毛坯铸件材料预成形设计研究现状

　　在材料塑性成形过程中，以复杂形状锻件的锻造生产为例，当用形状比较规则的毛坯直接成形   终锻件时，锻件会产生比较严重的缺陷，如充不满、折叠、变形不均等，而且模具会承受过大的载荷、磨损也较严重，从而导致模具服役寿命的降低。所以，一般会设计一个介于规则坯料和终锻件形状之间的过渡形状，使得锻造过程分步进行，材料   易充满型腔，减少或折叠缺陷，降低锻造过程中的载荷，即进行材料预成形设计。材料的预成形设计对于提高产品质量及模具寿命具有重大的意义，但是如何确定材料的预成形形状有较大的难度，这也是研究的主要内容。

　　传统的预成形设计方法是试错法，但是试错法的成本高且效率低；　随着计算机技术的发展，越来越多的预成形设计方法不断涌现。早期预成形设计方法主要是正向模拟技术和反向模拟技术等，主要是通过模拟材料成形过程实现，但是主要思路仍然是试错法，需要技术人员根据经验对预成形形状不断进行修正，再由数值模拟结果进行验证。自20世纪g0年代，优化理论不断运用到材料的预成形设计中，应用比较多的有灵敏度分析算法、微观遗传算法、神经网络形状内插值法等。近年来，一些新兴的非优化算法也不断地应用到材料预成形设计中。基于静电场理论进行了材料的预成形设计，利用静态、稳态的静电场等势线与材料成形过程中材料流动的相似性，模拟材料变形路径。针对典型的轴对称锻件进行静电场模拟，以神经网络为辅助手段，得出了合适的等势线范围作为锻件的预成形形状。基于三维静电场模拟进行了预制坯设计，指出该设计方法很适合于形状比较复杂的工件或难变形材料工件的预制坯设计。

　　基于电场法和响应面方法进行了锻件的预成形设计，的锻件飞边较小，且无缺陷产生。使用电场法针对H型轴对称锻件进行了预成形设计，通过响应面分析方法选取了合适的等势线形状作为   终的优化结果；　关于三维复杂锻件，白雪还提出了纵横截面曲线预制坯设计方法，通过两步预成形优化设计，获得了形状尺寸满足要求、且飞边较小的无缺陷锻件。将电场法与工艺参数组合用以优化锻造工艺过程。其中以电场法的预成形形状作为局部变量，工艺参数作为全局变量，通过多目标优化分析，   终填充饱满、终锻力也较小的锻件。

　　电场法己经越来越多地应用到诸如锻造、冲压等材料成形工艺的预成形设计中，并且取得了良好的成形效果。但是目前还尚未有公开文献将电场法应用到环件轧制用毛坯的设计中，本文在这方面进行了   尝试，将电场法应用于锥形法兰环件轧制用毛坯的定性设计中，并结合试验设计分析方法进行了定量计算，在较小的有限元计算成本前提下，较快地获得优化的毛坯尺寸，提高了工艺的时间。