基于預成形-形狀設計的模具等徑磨損優(yōu)化研究.pdf

1、模具的壽命是直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、加工效率和成本的重要因素之一。模具的磨損是模具與工件的接觸造成的，由磨損導致的模具失效難以控制。在金屬塑性成形過程中，模具形狀直接限制了金屬的流動情況，也直接影響了模具表面的磨損情況。對預成形形狀/模具形狀進行優(yōu)化設計便成為控制產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)生產(chǎn)要求的必需且重要的方面。
　　 基于以上分析，本文在構建Archard磨損模型的基礎上，使用有限元模擬軟件對成形過程時模具的磨損情況進行研究分析。針對模具局

2、部磨損過大、使用壽命低的情況，構建了等徑磨損數(shù)學優(yōu)化模型。本文以高工字型鍛件鍛造成形和鋁棒材拉拔成形為例，分別對高工字型鍛件的預成形形狀和鋁棒材拉拔模的模具壓縮區(qū)形狀設計了直線型、弧線型和四次曲線型。以等徑磨損為目標函數(shù)，分別以設計的直線型的角度、弧線型的半徑和四次曲線型拐點位置為設計變量，對三種預成形/模具形狀進行優(yōu)化設計。把有限元數(shù)值模擬得到的試驗數(shù)據(jù)樣本通過Istopt軟件進行曲線擬合，得到了設計變量和目標函數(shù)的影響函數(shù)關系，并給

3、出了數(shù)學表達式。通過優(yōu)化計算出最優(yōu)值，得到能夠?qū)崿F(xiàn)等徑磨損的最佳模具形狀。結(jié)果顯示，基于三種最優(yōu)預成形/模具形狀設計的模具表面的最大磨損深度相比優(yōu)化前模具的最大磨損深度都有較大程度的降低。通過三種設計形狀優(yōu)化后模腔的磨損曲線對比，可以看出四次曲線型預成形/模具形狀設計的模具表面磨損最小且磨損分布均衡。
　　 本文構建了拉拔力、等徑磨損的單目標函數(shù)及基于拉拔力和等徑磨損的多目標函數(shù)，設計變量為表示模具形狀的Nurbs曲線的型值點坐