[发明专利]一种基于模锻模具磨损的工艺参数优化方法

说明书

本发明公开了一种基于模锻模具磨损的工艺参数优化方法，属于模锻工艺领域，具体涉及模锻加工的有限元仿真与正交试验设计相结合的工艺参数优化方法。本方法以模锻工艺为例，在Archard磨损模型的基础上，推导出适用于模锻模具磨损的修正模型，并且对模锻模具磨损过程进行基于Deform软件的有限元仿真分析。研究模锻加工过程中模具工作表面的磨损深度与模锻工艺参数之间的关系，利用正交试验设计将不同的工艺参数进行组合分析，通过较少的仿真实验次数得到适用于模锻的工艺参数最优解。利用极差分析法进行实验数据处理，推导出对模具磨损影响程度最大的工艺参数，为模锻工艺中的模具磨损问题提供基于工艺参数方向的优化方法。

技术领域

本发明涉及一种模锻成型过程中的工艺参数设置方法，尤其涉及模锻加工的有限元仿真与正交试验设计相结合的工艺参数优化方法，属于模锻工艺领域。

背景技术

近年来，随着军工产业的不断发展，模锻工艺在航空、汽车、船舶等重工业领域有着越来越重要的地位。模具寿命是影响模锻企业生产成本的重要因素之一，因此提高模具寿命，对模锻企业的经济效益有着非常大的积极影响。由于在模锻生产过程当中，模具需要持续在高温、高压力的恶劣环境下工作，所以模具磨损成为影响模具寿命最主要的因素。而模具磨损量超过工艺要求的临界值之后，模具会因为失效而大幅降低了锻件产品的生产质量，同时还会影响到产品的生产成本。所以如何减小模具磨损成为了模锻生产中的重要难题。

目前，在实际生产中，通过试验的方法对模具磨损深度和模锻工艺参数之间的关系进行研究需要耗费大量的经济成本，所以本方法借助Deform软件对不同工艺参数组合的模锻过程进行有限元仿真分析，通过仿真试验来研究工艺参数对模具磨损的影响。首先根据Archard磨损理论进行推导分析，建立适用于模锻工艺的模具磨损修正模型，再通过该磨损模型预测出对模锻工艺中模具磨损深度影响较大的工艺参数。将这些关键性工艺参数作为因素，分别在下面取不同的4个水平来进行正交试验设计。通过较少的仿真试验次数得到模锻工艺参数设置的最优解。同时利用极差分析法对仿真试验结果进行数据处理，通过比较不同工艺参数下极差值的大小，来获得对模具磨损影响最大的工艺参数。

因此，本发明基于Archard磨损理论，建立了适用于模锻工艺的模具磨损修正模型；对模锻成型过程中关键工艺参数进行正交试验设计，并通过有限元模拟软件进行仿真实验，提出了一种基于模锻模具磨损的工艺参数优化方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于模锻模具磨损和正交试验设计相结合的工艺参数优化方法。通过建立模锻工艺的模具磨损修正模型，分析各项工艺参数对模具磨损的影响程度，提出基于正交试验设计的工艺参数优化方法，从工艺参数的优化设置上来减少模锻成型过程中的模具磨损量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于正交试验设计的工艺参数优化方法，本发明通过Archard磨损理论建立模锻工艺的模具磨损修正模型，并结合有限元模拟软件的仿真实验，用极差分析法研究模锻成型过程中各项工艺参数的对模具磨损的影响程度，最终得到使模具磨损量实现最小化的工艺参数最优解。

如图1所示，本方法具体包括如下步骤：

步骤1：基于Archard磨损理论，建立适用于模锻工艺的模具磨损修正模型；

步骤1.1建立Archard磨损模型；

在Archard磨损模型中，磨损率能表示成如下函数模型：

式中，V是磨损体积，K是磨损系数，P是模具受压，l是模具和坯料之间的切向相对滑移距离，H是模具硬度，v是变形速度，Δt是磨损过程中的接触时间。d是微分符号，表示各个变量的变化率。则dV、dp、dl分别表示为磨损体积、模具受压、滑移距离的变化率。

步骤1.2建立基于模锻工艺的模具磨损修正模型；