【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 )的單獨(dú)調(diào)整。④預(yù)存工作模式，可對(duì)不同工件的工藝過程、工藝參數(shù)預(yù)先存儲(chǔ)和重復(fù)調(diào)用，縮短調(diào)整時(shí)間。⑤對(duì)高速下的換向沖擊可利用軟件來消除，以降低噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 ⑥在安全方面，可利用軟件進(jìn)行故障預(yù)診斷，并自動(dòng)修復(fù)故障和顯示錯(cuò)誤。⑦易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的集散控制，組成柔性生產(chǎn)線以及與上位機(jī)進(jìn)行通信和實(shí)現(xiàn)調(diào)度控制。精鍛機(jī)由手動(dòng)、半自動(dòng)發(fā)展到自動(dòng)控制，70年代又發(fā)展到用計(jì)算機(jī)控制。從工藝組成上與其他設(shè)備的聯(lián)合也有了大幅提高，采用液壓鍛壓機(jī)和精鍛機(jī)聯(lián)合作業(yè)，在高速鋼和鈦合金生產(chǎn)中較為普遍，也有采用大小精鍛機(jī)聯(lián)合作業(yè)的。70年代以來,精鍛工藝又發(fā)展為精鍛軋制工藝，并創(chuàng)造了精鍛軋機(jī)組,它由一臺(tái)多錘頭的連續(xù)式精鍛機(jī)后帶若干架軋機(jī)組成，主要用在合金鋼廠生產(chǎn)小型棒材。 精鍛機(jī)發(fā)展趨勢(shì)(1)高速、高效、低能耗。提高精鍛機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本。 (2)機(jī)電液一體化。充分合理地利用機(jī)械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善。 (3)自動(dòng)化、智能化。 微電子技術(shù)的高速發(fā)展為精鍛機(jī)的自動(dòng)化和智能化提供了充分的條件。自動(dòng)化不僅僅體現(xiàn)在加工，還體現(xiàn)在自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理功能。 (4)液壓元件的集成化，標(biāo)準(zhǔn)化。 集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效地防止了泄露和污染。標(biāo)準(zhǔn)化的元件為機(jī)器的維修帶來方便。 (5)精鍛機(jī)的宜人化。隨著精鍛機(jī)的高速和自動(dòng)化，限制噪聲和震動(dòng)、防止環(huán)境污染、消除人身事故、保證精鍛機(jī)安全可靠地進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)就顯得非常重要了[1516]。3 基于DEFORM的有限元分析 DEFORM簡(jiǎn)介 EFORM的發(fā)展DEFORM是ALPID研發(fā)的一款商品化分析軟件，由SFTC公司推廣應(yīng)用。DEFORM2D ，1998年退出了三維系統(tǒng)DEFORM3D。它是一套基于有限元仿真系統(tǒng)，用于分析金屬成形及其相關(guān)工業(yè)的各種成形工藝和熱處理工藝。通過在計(jì)算機(jī)上模擬整個(gè)加工過程,幫助工程師和設(shè)計(jì)人員:①設(shè)計(jì)工具和產(chǎn)品工藝流程,減少昂貴的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成本。②提高工模具設(shè)計(jì)效率,降低生產(chǎn)和材料成本。③縮短新產(chǎn)品的研究開發(fā)周期。 DEFORM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)DEFORM不同于一般的有限元程序,它是專為金屬成形而設(shè)計(jì)的。它具有非常友好的圖形用戶界面,可幫助用戶很方便地進(jìn)行準(zhǔn)備數(shù)據(jù)和成形分析。這樣,工程師們便可把精力主要集中在工藝分析上,而不是去學(xué)習(xí)煩瑣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。DEFORM專為大變形問題設(shè)計(jì)了一個(gè)全自動(dòng)的、優(yōu)化的網(wǎng)格再劃分系統(tǒng)。DEFORM是一個(gè)高度模塊化、集成化的有限元模擬系統(tǒng),它主要包括前處理器、模擬器、后處理器三大模塊。前處理器處理模具和坯料的材料信息及幾何信息的輸入、成形條件的輸入,建立邊界條件,它還包括有限元網(wǎng)格自動(dòng)生成器。模擬器是集彈性、彈塑性、剛(粘)塑性、熱傳導(dǎo)于一體的有限元求解器。后處理器是將模擬結(jié)果可視化,支持OPGL圖形模式,并輸出用戶所需的模擬數(shù)據(jù)[17]。 DEFORM的功能(1)成形分析：①冷、溫、熱鍛的成形和熱傳導(dǎo)偶合分析,提供材料流動(dòng)、模具充填、成形載荷、模具應(yīng)力、纖維流向、缺陷形成和韌性破裂等信息；②豐富的材料數(shù)據(jù)庫,包括各種鋼、鋁合金、鈦合金等,用戶還可自行輸入材料數(shù)據(jù)；③剛性、彈性和熱粘塑性材料模型,特別適用于大變形成形分析,彈塑性材料模型適用于分析殘余應(yīng)力和回彈問題,燒結(jié)體材料模型適用于分析粉末冶金成形；④完整的成形設(shè)備模型可以分析液壓成形、錘上成形、螺旋壓力成形和機(jī)械壓力成形；⑤溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、損傷及其他場(chǎng)變量等值線的繪制使后處理簡(jiǎn)單明了。(2)熱處理：①模擬正火、退火、淬火、回火、滲碳等工藝過程。②預(yù)測(cè)硬度、晶粒組織成分、扭曲和含碳量；③可以輸入頂端淬火數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)最終產(chǎn)品的硬度分布；④可以分析各種材料晶相,每種晶相都有自己的彈性、塑性、熱和硬度屬性。混合材料的特性取決于熱處理模擬中每步各種金屬的百分比。DEFORM用來分析變形、傳熱、熱處理、相變和擴(kuò)散之間復(fù)雜的相互作用,各種現(xiàn)象之間相互耦合。擁有相應(yīng)的模塊之后這些耦合將包括由于塑性變形引起的升溫、加熱軟化、相變控制溫度、相變內(nèi)能、相變塑性、相變應(yīng)變、應(yīng)力對(duì)相變的影響以及含碳量對(duì)各種材料屬性產(chǎn)生的影響等[18]。 剛塑性有限元法塑性成型一般為大變形問題，此時(shí)材料的彈性變形量相對(duì)于塑性變形量可以忽略不計(jì)，因而可視為剛塑性材料。針對(duì)這種剛塑性材料建立的有限元法就稱為剛塑性有限元法，它是小林史郎（Shiro Kobayshi）和李（）于1973年提出的，二十年來已得到很大的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于分析各種塑性加工問題。人們常采用拉格朗日乘子法、罰有限元法和雜交有限元。 拉格朗日乘子法 它所用的變分原理是基于最小勢(shì)能原理的混合變分原理，將不可壓縮約束條件用乘子 λL 相乘代入勢(shì)能中來修正勢(shì)能。利用修正的勢(shì)能原理可以得出位移與拉氏乘子 λL為基本未知數(shù)的控制方程。其主要特點(diǎn)是同時(shí)以節(jié)點(diǎn)位移和靜水壓力為基本未知量進(jìn)行聯(lián)立求解。盡管混合變分公式的具體形式不同，但最終的離散方程皆有如下形式：其中[K ]，[E ] 為單剛中非零矩陣，上標(biāo)T 表示轉(zhuǎn)置；Δu 為位移增量；Δp 為靜水壓力增量；R為單元等效外力；F 為單元內(nèi)力；I 為不可壓縮修正項(xiàng)。 該方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀，且不必對(duì)零體積膨脹約束進(jìn)行特殊處理；缺點(diǎn)是增加了自由度數(shù)目，即拉氏乘子λL的數(shù)目，λL的出現(xiàn)會(huì)增加最后切向剛度方程的帶寬，使運(yùn)算效率降低，另外導(dǎo)致了離散矩陣的非定性，難用一般方法求解。呂和祥采用了子結(jié)構(gòu)法解決了該問題，但較繁，不易于推廣，范家齊等也對(duì)受內(nèi)壓的橡膠圓柱進(jìn)行了研究。 罰有限元法 將罰函數(shù)的概念引入有限元中，把應(yīng)變能分解成偏應(yīng)力和體應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變的疊加形式，通過選擇適當(dāng)?shù)膽土P函數(shù)，利用罰因子放松不可壓縮的約束條件，最終得到只含位移未知量的離散方程。為了避免數(shù)值上的困難，插值函數(shù)和求單元?jiǎng)偠汝嚨臄?shù)值積分是分開進(jìn)行的。對(duì)剛度矩陣中體變部分用低于其他項(xiàng)積分階段的簡(jiǎn)化積分法，由于是有選擇的不同積分階段，所以也稱選擇積分法。用靜力凝聚法消去壓力自由度，最后只剩下節(jié)點(diǎn)位移為自由度，因而方程階數(shù)未增加，效率高于拉氏乘子法。優(yōu)點(diǎn)是由于乘法函數(shù)的引入，使得剛度矩陣對(duì)角線上的零元素消失，變得對(duì)稱正定，可以通用的解法進(jìn)行求解；缺點(diǎn)是為了確保迭代過程的收斂，要適當(dāng)?shù)倪x擇懲罰因子。 雜交有限元雜交應(yīng)力元由卞學(xué)簧于1964年首次提出，其后雜交元理論不斷發(fā)展，其應(yīng)用對(duì)象從二維，平板發(fā)展到三維和殼體，在橡膠類材料的小變形中得到了應(yīng)用。 雜交應(yīng)力元采用的是基于最小余能原理的Reissner變分原理，以節(jié)點(diǎn)位移和應(yīng)力作為基本未知量，對(duì)于不可壓縮橡膠類材料又引入靜水應(yīng)力作為基本未知量。其應(yīng)力可用單元的應(yīng)力參數(shù)插值來表示：其中[p]是應(yīng)力函數(shù)矩陣，{β}是應(yīng)力參數(shù)列向量，這樣首先對(duì)應(yīng)力進(jìn)行變分，使得應(yīng)力未知量在單元范圍內(nèi)凝聚掉，最后得到的單元?jiǎng)偠确匠?，與混合法（拉氏乘子法）基本相同，但有本質(zhì)區(qū)別。 雜交應(yīng)力元在單元內(nèi)放松了對(duì)位移的約束，使單元有比較適中的剛度，一般能給出比較準(zhǔn)確的位移解，由于直接假定了單元內(nèi)的應(yīng)力模式，沒有求導(dǎo)引起的精度損失，而且可以根據(jù)具體問題選擇最優(yōu)的應(yīng)力模式，使得單元內(nèi)應(yīng)力值及其分布規(guī)律更為合理。特別是在板殼類問題中，避免了單元間難以協(xié)調(diào)的困難[19]。 4 高速鋼精鍛過程建模 Pro/Engineer簡(jiǎn)介Pro/Engineer是世界上最成功的CAD/CAM軟件之一，它是美國PTC公司的產(chǎn)品。該公司1985年成立于波士頓，現(xiàn)已發(fā)展為全球CAD/CAM/CAE領(lǐng)域最具代表性的著名公司，其軟件產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)了MDA(Mechanical Design Automation)軟件的新發(fā)展，所采用的新技術(shù)比其他MDA軟件具有更多優(yōu)越性Pro/Engineer的功能非常強(qiáng)大，為工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供完整的解決方案，廣泛用于造型設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、加工制造、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、有限元分析及關(guān)系庫管理等各個(gè)領(lǐng)域。它的產(chǎn)品功能模塊包括：基本模塊、曲面造型、特征定義、裝配設(shè)計(jì)、組件設(shè)計(jì)、工程制圖、圖表設(shè)計(jì)、電纜制造、模具設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、有限元網(wǎng)格等Pro/Engineer軟件具有強(qiáng)大的實(shí)體造型功能。它完全集成了表面和實(shí)體建模技術(shù)，是一個(gè)領(lǐng)先的造型軟件。Pro/Engineer能完成任何工業(yè)設(shè)計(jì)，而且任何設(shè)計(jì)思想都能得到體現(xiàn)。本課題之所以采用Pro/Engineer來建模是因?yàn)樵谟邢拊浖薪Ｏ鄬?duì)比較困難而Pro/Engineer與其它建模軟件相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：(1)實(shí)體造型。設(shè)計(jì)人員可在計(jì)算機(jī)上直接進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，在屏幕上能夠見到產(chǎn)品的真實(shí)三維模型，這是工程設(shè)計(jì)方法上的一個(gè)重大的突破。產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，更改越頻繁，則采用三維實(shí)體軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)越性越突出。 (2)參數(shù)化設(shè)計(jì)?？墒巩a(chǎn)品的設(shè)計(jì)隨著某些結(jié)構(gòu)尺寸修改和使用環(huán)境的變化而自動(dòng)修改圖形。 (3)特征設(shè)計(jì)。它具有很突出的優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)階段就可以把很多后續(xù)環(huán)節(jié)要使用的有關(guān)信息存放到數(shù)據(jù)庫中。這樣便于實(shí)現(xiàn)并行工程，使得設(shè)計(jì)繪圖、計(jì)算分析、工藝審查等后續(xù)工作都順利的完成。 (4