【正文】 n 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(kù)管理等各個(gè)領(lǐng)域。特別是在板殼類問(wèn)題中，避免了單元間難以協(xié)調(diào)的困難[19]。其應(yīng)力可用單元的應(yīng)力參數(shù)插值來(lái)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。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。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(kāi)進(jìn)行的。呂和祥采用了子結(jié)構(gòu)法解決了該問(wèn)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。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)。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。人們常采用拉格朗日乘子法、罰有限元法和雜交有限元。 剛塑性有限元法塑性成型一般為大變形問(wèn)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。DEFORM用來(lái)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。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(lái)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。 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(kù),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(wèn)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。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。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。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。②提高工模具設(shè)計(jì)效率,降低生產(chǎn)和材料成本。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。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。 (5)精鍛機(jī)的宜人化。 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。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。 (3)自動(dòng)化、智能化。 (2)機(jī)電液一體化。 精鍛機(jī)發(fā)展趨勢(shì)(1)高速、高效、低能耗。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。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。⑤對(duì)高速下的換向沖擊可利用軟件來(lái)消除，以降低噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。③可順利實(shí)現(xiàn)對(duì)工作參數(shù)(壓力、速度、行程等)的單獨(dú)調(diào)整。②控制精度高?？删幊炭刂破骶哂休^高的穩(wěn)定性和靈活性，但在功能方面與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比有一定的差異(3)工業(yè)控制機(jī)控制方式是在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展成熟的基礎(chǔ)上采用的一種高技含量的控制方式。早期的可編程控制器在功能上只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯控制，后來(lái)開(kāi)始采用微電子處理器作為可編程控制器的中央處理單元(CPU)，從而擴(kuò)大了控制器的功能，使其不僅可以進(jìn)行邏輯控制，而且還可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。目前已被廣泛地用于各種生產(chǎn)機(jī)械及自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程種。近幾年多進(jìn)行了技術(shù)改造和升級(jí)。繼電器控制方式適用于單機(jī)工作、加工產(chǎn)品精度要求不高的大批量生產(chǎn)，也可組成簡(jiǎn)單的生產(chǎn)線，但由于電路的限制，穩(wěn)定性、柔性差。但總的發(fā)展趨勢(shì)是高速化、智能化[14]。按照控制系統(tǒng)精鍛機(jī)可分為三種類型：一種是以繼電器為主控單元的傳統(tǒng)型精鍛機(jī)；一種是采用可編程控制器控制的精鍛機(jī)；第三種是應(yīng)用高級(jí)微處理(或工業(yè)控制計(jì)算機(jī))的高性能精鍛機(jī)。河北冶金科技公司2004年引進(jìn)的SX55型即為SX類型。此外，德國(guó)Eumuco公司生產(chǎn)精鍛機(jī)，以液壓傳動(dòng)為主，如SMX18型，最大打擊力2697 kN，打擊次數(shù)180320次/min[13]。 奧地利GFM是世界知名的徑向鍛機(jī)生產(chǎn)公司，可生產(chǎn)3種類型的精鍛機(jī)：(1)機(jī)械傳動(dòng)的SX型：(2)液壓傳動(dòng)的PX型；(3)連續(xù)式SD型。但也有不足之處，因?yàn)殄懺鞎r(shí)，工件表面變形大于中心部位變形，如果鍛比控制不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)心部鍛不透的現(xiàn)象。用不同型號(hào)的精鍛機(jī)分別將鋼錠或鋼坯鍛成圓形、方形、矩形截面的棒材或鍛成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸、實(shí)心軸和空心階梯軸、錐度軸、厚壁管、炮管等。減少了后續(xù)工序的加工余量。在一次加熱中坯料總變形率的增加，也就提高了生產(chǎn)率和成材率。精鍛機(jī)每分鐘錘擊次數(shù)比快鍛液壓機(jī)高一倍，由于錘擊次數(shù)高，坯料形變產(chǎn)生的熱量可抵償坯料散失到環(huán)境中的熱量，因此加工過(guò)程中溫度變化較小。徑向鍛造的特點(diǎn)是不需要專用模具，能按預(yù)定程序鍛出精密的軸類零件。加工實(shí)心或空心長(zhǎng)軸類零件鍛造時(shí)，分布在棒料圓周方向的錘頭(2～8個(gè))對(duì)工件快速和同步鍛打。內(nèi)徑177。 mm，內(nèi)徑177。這類機(jī)器多用程序控制、數(shù)字控制或微處理控制系統(tǒng)自動(dòng)操作，生產(chǎn)效率高，用以建立熱鍛火車軸等自動(dòng)生產(chǎn)線和冷鍛槍管來(lái)復(fù)線等。錘頭有兩種運(yùn)動(dòng)：(1)由電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)偏心軸帶動(dòng)連桿使錘頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行鍛打；(2)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過(guò)偏心套調(diào)節(jié)連桿的位置，改變錘頭的開(kāi)口尺寸，以獲得不同的鍛壓尺寸。 本課題研究?jī)?nèi)容綜上所述，本文的研究以精鍛機(jī)結(jié)構(gòu)與高速鋼生產(chǎn)工藝相結(jié)合，主要通過(guò)DOFORM軟件對(duì)H13高速鋼鍛造過(guò)程變形的有限元仿真分析，得到坯料在鍛造變形中的應(yīng)力、應(yīng)變分布，來(lái)分析棒料芯部的變形，進(jìn)而分析該鍛造工藝是否能將坯料鍛透。利用計(jì)算機(jī)，一方面可以在設(shè)備制造前或者在高速鋼生產(chǎn)之前模擬鍛造過(guò)程的變形和力能參數(shù)，從而優(yōu)化設(shè)備設(shè)計(jì)或工藝參數(shù)，以代替物理模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)鍛造，減小物理模擬實(shí)驗(yàn)的經(jīng)費(fèi)投入和現(xiàn)場(chǎng)鍛造的損失。對(duì)一些新產(chǎn)品的方案進(jìn)行驗(yàn)證等，廣泛應(yīng)用于航天、冶金、通信、建筑、化工等各個(gè)工程領(lǐng)域，在實(shí)際應(yīng)用中取得顯著效果。由于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)能夠非常方便地將世紀(jì)工程提供的模型進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)分析，例如:分析研究材料加工過(guò)程的各種力能參數(shù)，為選擇最佳加工方法而改變工藝參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，仿真技術(shù)包括物理仿真和模型仿真。對(duì)于這類問(wèn)題其解決辦法通常有:一是引入簡(jiǎn)化假設(shè)，將方程和邊界條件簡(jiǎn)化為能夠處理的問(wèn)題，得到其在簡(jiǎn)化狀態(tài)下的解，這種方法在某些情況下是可行的，但簡(jiǎn)化過(guò)多又可能導(dǎo)致不正確的甚至是錯(cuò)誤的解。但只有方程比較簡(jiǎn)單、幾何邊界想到規(guī)則的少數(shù)問(wèn)題能用解析分法求出精確的解析解。 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù) 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)不僅是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)十分重要而又廣闊的領(lǐng)域，而且也是迅速發(fā)展的一門綜合性很強(qiáng)的新興科學(xué)，是工程分析、研究和設(shè)計(jì)的重要工具。淬火后因內(nèi)部組織還保留一部分(約30%)殘余奧氏體沒(méi)有轉(zhuǎn)變成馬氏體，影響了高速鋼的性能。先在800～850℃預(yù)熱(以免引起大的熱應(yīng)力)，然后迅速加 熱到淬火溫度1190～1290℃（不同牌號(hào)實(shí)際使用時(shí)溫度有區(qū)別），后油冷或空冷或充氣體冷卻。退火溫度一般為860～880℃。 高速鋼熱處理高速鋼的熱處理工藝較為復(fù)雜，必須經(jīng)過(guò)退火、淬火、回火等一系列過(guò)程。高速鋼鍛后從高溫空冷也會(huì)轉(zhuǎn)變馬氏體組織，組織應(yīng)力大而塑性低，很易開(kāi)裂。這樣的結(jié)果是自由鍛無(wú)法做到的。例如將430mm～430mm的鋼錠鍛到直徑140的圓棒，至少需6火次，而且還需要開(kāi)中間坯。如果加熱溫度過(guò)高，容易造成鋼錠偏析區(qū)大量的低熔點(diǎn)碳化物產(chǎn)生過(guò)熱和過(guò)燒現(xiàn)象；若終鍛溫度過(guò)低，則表面塑性變差，容易產(chǎn)生表面開(kāi)裂現(xiàn)象[9]。正因?yàn)閺较蝈懺齑嬖跍厣默F(xiàn)象，始鍛溫度與終鍛溫度差很小。12圖 自由鍛（1 錘頭 2 坯料）圖 徑向鍛造（1坯料 2錘頭） 徑向鍛造變形技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已由最初的機(jī)械式發(fā)展到現(xiàn)在的液壓式，錘頭的打擊頻次已達(dá)到240次/min，打擊次數(shù)大大超過(guò)了自由鍛造（快鍛機(jī)打擊次數(shù)僅為80次/min左右），打擊頻次的