材料热加工工艺模拟的研究现状

1开展热加工工艺模拟研究的重大意义
(1)使热加工由定性→定量；“技艺”→“科学”
*热加工兼有成形、改性两个功能
*高温、动态、瞬时，难于观察、测试
*多因素、强耦合、非线性、非稳态，难以用理论定量
*模拟过程，预测结果，优化设计
(2)具有重要应用背景及重大效益
*力保关键大件一次制造成功
*力保大批生产毛坯件一次试模成功修改模具→修改图纸→修改构思
*快速改进并优化工艺设计，适应柔性生产
(3)快速、拟实、分布式设计制造的技术基础
(4)多学科交叉，开拓新兴工程技术学科
2热加工工艺模拟的研究历程
*1962年，开始于铸造过程(丹麦)
*60年代末期，美国NSF资助铸造项目
*70年代，工业发达国家相继开展
*铸造→锻压、注塑、焊接、热处理
*1981年开始，每两年召开一届国际会议(铸造+焊接)，锻压、热处理亦定期召开国际会议
*热加工各专业最热门的研究热点及技术前沿
3热加工工艺模拟的技术发展趋势
3.1宏观→中观→微观
宏观(m)：形状、尺寸、轮廓、宏观缺陷
微观：(μm)：组织、性能、微观缺陷
3.2单一分散→耦合集成
(1)多种物理场耦合
*流场?温度场
*温度场?应力/应变场
*应力/应变场?位移场
*温度场?组织场
*应力/应变场?组织场
(2)铸、锻、焊、热多专业集成
3.3共性、通用→特性、专用
*特种热加工工艺
*缺陷机理及消除
3.4重视提高模拟精度和速度的基础性研究
*基础理论及缺陷形成机理与判据
*新数理模型
*新算法
*前后处理
*精确的基础数据
3.5重视物理模拟及精确测试技术
(1)应用高新技术，设计新型物理模拟方法
*CCD摄像过程连续观察乙二烃结晶过程
*冲压件表面大应变量的激光测量系统
(2)数值模拟与物理模拟(含实验验证)之间的关系
*合理确定两者的应用比例：模锻80%；管件液压成形50%；切削30%
*扬长避短，发挥两者的不同特长
*高度重视基础数据的测试技术热物性、高温力性、几何、本构、接触、摩擦、界面间隙、气体析出、结晶潜热等
3.6在并行环境下，与生产系统其它技术集成
(1)与产品、模具CAD/CAE/CAM系统集成
(2)与零件自动化加工系统集成
(3)与零件的安全可靠性能评估集成
3.7以商业软件为基础，改进研究与普及应用相结合
(1)已形成一批热加工工艺模拟商业软件
*铸造：MAGMA、PROCAST、SIMULOR、SOLDIA、SOLSTAR、AFS3D
*锻造：DEFORM、AUTOFORGE、SUPERFORGE
*冲压：DYNA3D、PAM—STAMP、ANSYS
*注塑：C—MOLD、MOLDFLOW
*焊接：ABAQUS
(2)已在铸造、锻压行业得到较广泛应用
(3)数值模拟逐步成为新工艺开发的重要手段
(4)建立软件平台，进行改进提高研究
*对某些技术问题进行理论研究
*为解决具体问题插入自编软件模块
*理论分析补偿法、实验补偿法，提高模拟精度
*增加软件功能，实现软件升级
4攀登预选项目(攀登B)
“金属材料热成形过程动态模拟和组织性能质量的优化控制”。
4.1研究内容
*金属材料成形基础理论及缺陷形成机理的研究；
*金属材料热成形过程的宏观动态模拟；
*金属材料热成形过程的微观组织演化动态模拟及质量预测；
*金属材料热成形工艺性的物理模拟的精确评价技术；
*并行工程环境下的金属材料热成形模拟仿真及虚拟制造成形基础性研究；
*复杂型腔模具中非牛顿流体的三维流动与传热过程动态模拟。
4.2承担单位

4.3研究方案及技术路线
*以材料成形理论及缺陷形成机理分析为基础
*采用数值模拟和物理模拟相结合的方法
*
*动态模拟材料的热成形过程；
预测组织、性能及质量；
优化工艺设计；
*在并行环境下，与产品CAD/CAM集成；
*推进材料成形理论的发展与创新。
5几点建议
(1)加强模拟软件商品化工作
*国内已形成一些准商品化软件
*采取多种方式加快软件商品化
*选用软件平台，避免低水平重复
(2)大力普及成熟的热加工工艺模拟技术
(3)重视物理模拟及测试技术，提高数值模拟精度
(4)集中优势力量，瞄准有限目标，攀登世界前沿
(5)多渠道资助热加工工艺模拟技术研究