本發(fā)明涉及一種基于數(shù)值模擬的可變速度控制溫?cái)D壓方法，用于對(duì)金屬產(chǎn)品溫?cái)D壓成形工藝的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)，屬于塑性成形技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
溫?cái)D壓技術(shù)是一種介于冷擠壓和熱擠壓之間的工藝，具有組織性能好、成形精度高、模具壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。在復(fù)雜構(gòu)件恒速溫?cái)D壓工藝應(yīng)用中，由于復(fù)雜過(guò)渡處局部應(yīng)力損傷大，造成充不滿、裂紋等缺陷，若提高變形溫度，則將造成內(nèi)部組織性能的損失，傳統(tǒng)的恒速溫?cái)D壓工藝難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜優(yōu)質(zhì)構(gòu)件的精確控形和控性。針對(duì)上述問(wèn)題，研究人員開(kāi)展了多道次的恒速溫?cái)D壓和后續(xù)熱處理改性等復(fù)合處理工藝研究，強(qiáng)化溫?cái)D壓工藝技術(shù)性分析和質(zhì)量控制，一定程度上規(guī)范了工藝參數(shù)，減少了人機(jī)料法環(huán)等因素對(duì)溫?cái)D壓產(chǎn)品質(zhì)量的影響，但依然存在工藝路線長(zhǎng)、效率低等突出問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種基于數(shù)值模擬的可變速度控制溫?cái)D壓方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案，一種基于數(shù)值模擬的可變速度控制溫?cái)D壓方法，其特征在于：所述基于數(shù)值模擬的可變速度控制溫?cái)D壓過(guò)程分為三個(gè)可控階段，包括溫?cái)D壓初始劇烈變形階段、溫?cái)D壓穩(wěn)定變形階段、溫?cái)D壓變形結(jié)束階段；其具體擠壓步驟如下：(1)以變形位移量、可變速度曲線、溫度為影響因素，設(shè)計(jì)多組溫?cái)D壓數(shù)值模擬正交試驗(yàn)方案；(2)完成數(shù)值模擬前處理建模，輸入變形材料的熱塑性本構(gòu)模型、晶粒尺寸演化模型的參數(shù)，設(shè)置前處理參數(shù)；(3)針對(duì)溫?cái)D壓產(chǎn)品對(duì)象，依次對(duì)每組溫?cái)D壓試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，每組溫?cái)D壓試驗(yàn)?zāi)M結(jié)束后，分析充型效果、損傷、晶粒尺寸、載荷等考核指標(biāo)，并記錄其考核數(shù)據(jù)；(4)以溫?cái)D壓數(shù)值模擬前處理中的變形位移量、可變速度曲線、溫度為影響因素，以溫?cái)D壓數(shù)值模擬后處理中的充型效果、損傷、晶粒尺寸、載荷為考核指標(biāo)，建立考核指標(biāo)與影響因素之間的響應(yīng)面模型，并優(yōu)化出最佳的因素水平組合值；(5)設(shè)定溫?cái)D壓初始劇烈變形階段的位移量、溫?cái)D壓穩(wěn)定變形階段的位移量、溫?cái)D壓變形結(jié)束階段的位移量，將優(yōu)化出來(lái)的可變速度曲線輸入到伺服壓力機(jī)控制系統(tǒng)，將坯料加熱到預(yù)期的最優(yōu)溫度范圍，進(jìn)行溫?cái)D壓成形試驗(yàn)驗(yàn)證。所述溫?cái)D壓變形位移量，是指凸模與坯料接觸開(kāi)始，到溫?cái)D壓變形結(jié)束，凸模的運(yùn)動(dòng)行程；可變速度曲線，指在溫?cái)D壓過(guò)程中，分別設(shè)定溫?cái)D壓初始劇烈變形階段的速度曲線、溫?cái)D壓穩(wěn)定變形階段的速度曲線、溫?cái)D壓變形結(jié)束階段的的速度曲線；溫?cái)D壓溫度，是以變形材料的再結(jié)晶溫度為上限，避開(kāi)材料的熱脆等影響溫區(qū)，從室溫到再結(jié)晶溫度之間的少無(wú)缺陷的溫度范圍。所述溫?cái)D壓數(shù)值模擬正交試驗(yàn)的因素主要包括溫?cái)D壓初始劇烈變形階段的速度函數(shù)曲線v1、變形溫度T，溫?cái)D壓穩(wěn)定變形階段的位移比率r2、速度函數(shù)曲線v2，溫?cái)D壓變形結(jié)束階段的位移比率r3、速度函數(shù)曲線v3；考核指標(biāo)主要包括：充型效果yE、損傷yD、晶粒尺寸yG、載荷yF。所述建立考核指標(biāo)與影響因素之間的響應(yīng)面模型，具體過(guò)程為：(1)考核指標(biāo)的質(zhì)量特征數(shù)據(jù)的信噪比轉(zhuǎn)化：將信噪比作為衡量質(zhì)量的重要尺度，信噪比越大，表明質(zhì)量對(duì)噪聲因子的敏感性越小，造成的質(zhì)量損失越??；本發(fā)明方法中的考核指標(biāo)主要包括充型效果指標(biāo)yE為望大特性、損傷指標(biāo)yD為望小特性、晶粒尺寸指標(biāo)yG為望小特性、載荷指標(biāo)yF為望小特性；假設(shè)溫?cái)D壓正交試驗(yàn)有N組方案、k個(gè)考核指標(biāo)，將第i個(gè)考核指標(biāo)在第j組試驗(yàn)中形成的第n組質(zhì)量特征數(shù)據(jù)記為yij(n)，將n組質(zhì)量特征數(shù)據(jù)的信噪比記為ηij，其中1≤i≤k，1≤j≤N，1≤w≤n，則：若yij為望小特性，其信噪比ηij為：若yij為望大特性，其信噪比ηij為：若yij為望目特性，假設(shè)其望目特性為m，則其改進(jìn)的信噪比ηij為：(2)計(jì)算綜合質(zhì)量損失：分別計(jì)算充型效果指標(biāo)yE、損傷指標(biāo)yD、晶粒尺寸指標(biāo)yG、載荷指標(biāo)yF的基于信噪比的標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量損失，然后采用目標(biāo)加權(quán)求和法將多指標(biāo)響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量損失轉(zhuǎn)化為單響應(yīng)指標(biāo)的綜合質(zhì)量損失；式中：yij——第i個(gè)考核指標(biāo)在第j組試驗(yàn)中的標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量損失，0≤yij≤1；——第i個(gè)考核指標(biāo)在其所有試驗(yàn)中的最大質(zhì)量損失；Q——質(zhì)量損失系數(shù)；ηij——信噪比；yj——第j組試驗(yàn)中的綜合質(zhì)量損失；αi——權(quán)重系數(shù)，反映第i個(gè)考核指標(biāo)對(duì)穩(wěn)健性的要求程度，αi∈[0，1]，且∑αi＝1；(3)建立二階響應(yīng)面模型：分別將N組溫?cái)D壓數(shù)值模擬試驗(yàn)中的綜合質(zhì)量損失作為響應(yīng)值y，顯著影響因素作為自變量x，建立綜合質(zhì)量損失y與顯著影響因素x之間的二階響應(yīng)面模型，采用數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)求解最優(yōu)的參數(shù)組合值；其模型如下：本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)恒速溫?cái)D壓技術(shù)的質(zhì)量損傷和工藝效率難以調(diào)控的問(wèn)題，根據(jù)溫?cái)D壓過(guò)程中初始變形階段速度大、后續(xù)變形階段速度低的速度特性，溫?cái)D壓初始變形階段力能顯著增大、穩(wěn)定變形階段力能趨于平緩、結(jié)束階段力能開(kāi)始增大的力能特性，提出了一種基于數(shù)值模擬的可變速度控制溫?cái)D壓方法，此方法可以明顯提高溫?cái)D壓產(chǎn)品的質(zhì)量，提升工藝效率，縮短工藝路線，可用于溫?cái)D壓成形新工藝開(kāi)發(fā)，可用于汽車、摩托車、特種裝備等溫?cái)D壓產(chǎn)品制造領(lǐng)域，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的筒體擠壓件的結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1至圖2所示，一種基于數(shù)值模擬的可變速度控制溫?cái)D壓方法，所述溫?cái)D壓過(guò)程分為三個(gè)可控階段，包括溫?cái)D壓初始劇烈變形階段、溫?cái)D壓穩(wěn)定變形階段、溫?cái)D壓變形結(jié)束階段；其具體擠壓步驟如下：(1)以變形位移量、可變速度曲線、溫度為影響因素，設(shè)計(jì)多組溫?cái)D壓數(shù)值模擬正交試驗(yàn)方案；(2)完成數(shù)值模擬前處理建模，輸入變形材料的熱塑性本構(gòu)模型、晶粒尺寸演化模型的參數(shù)，設(shè)置前處理參數(shù)；(3)針對(duì)溫?cái)D壓產(chǎn)品對(duì)象，依次對(duì)每組溫?cái)D壓試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，每組溫?cái)D壓試驗(yàn)?zāi)M結(jié)束后，分析充型效果、損傷、晶粒尺寸、載荷等考核指標(biāo)，并記錄其考核數(shù)據(jù)；(4)以溫?cái)D壓數(shù)值模擬前處理中的變形位移量、可變速度曲線、溫度為影響因素，以溫?cái)D壓數(shù)值模擬后處理中的充型效果、損傷、晶粒尺寸、載荷為考核指標(biāo)，建立考核指標(biāo)與影響因素之間的響應(yīng)面模型，并優(yōu)化出最佳的因素水平組合值；(5)設(shè)定溫?cái)D壓初始劇烈變形階段的位移量、溫?cái)D壓穩(wěn)定變形階段的位移量、溫?cái)D壓變形結(jié)束階段的位移量，將優(yōu)化出來(lái)的可變速度曲線輸入到伺服壓力機(jī)控制系統(tǒng)，將坯料加熱到預(yù)期的最優(yōu)溫度范圍，進(jìn)行溫?cái)D壓成形試驗(yàn)驗(yàn)證。所述溫?cái)D壓變形位移量，是指凸模與坯料接觸開(kāi)始，到溫?cái)D壓變形結(jié)束，凸模的運(yùn)動(dòng)行程；可變速度曲線，指在溫?cái)D壓過(guò)程中，分別設(shè)定溫?cái)D壓初始劇烈變形階段的速度曲線、溫?cái)D壓穩(wěn)定變形階段的速度曲線、溫?cái)D壓變形結(jié)束階段的的速度曲線；溫?cái)D壓溫度，是以變形材料的再結(jié)晶溫度為上限，避開(kāi)材料的熱脆等影響溫區(qū)，從室溫到再結(jié)晶溫度之間的少無(wú)缺陷的溫度范圍。所述溫?cái)D壓數(shù)值模擬正交試驗(yàn)的因素主要包括溫?cái)D壓初始劇烈變形階段的速度函數(shù)曲線v1、變形溫度T，溫?cái)D壓穩(wěn)定變形階段的位移比率r2、速度函數(shù)曲線v2，溫?cái)D壓變形結(jié)束階段的位移比率r3、速度函數(shù)曲線v3；考核指標(biāo)主要包括：充型效果yE、損傷yD、晶粒尺寸yG、載荷yF。所述建立考核指標(biāo)與影響因素之間的響應(yīng)面模型，具體過(guò)程為：(1)考核指標(biāo)的質(zhì)量特征數(shù)據(jù)的信噪比轉(zhuǎn)化：將信噪比作為衡量質(zhì)量的重要尺度，信噪比越大，表明質(zhì)量對(duì)噪聲因子的敏感性越小，造成的質(zhì)量損失越??；本發(fā)明方法中的考核指標(biāo)主要包括充型效果指標(biāo)yE為望大特性、損傷指標(biāo)yD為望小特性、晶粒尺寸指標(biāo)yG為望小特性、載荷指標(biāo)yF為望小特性；假設(shè)溫?cái)D壓正交試驗(yàn)有N組方案、k個(gè)考核指標(biāo)，將第i個(gè)考核指標(biāo)在第j組試驗(yàn)中形成的第n組質(zhì)量特征數(shù)據(jù)記為yij(n)，將n組質(zhì)量特征數(shù)據(jù)的信噪比記為ηij，其中1≤i≤k，1≤j≤N，1≤w≤n，則：若yij為望小特性，其信噪比ηij為：若yij為望大特性，其信噪比ηij為：若yij為望目特性，假設(shè)其望目特性為m，則其改進(jìn)的信噪比ηij為：(2)計(jì)算綜合質(zhì)量損失：分別計(jì)算充型效果指標(biāo)yE、損傷指標(biāo)yD、晶粒尺寸指標(biāo)yG、載荷指標(biāo)yF的基于信噪比的標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量損失，然后采用目標(biāo)加權(quán)求和法將多指標(biāo)響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量損失轉(zhuǎn)化為單響應(yīng)指標(biāo)的綜合質(zhì)量損失；式中：yij——第i個(gè)考核指標(biāo)在第j組試驗(yàn)中的標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量損失，0≤yij≤1；——第i個(gè)考核指標(biāo)在其所有試驗(yàn)中的最大質(zhì)量損失；Q——質(zhì)量損失系數(shù)；ηij——信噪比；yj——第j組試驗(yàn)中的綜合質(zhì)量損失；αi——權(quán)重系數(shù)，反映第i個(gè)考核指標(biāo)對(duì)穩(wěn)健性的要求程度，αi∈[0，1]，且∑αi＝1；(3)建立二階響應(yīng)面模型：分別將N組溫?cái)D壓數(shù)值模擬試驗(yàn)中的綜合質(zhì)量損失作為響應(yīng)值y，顯著影響因素作為自變量x，建立綜合質(zhì)量損失y與顯著影響因素x之間的二階響應(yīng)面模型，采用數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)求解最優(yōu)的參數(shù)組合值；其模型如下：實(shí)施例：本發(fā)明實(shí)施例選用筒體產(chǎn)品進(jìn)行溫?cái)D壓數(shù)值模擬試驗(yàn)考核，筒體材料選用30CrMnMoTi。以溫?cái)D壓初始劇烈變形階段的速度函數(shù)曲線v1、變形溫度T，溫?cái)D壓穩(wěn)定變形階段的位移比率r2、速度函數(shù)曲線v2，溫?cái)D壓變形結(jié)束階段的位移比率r3、速度函數(shù)曲線v3為影響因素；以充型效果yE、損傷yD、晶粒尺寸yG、載荷yF為考核指標(biāo)，設(shè)計(jì)L8(27)正交試驗(yàn)方案。如下表1所示：表1溫?cái)D壓數(shù)值模擬L8(27)正交試驗(yàn)方案數(shù)值模擬前處理時(shí)導(dǎo)入模具、坯料的三維幾何模型，輸入材料的熱塑性本構(gòu)模型、晶粒尺寸演化模型，設(shè)置模具預(yù)熱溫度，增加接觸傳熱面，完成前處理建模及參數(shù)設(shè)置。充型效果的評(píng)判方法如表2。數(shù)值模擬結(jié)束后，記錄每組試驗(yàn)的充型效果yE、損傷yD、晶粒尺寸yG、載荷yF等考核指標(biāo)數(shù)據(jù)如表3所示，對(duì)考核指標(biāo)分別賦予權(quán)重0.3、0.3、0.2、0.2，進(jìn)行信噪比、標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量損失、綜合質(zhì)量損失計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果如表4所示。損傷yD、晶粒尺寸yG、載荷yF其信噪比充型效果yE其信噪比標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量損失綜合質(zhì)量損失表2充型效果質(zhì)量等級(jí)質(zhì)量等級(jí)5級(jí)4級(jí)3級(jí)2級(jí)1級(jí)充型效果無(wú)缺陷有輕微缺陷有較低缺陷有中等缺陷有嚴(yán)重缺陷表3考核指標(biāo)的記錄數(shù)據(jù)試驗(yàn)號(hào)x1x2x3x4x5x6空列y1y2y3y41608500.5400.220(1)50.7421.46.212608500.5200.110(2)50.5623.15.863608000.7400.210(2)51.1518.56.824608000.7200.120(1)51.0719.26.585408500.7400.120(2)50.6822.66.036408500.7200.210(1)40.5223.45.697408000.5400.110(1)51.0920.16.618408000.5200.220(2)40.9620.46.37表4考核指標(biāo)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化計(jì)算建立綜合質(zhì)量損失y與影響因素x1～x6的二階響應(yīng)面模型，優(yōu)化出二階響應(yīng)面模型的最佳參數(shù)。同時(shí)，定義影響因素x1～x6的參數(shù)求解區(qū)域，應(yīng)用優(yōu)化出來(lái)的二階響應(yīng)面模型求解出最佳的因素水平組合值如表5。表5響應(yīng)面模型及其參數(shù)水平最優(yōu)解將優(yōu)化出來(lái)的溫?cái)D壓初始劇烈變形階段的速度v1＝53.2mm/s、變形溫度T＝825℃，溫?cái)D壓穩(wěn)定變形階段的位移比率F2＝0.61、速度v2＝39.8mm/s，溫?cái)D壓變形結(jié)束階段的位移比率F3＝0.15、速度v3＝8.8mm/s參數(shù)代入數(shù)值模擬軟件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證表明：筒體產(chǎn)品的綜合質(zhì)量好，因此可以將數(shù)值模擬優(yōu)化出來(lái)參數(shù)用于筒體實(shí)際溫?cái)D壓成形試驗(yàn)考核。本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)恒速溫?cái)D壓技術(shù)的質(zhì)量損傷和工藝效率難以調(diào)控的問(wèn)題，根據(jù)溫?cái)D壓過(guò)程中初始變形階段速度大、后續(xù)變形階段速度低的速度特性，溫?cái)D壓初始變形階段力能顯著增大、穩(wěn)定變形階段力能趨于平緩、結(jié)束階段力能開(kāi)始增大的力能特性，提出了一種基于數(shù)值模擬的可變速度控制溫?cái)D壓方法，此方法可以明顯提高溫?cái)D壓產(chǎn)品的質(zhì)量，提升工藝效率，縮短工藝路線，可用于溫?cái)D壓成形新工藝開(kāi)發(fā)，可用于汽車、摩托車、特種裝備等溫?cái)D壓產(chǎn)品制造領(lǐng)域，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。