一、技術(shù)概述      

　　熱加工工藝模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)是應(yīng)用模擬仿真、試驗(yàn)測(cè)試等手段，在擬實(shí)的環(huán)境下模擬材料加工工藝過(guò)程蛉渡，顯示材料在加工過(guò)程中形狀、尺寸沐喘、內(nèi)部組織及缺陷的演變情況旧毯，預(yù)測(cè)其組織性能質(zhì)量，達(dá)到優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)目的的一門(mén)嶄新技術(shù)抢却。它的研究范圍一般可分為：

　　1．熱加工過(guò)程的數(shù)值模擬路槐。通過(guò)建立能準(zhǔn)確描述某一熱加工工藝過(guò)程的數(shù)理模型及對(duì)數(shù)理方程的簡(jiǎn)化求解李皇，動(dòng)態(tài)顯示該過(guò)程并預(yù)測(cè)其結(jié)果窄悍。分為宏觀（mm-m級(jí)）消忘、微觀（μm-mm級(jí)）、原子（nm-μm級(jí)）三個(gè)不同的模擬尺度绑莺。

　　2．熱加工過(guò)程的物理模擬及專(zhuān)家系統(tǒng)暖眼。通過(guò)得到準(zhǔn)確的臨界判據(jù)，檢驗(yàn)纺裁、校核數(shù)值模擬的結(jié)果诫肠；用于影響因素十分復(fù)雜的工藝過(guò)程，作為數(shù)值模擬的必要補(bǔ)充欺缘。

　　3．熱加工過(guò)程的基礎(chǔ)理論及缺陷形成原理栋豫。它是準(zhǔn)確地建立過(guò)程數(shù)理模型，得到缺陷科學(xué)判據(jù)的研究基礎(chǔ)。  

　　二丧鸯、現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)  

　　1．國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

　　材料熱加工工藝模擬研究于1962年開(kāi)始于鑄造過(guò)程蛤铜，進(jìn)入70年代后，從鑄造逐步擴(kuò)展到鍛壓丛肢、焊接围肥、熱處理，在全世界形成了材料熱加工工藝模擬的研究熱潮摔踱。

　　經(jīng)多年研究開(kāi)發(fā)虐先，針對(duì)常規(guī)鑄造怨愤、沖壓士怒、熱鍛已經(jīng)形成一批熱加工工藝模擬商業(yè)軟件；并已在鑄造乒稚、鍛壓生產(chǎn)中得到一定應(yīng)用眷赂，在注塑、焊接咐笙、熱處理中的應(yīng)用剛剛起步屑墓；同時(shí)數(shù)值模擬已逐步成為新工藝研究開(kāi)發(fā)的重要手段和方法。

　　2．發(fā)展趨勢(shì)展望

　　近年來(lái)昨把，熱加工工藝模擬不斷向廣度奏炸、深度拓展，其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是：

　　1）宏觀－中觀－微觀

　　已普遍由建立在溫度場(chǎng)臼格、速度場(chǎng)芹菱、變形場(chǎng)基礎(chǔ)上的旨在預(yù)測(cè)形狀、尺寸瘦涵，輪廓的宏觀尺度模擬（mm-m級(jí)）進(jìn)入到以預(yù)測(cè)組織桩垫、結(jié)構(gòu)、性能為目的的中觀尺度模擬（毫米量級(jí)）及微觀尺度模擬（微米量級(jí)）階段雪隧。

　　2）單－分散－耦合集成

　　模擬功能已由單一的物理場(chǎng)模擬普遍進(jìn)入到多種物理場(chǎng)相互耦合集成的階段西轩，以真實(shí)模擬復(fù)雜的熱加工過(guò)程。

　　3）共性脑沿、通用－專(zhuān)用藕畔、特性

　　由于普通鑄造、沖壓庄拇、鍛造工藝模擬的日益成熟及商業(yè)軟件的出現(xiàn)注服，研究工作的重點(diǎn)和前沿已由共性通用問(wèn)題轉(zhuǎn)向難度更大的專(zhuān)用特性問(wèn)題。主要方向一是解決特種熱加工工藝（如壓鑄丛忆、金屬型鑄造祠汇、楔橫軋等）模擬及工藝優(yōu)化問(wèn)題；二是解決加工件的缺陷（混晶、回彈可很、熱裂诗力、冷裂、變形等）消除問(wèn)題我抠。

　　4）重視提高數(shù)值模擬精度和速度的基礎(chǔ)性研究

　　主要有：熱加工基礎(chǔ)理論苇本、缺陷形成機(jī)理及判據(jù)、新的數(shù)理模型钾独、新的算法号嵌、前后處理等基礎(chǔ)性研究及物理模擬與精確測(cè)試技術(shù)等。

　　5）重視集成技術(shù)访跛，使工藝模擬成為先進(jìn)制造系統(tǒng)的重要組成部分捣雪。

　　包括：在并行環(huán)境下，與產(chǎn)品秩漾、模具CAD／CAE／CAM系統(tǒng)集成延懂，與零件加工制造系統(tǒng)集成，與零件的安全可靠性能實(shí)現(xiàn)集成冯峭。

　　3．我國(guó)的優(yōu)勢(shì)及不足

　　我國(guó)于70年代末期開(kāi)始研究鑄造工藝模擬昵壁，以后逐步擴(kuò)展至鍛造、沖壓谁汤、焊接坠地、熱處理及注塑等各專(zhuān)業(yè)，吸引了一大批優(yōu)秀的科技人員投身該領(lǐng)域研究殉俗。在多年研究的基礎(chǔ)上圾纤，國(guó)內(nèi)多家研究院所及高校聯(lián)合投標(biāo)，于1997年“金屬材料熱成形過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬及組織性能質(zhì)量的優(yōu)化控制”入選國(guó)家攀登B項(xiàng)目管挟，為攀登國(guó)際前沿提供了很好的條件轿曙。我國(guó)在鑄造微觀組織模擬，大鍛件混晶預(yù)測(cè)僻孝，焊接工藝性的物理模擬及精確測(cè)試等方面的研究居世界先進(jìn)水平导帝。但在模擬軟件的商品化開(kāi)發(fā)，研究工作的硬穿铆、軟件環(huán)境等方面有較大的差距您单。  

　　三、“十五”目標(biāo)及主要研究?jī)?nèi)容  

　　1．目標(biāo)

　　針對(duì)金屬材料鑄造荞雏、鍛壓虐秦、焊接、熱處理及非金屬材料注塑等熱加工過(guò)程凤优，以材料熱加工理論分析為基礎(chǔ)悦陋，通過(guò)數(shù)值模擬和物理模擬研究蜈彼，開(kāi)發(fā)一系列商品化軟件及實(shí)驗(yàn)技術(shù)，能對(duì)熱加工過(guò)程的組織俺驶、性能究油、質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)协黑，并在材料熱加工基礎(chǔ)理論及缺陷形成機(jī)理的某些方面有所發(fā)展和創(chuàng)新迹匈，并行工程環(huán)境下的虛擬制造成形的基礎(chǔ)性研究取得進(jìn)展。通過(guò)本項(xiàng)研究脏拦，使該研究領(lǐng)域全面趕上當(dāng)代國(guó)際水平帚孔，在某些方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　2．主要研究?jī)?nèi)容

　　1）金屬材料熱加工過(guò)程的基礎(chǔ)理論及缺陷形成原理的研究

　　研究材料熱加工過(guò)程中的液態(tài)流動(dòng)充型摇昌、凝固結(jié)晶泉档、固態(tài)流動(dòng)變形、相變犬岔、再結(jié)晶與重結(jié)晶等一系列復(fù)雜的物理抑希、化學(xué)、冶金變化原理及數(shù)理模型把赢；揭示充型過(guò)程的卷氣、夾渣耽效、冷隔钝尸，凝固結(jié)晶過(guò)程的縮松、熱裂搂根、偏析珍促，固態(tài)流動(dòng)變形過(guò)程的孔洞、裂紋剩愧、混晶猪叙、皺折、回彈仁卷，焊接過(guò)程的凝固裂紋穴翩、氫致裂紋，固態(tài)相變過(guò)程的畸變锦积、裂紋等缺陷的形成原理芒帕，得出臨界判據(jù)。

　　2）金屬材料熱加工的宏觀數(shù)值模擬丰介、工藝優(yōu)化及商品化軟件技術(shù)

　　完成金屬材料主要熱加工方法（鑄造背蟆、鍛造、沖壓哮幢、焊接带膀、熱處理）的宏觀模擬及工藝優(yōu)化的研究開(kāi)發(fā)，解決大鑄件、大鍛件诅订、大型焊接結(jié)構(gòu)件及一些特種毛坯件（壓鑄乔胆、電渣熔鑄、金屬型鑄造常携、楔橫軋等）的工藝優(yōu)化問(wèn)題济季，提出消除其宏觀缺陷的方法，并推出具有我國(guó)自主版權(quán)的熱加工工藝模擬商品化軟件础呈。

　　3）金屬材料熱加工的微觀數(shù)值模擬及組織性能質(zhì)量的觀測(cè)

　　通過(guò)研究微觀組織模擬的理論及模型算法韭购，塑性成形晶粒度演化，焊接過(guò)程氫擴(kuò)散與集聚矛枚，高溫區(qū)熔池尾部應(yīng)力應(yīng)變膜狈，加熱冷卻過(guò)程應(yīng)力一組織轉(zhuǎn)變的定量關(guān)系等微觀數(shù)值模擬技術(shù)，完成微米量級(jí)（μ   m）的熱加工微觀數(shù)值模擬的研究工作阴默，解決熱加工常見(jiàn)的微觀缺陷（偏析缺沿、氣孔、混晶稚补、氫致裂紋等）問(wèn)題童叠，并初步推出部分商品化軟件。納米量級(jí)的模擬工作開(kāi)始起步课幕。

　　4）金屬材料熱加工工藝性的物理模擬和精確評(píng)價(jià)技術(shù)

　　配合數(shù)值模擬厦坛，研究并掌握凝固結(jié)晶過(guò)程直觀的觀測(cè)方法，材料焊接熔池尾部高溫應(yīng)力應(yīng)變及凝固裂紋形成阻力測(cè)試技術(shù)乍惊，焊接過(guò)程局部區(qū)域氫濃度的測(cè)試方法杜秸，相變塑性及應(yīng)力誘發(fā)相變的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法等相關(guān)的物理模擬及工藝性的精確測(cè)試、評(píng)價(jià)技術(shù)润绎，能為宏觀及微觀數(shù)值模擬提供精確撬碟、適用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，基本判據(jù)和合宜的校核莉撇、檢驗(yàn)方法呢蛤。

　　5）并行環(huán)境下熱加工工藝模擬與其它技術(shù)環(huán)節(jié)集成技術(shù)

　　完成并行環(huán)境下，鑄造稼钩、鍛壓兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的工藝模擬顾稀、優(yōu)化與零件CAD／CAM的集成，推出商品化的CAD／CAE／CAM一體化系統(tǒng)軟件猛糯；完成沖壓工藝模擬與沖壓生產(chǎn)系統(tǒng)的集成研究并用于生產(chǎn)陋沫；工藝模擬與零件性能及安全可靠性的集成研究開(kāi)始啟動(dòng)，并獲得初步結(jié)果轨府。

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