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大型模块锻造工艺模拟与CAPP专家系统研究

梁晨

  大型模块是制造大型模具的坯料,用途极为广泛。大型模块的宽高比较大,锻造难度大,容易产生废品,适宜采用LZ法和新FM法联合锻造。而这两种方法在锻造过程中,使锻件内部塑性变形区尽量避免出现双向拉应力的合理的锻造工艺参数精量化,以及砧宽比、料宽比和压下率三者之间合理的匹配关系等方面,还有待进一步研究。本文以大型模块为研究对象,开展了锻造工艺模拟与CAPP专家系统研究,对于完善大型锻件锻造工艺理论与技术,提高大型模块锻造工艺科学化、智能化具有重要意义。本文应用ANSYS有限元软件,以系统论的观点模拟了新FM锻造法和LZ锻造法,分析了砧宽比、料宽比和压下率三者对锻件体内应力分布的相互影响。研究得出,控制中心点处应力为压应力来制定锻造工艺参数,不能满足使锻件中心有效区域内都为压应力的实际生产需要。为此,本文首次提出使M(横向上距离中心1/4料宽)、P(纵向上据中心1/2砧宽)点处为压应力时来制定锻造工艺参数。着眼于锻件的实用性(或安全性),以此为分析基础,得到了不产生轴向拉应力的临界砧宽比,不产生横向拉应力的临界料宽比,以及砧宽比、料宽比和压下率三者匹配的合理的工艺参数。数值模拟分析了新FM法拔长时,不同的砧宽比、料宽比及压下率情况下,刚端长度对应力分布的影响。得到了对于每一个确定的砧宽比、料宽比和压下率的条件下,使中心点处纵向、横向应力为零的临界刚端长度。物理模拟了新FM锻造法,研究了料宽比和刚端长度对锻件体内应力的影响。采用孔与圆柱销小过盈或零间隙配合模拟锻件内部的零厚度细缝的方法,通过观察试件体内某一点处是否有裂纹,并以此来判断该点处的应力状态。介绍了工艺知识表达、获取和管理技术,以及推理控制策略、解释机制,及其在CAPP系统中的应用。探讨了基于规则与事例相结合的基本思想及其关键技术,面向对象基于特征的零件信息描述方法,引入原型技术的锻造CAPP专家系统软件的开发过程。将数值模拟结果总结成工艺准则融入知识库,在Windows平台上,用面向对象Delphi语言开发出锻造CAPP专家系统。在此系统中,采用了基于规则与事例相结合技术;面向对象的基于特征的零件信息描述方法;将规则和框架以面向对象技术集成的知识表示方法;正向推理;与/或树深度优先搜索策略;结合知识库重组技术,把使用频率较高的规则作为优先规则的冲突消解策略,提高了软件的可设计性、实用性。论文以大型模块锻造工艺设计为具体研究对象,编制了项目管理、信息输入、工艺决策、库管理、工艺评价与优化、工艺编辑、工艺输出、帮助八大一级模块,包括推理机在内的二十个二级子模块。实现了从总体零件信息输入开始,经过锻件图制定、新FM法的具体锻造工步的确定等步骤,直至生成锻造工艺卡片的计算机辅助设计功能。……   
[关键词]:锻造;大锻件;拔长;模块;数值模拟;新FM法;LZ法;专家系统;CAPP
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:燕山大学2003年