[发明专利]一种基于数值模拟的可变速度控制温挤压方法

摘要

本发明公开了一种基于数值模拟的可变速度控制温挤压方法，其关键在于所述温挤压过程分为温挤压初始剧烈变形阶段、温挤压稳定变形阶段、温挤压变形结束阶段；其具体挤压步骤包括设计正交试验方案，完成前处理建模，进行数值模拟，分析并记录考核指标，建立响应面模型，进行温挤压成形试验验证。本发明针对传统恒速温挤压技术的质量损伤和工艺效率难以调控的问题，根据温挤压过程中不同阶段的速度特性和力能特性，提出了一种基于数值模拟的可变速度控制温挤压方法，此方法可以明显提高温挤压产品的质量，提升工艺效率，缩短工艺路线，可用于温挤压成形新工艺开发，可用于汽车、摩托车、特种装备等温挤压产品制造领域，具有很强的实用价值。

主权项

一种基于数值模拟的可变速度控制温挤压方法，其特征在于：所述基于数值模拟的可变速度控制温挤压过程分为三个可控阶段，包括温挤压初始剧烈变形阶段、温挤压稳定变形阶段、温挤压变形结束阶段；其具体挤压方法如下：(1)以温挤压变形位移量、可变速度曲线、温挤压温度为影响因素，设计多组温挤压数值模拟正交试验方案；(2)完成数值模拟前处理建模，输入变形材料的热塑性本构模型、晶粒尺寸演化模型的参数，设置前处理参数；(3)针对温挤压产品对象，依次对每组温挤压试验进行数值模拟，每组温挤压试验模拟结束后，分析充型效果、损伤、晶粒尺寸、载荷这些考核指标，并记录其考核数据；(4)以温挤压数值模拟前处理中的变形位移量、可变速度曲线、温度为影响因素，以温挤压数值模拟后处理中的充型效果、损伤、晶粒尺寸、载荷为考核指标，建立考核指标与影响因素之间的响应面模型，并优化出最佳的因素水平组合值；(5)设定温挤压初始剧烈变形阶段的位移量、温挤压稳定变形阶段的位移量、温挤压变形结束阶段的位移量，将优化出来的可变速度曲线输入到伺服压力机控制系统，将坯料加热到预期的最优温度范围，进行温挤压成形试验验证；所述温挤压变形位移量，是指凸模与坯料接触开始，到温挤压变形结束，凸模的运动行程；可变速度曲线，指在温挤压过程中，分别设定温挤压初始剧烈变形阶段的速度曲线、温挤压稳定变形阶段的速度曲线、温挤压变形结束阶段的速度曲线；温挤压温度，是以变形材料的再结晶温度为上限，避开材料的热脆影响温区，从室温到再结晶温度之间的少无缺陷的温度范围；所述温挤压数值模拟正交试验的因素主要包括温挤压初始剧烈变形阶段的速度函数曲线v1、变形温度T，温挤压稳定变形阶段的位移比率r2、速度函数曲线v2，温挤压变形结束阶段的位移比率r3、速度函数曲线v3；考核指标主要包括：充型效果yE、损伤yD、晶粒尺寸yG、载荷yF；所述建立考核指标与影响因素之间的响应面模型，具体过程为：(1)考核指标的质量特征数据的信噪比转化：将信噪比作为衡量质量的重要尺度，信噪比越大，表明质量对噪声因子的敏感性越小，造成的质量损失越小；本发明方法中的考核指标主要包括充型效果指标yE为望大特性、损伤指标yD为望小特性、晶粒尺寸指标yG为望小特性、载荷指标yF为望小特性；假设温挤压正交试验有N组方案、k个考核指标，将第i个考核指标在第j组试验中形成的第n组质量特征数据记为yij(n)，将n组质量特征数据的信噪比记为ηij，其中1≤i≤k，1≤j≤N，1≤w≤n，则：若yij为望小特性，其信噪比ηij为：若yij为望大特性，其信噪比ηij为：若yij为望目特性，假设其望目特性为m，则其改进的信噪比ηij为：(2)计算综合质量损失：分别计算充型效果yE、损伤yD、晶粒尺寸yG、载荷yF的基于信噪比的标准化质量损失，然后采用目标加权求和法将多指标响应的标准质量损失转化为单响应指标的综合质量损失；yij=LijLi*=Q10-ηij10max(Q10-ηi10)yj=Σi=1kαiyij;]]>式中：yij——第i个考核指标在第j组试验中的标准化质量损失，0≤yij≤1；——第i个考核指标在其所有试验中的最大质量损失；Q——质量损失系数；yj——第j组试验中的综合质量损失；αi——权重系数，反映第i个考核指标对稳健性的要求程度，αi∈[0，1]，且∑αi＝1；ηij——信噪比，ηij代表第i列第j行的信噪比，ηi表示在i列数据中随意某一行的值；Lij代表第i个考核指标在第j组试验中的质量损失；(3)建立二阶响应面模型：分别将N组温挤压数值模拟试验中的综合质量损失作为响应值y，显著影响因素作为自变量x，建立综合质量损失y与显著影响因素x之间的二阶响应面模型，采用数学规划技术求解最优的参数组合值；其模型如下：miny(x)=b0+Σi=1nbixi+Σi=1nbiixi2+Σi<jnbijxixj]]>s.t.ti1≤xi≤ti2i=1,2,...,n.]]>