基于Kriging模型的球鉸芯軸預(yù)成形多目標(biāo)優(yōu)化.pdf

1、球鉸芯軸是重型車輛平衡懸架推力桿的重要組成部分，在車輛行駛過程中工況復(fù)雜多變，極易出現(xiàn)斷裂失效的情況。同時(shí)，球鉸芯軸也是一種典型的汽車軸類精密鍛件，軸向截面變化大，對(duì)坯料的預(yù)成形具有很高的要求。隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，重型車輛的需求量也是迅猛增加，為保證重型車輛平衡懸架系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，對(duì)球鉸芯軸的成形質(zhì)量、綜合性能提出了更高的要求。而目前，對(duì)于球鉸芯軸的研究內(nèi)容并不多，國內(nèi)的很多鍛造企業(yè)主要還是依據(jù)長期的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來制定球鉸芯軸

2、的鍛造工藝，對(duì)于如何合理地進(jìn)行類似汽車軸類零件的預(yù)成形設(shè)計(jì)還是基于傳統(tǒng)的試錯(cuò)法，容易造成類似鍛件開發(fā)及制造周期過長，材料利用率低下的情況。在數(shù)字化制造成為主流的今天，如何將球鉸芯軸的精鍛成形工藝與預(yù)成形優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)合起來，從而對(duì)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)有更準(zhǔn)確的把握顯得尤為重要。球鉸芯軸鍛造成形工藝過程復(fù)雜，其過程的可操作性、成形質(zhì)量及穩(wěn)定性、材料利用率以及成形載荷、模具應(yīng)力等，都對(duì)球鉸芯軸的生產(chǎn)制造過程影響深遠(yuǎn)，是需要考慮的優(yōu)化目標(biāo)。
　　

3、本文對(duì)國內(nèi)外汽車復(fù)雜軸類零件的成形工藝、精密塑性成形技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡單介紹，并以推力桿球鉸芯軸為例對(duì)其預(yù)成形過程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)預(yù)成形工藝參數(shù)進(jìn)行了多目標(biāo)的優(yōu)化。首先設(shè)計(jì)了球鉸芯軸的精密鍛造成形工藝，選擇卡壓制坯的方法進(jìn)行材料的預(yù)分配。通過數(shù)值模擬，設(shè)計(jì)不同的對(duì)照模擬實(shí)驗(yàn)，研究了卡壓預(yù)成形過程中坯料的尺寸變化規(guī)律，以此為基礎(chǔ)推導(dǎo)出卡壓預(yù)成形的體積分配公式。通過體積分配公式，確定了對(duì)終鍛成形具有影響的工藝參數(shù)，并確定了相關(guān)預(yù)成形工

4、藝參數(shù)的合理范圍值，依此以鍛件的充填率以及材料利用率為目標(biāo)建立了正交試驗(yàn)，通過正交試驗(yàn)的因素指標(biāo)以及正交試驗(yàn)的二階預(yù)測分析確定了影響較小的因素的優(yōu)化值以及影響較大因素的優(yōu)化值所在的范圍。其次，在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過拉丁超立方法選取初始樣本點(diǎn)以終鍛過程最大成形載荷以及模具最大等效應(yīng)力為響應(yīng)進(jìn)行了多組數(shù)值模擬，依次建立了Kriging近似替代模型，并驗(yàn)證了近似模型的精確度。最終，通過遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化與近似模型建立了聯(lián)系，并最終通過迭代運(yùn)

5、算獲得了預(yù)成形工藝參數(shù)的最優(yōu)值。
　　最后，通過生產(chǎn)實(shí)踐，將優(yōu)化工藝參數(shù)與原設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，模擬結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際吻合，且鍛件的成形質(zhì)量等方面有顯著的提高。
　　本文將球鉸芯軸精密鍛造預(yù)成形設(shè)計(jì)、數(shù)值模擬技術(shù)、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與近似替代模型方法、遺傳算法多目標(biāo)優(yōu)化相結(jié)合，達(dá)到了優(yōu)化預(yù)成形設(shè)計(jì)、提高材料利用率、優(yōu)化鍛件成形質(zhì)量等目的。本文研究成果對(duì)球鉸芯軸的實(shí)際鍛造生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義，并為類似鍛件的生產(chǎn)以及相關(guān)的預(yù)成形設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供