目前,精密塑性成形過程的模擬在工業化國家已經進入實用階段。美國巴特爾實驗室在美軍支持下開發的有限元程序ALPID(大塑性增量變形分析)是塑性成形數值模擬技術的開端。美國在發動機覆蓋件模具的設計制造中,要求設計完成後,必須經過計算機模擬試驗,才能投入試驗軟模的制造。俄羅斯Quntor公司的Biba采用數值模擬方法對鍛造模具進行優化,達到了提高模具壽命和零件精度的目的。具體方法是優化模具參數,如圓角半徑,減少應力集中,采用縮環和鑲塊。
目前,精密塑性成形領域有很多研究熱點都與數值模擬技術有關,如模具設計、板材各向異性等
問題、材料回彈、損傷預測、成形極限線和管件液壓成形技術等。
美國通用汽車公司開發了沖壓模具數字化開發平臺和系統。該系統利用三維設計平臺對模具進行參數化和變量化設計,基於專家系統和可制造性設計開發模具曲面,從而將傳統的技術型模具開發過程轉變為基於科學的數字化開發。該系統集成了通用公司幾十年的沖壓工藝經驗和規範,利用數值模擬軟件對零件的成形性和質量進行分析和修正,從而定量預測和解決模具開發中的問題。模具設計、模具制造、模具試制、沖壓生產都在數字化環境下成形,成形性預測準確率達到90% ~ 95%,克服了模具開發人員個人經驗的局限性。壹般1 ~ 2天就可以完成試模。以軍用悍馬車身等沖壓件為例,數字化模具開發系統可使模具開發周期縮短80%,模具成本降低50%。此外,GM還將優化技術與數值模擬技術有機結合,實現基於數值模擬的優化。
韓國Yeungnan大學的Shim and Son利用靈敏度法確定板料的初始形狀,通過Pam2Stamp有限元模擬確定形狀靈敏度,可以優化任意形狀的板料零件的拉深工藝設計。
加拿大FTI在鈑金設計模擬中使用的CA TIA方法,將設計和分析統壹在壹個程序中。通過簡單改變幾何形狀、材料特性或板材厚度,利用計算機輔助優化設計,模擬結果起到預警系統的作用。顏色特征表明“工件的設計是可靠的”、“有翻邊趨勢”或“工件紅面有裂紋”,從而優化工藝設計。數字化精密鑄造技術是指數字化技術在鑄造過程中的綜合集成,包括計算機輔助工程分析(鑄造CAE)、鑄造工藝計算機輔助設計(鑄造CAD)、鑄造專家系統等多項技術。
目前,信息技術在國外國防工藝鑄造工程中的研究和應用越來越深入,鑄造技術水平正在全面提升。美國等發達國家利用計算機輔助精密鑄造技術,成功完成了航天、航空、武器等各種關鍵零部件的試制,取得了明顯的經濟效益。
CIR由美國國防部於2006年啟動,已經開展了幾個與鑄造數字化相關的項目。如普渡大學承擔“鑄造工藝幾何約束設計工具”項目,推薦其他鑄造工藝改進方法。為了提高鑄件質量,本項目的研究將首先收集業內已經確認的“推薦設計參數”,然後開發新的鑄件設計軟件和工具。軟件工具的開發將集中在復雜結構件的鑄造和鑄件的幾何特性對金屬鑄造工藝的影響,重點是砂型鑄造工藝和金屬型鑄造工藝。
美國國防部的Man Tech計劃也非常重視鑄造數字化技術的開發和應用。如ABC2NACO公司承擔的“面向工作性能的鑄鋼件集成設計”Man Tech項目,旨在研究縮孔不連續組織對碳鋼和低合金鋼鑄件組織性能的影響,並開發相應的計算機工具。該技術的實施將降低鑄件質量,提高鑄件產量,擴大鑄鋼件的應用,縮短訂單2的交貨周期,降低成本。
美國洛克達因公司在研制Delta 4火箭核心發動機RS268的初期,創造了集成產品並行開發的工作環境,利用先進的設計工具和三維建模技術,完成了發動機的數字化建模。渦輪泵的設計充分體現了洛克達因先進工藝集成開發項目(RAPID)的實施效果。建立以模型為中心的水平集成設計系統(HIDS),制造出鑄件型芯的HIDS三維數字模型,然後將模型送到鑄造廠生產試件。技術人員可以根據這些試件對澆口進行優化,並可以在鑄件的設計中直接反映出各種特性,從而提高鑄件質量。
鑄造過程模擬技術經過多年的不斷發展,已經從宏觀發展到微觀,從實驗研究發展到實際應用,現在已經成為壹項非常成熟的工程應用技術,擁有大量實用的模擬軟件和豐富的熱物性數據庫,可以準確模擬大多數合金的鑄造過程,實現工藝優化設計。通過數值模擬技術,對鑄件的結構工藝性和鑄造過程進行模擬,為技術人員設計更合理的鑄件結構和確定合理的工藝方案提供了有效的科學依據,從而避免了傳統依靠經驗進行結構設計和工藝制定的隨意性。在發達國家,15% ~ 20%的鑄造企業在生產中采用了凝固模擬分析技術,準確預測缺陷,提高鑄件成品率。近年來,國內相關企業和高校相繼開展了壹些數字化精密成形技術的研究,但缺乏系統的集成研究,無法實現集成的個別推動、整體的局部推動,技術優勢無法轉化為產品優勢,整個行業的精密成形技術水平沒有質的躍升。因此,國內對精密成形技術的研究應加強自主創新,突破關鍵技術。如產品信息建模技術、工藝模擬與優化技術、模具設計智能生成技術等。,從而實現精密成形技術的全面集成,提高工藝設計水平,進壹步實現數字化設計與制造的集成,縮短產品開發周期,降低制造成本。同時加強成果應用,提高全行業精密成形技術水平。