基于Kriging模型的球鉸芯軸預成形多目標優(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雜多變，極易出現(xiàn)斷裂失效的情況。同時，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，對坯料的預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)實踐經(jīng)驗來制定球鉸芯軸

2、的鍛造工藝，對于如何合理地進行類似汽車軸類零件的預成形設(shè)計還是基于傳統(tǒng)的試錯法，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成形優(yōu)化設(shè)計結(jié)合起來，從而對制造的各個環(huán)節(jié)有更準確的把握顯得尤為重要。球鉸芯軸鍛造成形工藝過程復雜，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，都對球鉸芯軸的生產(chǎn)制造過程影響深遠，是需要考慮的優(yōu)化目標。
　　

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

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建立了正交試驗，通過正交試驗的因素指標以及正交試驗的二階預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，在正交試驗的基礎(chǔ)上通過拉丁超立方法選取初始樣本點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)進行了多組數(shù)值模擬，依次建立了Kriging近似替代模型，并驗證了近似模型的精確度。最終，通過遺傳算法的多目標優(yōu)化與近似模型建立了聯(lián)系，并最終通過迭代運

5、算獲得了預成形工藝參數(shù)的最優(yōu)值。
　　最后，通過生產(chǎn)實踐，將優(yōu)化工藝參數(shù)與原設(shè)計參數(shù)進行了對比，模擬結(jié)果與生產(chǎn)實際吻合，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成形設(shè)計、數(shù)值模擬技術(shù)、正交試驗設(shè)計與近似替代模型方法、遺傳算法多目標優(yōu)化相結(jié)合，達到了優(yōu)化預成形設(shè)計、提高材料利用率、優(yōu)化鍛件成形質(zhì)量等目的。本文研究成果對球鉸芯軸的實際鍛造生產(chǎn)具有指導意義，并為類似鍛件的生產(chǎn)以及相關(guān)的預成形設(shè)計與優(yōu)化提供