锻造件锻造成形锻模优化的设计

　　优化设计算法广泛应用于锻造件锻模工艺和锻模预锻设计中，由于它可以实现模锻工艺和锻模设计的自动化，是一种新的优化设计方法。国内外学者的研究关键是基于正向有限元模拟并结合一定的优化算法进行预锻设计。基于数值模拟的优化方法有两种：一种是基于目标函数的直接搜索法；另一种是利用灵敏度信息的导数优化方法。将导数优化方法与直接搜索方法相结合。它具有收敛速度快、迭代次数少、搜索精度高等优点。模锻件结构和形状的变化导致了预锻件形状的变化，因此次预锻件的形状优化设计相当重要。从理论上讲，预制件的形状是不断可变的。锻造件的优化设计就是从不断大的形状中寻求越佳解。一些研究通过有限元灵敏度分析实现了预制件模具的形状优化，开发了预制件优化设计系统应用软件。

　　一些学者提出了一种利用有限元方法对金属成形过程进行逆向模拟和预锻优化设计的方法。提出了一种通过模具接触跟踪设计预锻形状的逆算法，并建立了逆模拟边界条件的实现条件。二是基于灵敏度分析的预锻优化设计方法。它是近年来出现的一种新的预锻设计方法。其基本思想是利用基本有限元法的正演模拟和工程优化算法实现预锻优化设计。

　　有学者提出以实际铅芯形状和理想铅芯形状为目标函数来优化预锻模的形状设计。提出了金属理论流动模型和均匀变换方法。金属理论流动模型基于理想材料。一般认为，理想材料流是将真实材料视为理想材料一样变形，从而实现理想概念的无缺陷锻造。这样，通过理想流型获得的中间开口形状可以看作是预银锻造，真实材料也可以达到与理想材料相似的J流动状态。实际应用中存在的主要问题有：在预成形开始时，需要事先确定锻造方向和锻造分型线；不允许频繁更换干锻方向和分模的多工序模锻。

　　此外，还有其他一些预成形方法，如正交矩阵法、扫描单纯形法、遗传算法等。但无论采用哪种方法，终端目标都是获得具有良好的力学性能、金属流动平稳、无折叠缺陷的合格锻造件。通过预成形优化设计，可以获得合理的预锻形状。通过对有限元成形过程的数值模拟，可以验证预成形设计结果的准确性，并对分析结果进行分析，终端得到适宜的预锻形状。