解的問(wèn)題可以用有限元方法求解。 *02( J  
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  有限元數(shù)值模擬技術(shù)用于檢驗(yàn)工藝和模具設(shè)計(jì)的合理性已經(jīng)在冷鍛成形工藝領(lǐng)域得到了足夠體現(xiàn)。通過(guò)建模和合適的邊界條件的確定，有限元數(shù)值模擬技術(shù)可以很直觀地得到金屬流動(dòng)過(guò)程的應(yīng)力、應(yīng)變、模具受力、模具失效情況及鍛件可能出現(xiàn)的缺陷情況。這些重要信息的獲得對(duì)合理的模具結(jié)構(gòu)，模具的選材、熱處理及成形工藝方案的最終確定有著重要的指導(dǎo)意義。 eFio,  
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  針對(duì)運(yùn)用有限元數(shù)值模擬技術(shù)可用于檢驗(yàn)工藝和模具設(shè)計(jì)的合理性，提出了一種由空心坯成形直齒圓柱齒輪的新工藝：預(yù)鍛分流區(qū)-分流終鍛，用三維有限元數(shù)值模擬進(jìn)行了有限元分析研究，得到了鍛造載荷-行程曲線以及整個(gè)成形過(guò)程的應(yīng)力、應(yīng)變、速度分布等，并與傳統(tǒng)的閉式鐓擠工藝模擬的結(jié)果進(jìn)行了比較。分析表明, 傳統(tǒng)的閉式鐓擠成形直齒圓柱齒輪，成形載荷大，不利于齒形的充填。采用預(yù)鍛分流區(qū)-分流終鍛新工藝，可以大幅度降低成形載荷，并明顯改善材料的充填性, 可以獲得齒形角部飽滿的齒輪。用三維大變形彈塑性有限元法對(duì)齒輪冷精鍛成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)以閉式模鍛為預(yù)鍛和以閉式模鍛、孔分流及約束分流為終鍛的兩步成形模式的變形流動(dòng)情況進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬分析。分析結(jié)果及工藝實(shí)驗(yàn)表明在終鍛中采取分流,尤其是約束孔分流措施對(duì)于降低工作載荷和提高角隅充填能力等方面十分有效。 0uz"}v)  
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  由此可見，采用有限元分析方法進(jìn)行模具設(shè)計(jì)分析，大大節(jié)省了開發(fā)時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，為我們提高了效率、增加了塑性成形中模具工藝的精確性和安全性。從而使整個(gè)設(shè)計(jì)模式從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)向科學(xué)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變。 [KH?5C  
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2 、優(yōu)化技術(shù)的引入 K|G$s  
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  從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，基于有限元分析的優(yōu)化方法中最具代表性的方法有基于靈敏度分析的優(yōu)化方法和基于目標(biāo)函數(shù)值的擬合優(yōu)化方法兩種。 Z