3数字化技术在锻造方面的研究概况

随着计算机技术的发展，数字化技术在制造业中的应用越来越广泛。总的来说，数字化制造的核心技术主要包括：产品计算机辅助工业设计(CAID)、计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)、成形过程模拟（CAE）、快速成型(RP)、三坐标测量和计算机辅助检测、数控加工等。由于锻件结构复杂，所需加工工序繁琐，利用传统的机加工艺包括数控技术制造周期长且成本高。数字化技术在锻造设计中的应用则使锻件的快速制造成为可能，目前已在锻造领域得到了广泛的应用。目前在工业技术先进的发达国家，数字化制造技术已经成为提高企业和产品竞争力的重要手段。近年来，随着数字化制造技术发展的日益加快，发达国家的大型企业中已实现了无图纸生产。通过数字化技术，使锻件的设计制造由主要依赖经验指导的盲目性转向了科学分析的自主性，能够模拟和预估锻件成形性能及可加工性等各方面可能存在的问题，提高了技术人员的设计、预测和判断水平，缩短了锻件开发周期，降低了成本，进而提高了市场竞争力。

数字技术中最关键的一项技术就是有限元模拟技术。世界范围内的激烈竞争及电子计算机的普及和数值计算方法的改进，使得有限元的理论和应用得到了蓬勃的发展，有限元技术在金属塑性加工分析中的应用也取得了惊人的进步。最先Lee等提出了刚塑性有限元的Lagrange算法，从而推动了有限元法在塑性加工中的应用[17]。接着提出了罚函数法的体积不可压缩的刚塑性有限元法。由于刚塑性有限元法只适用于冷加工，对于再结晶温度以上的热加工，由于应变硬化效应不显著，而对变形速度的敏感性很大，因此在计算热加工时要用粘塑性本构关系，刚粘塑性有限元法便应运而生了。O。C。Zienkiewicz把热加工时的金属流动视为非线性Newton型不可压缩粘性流体，导出了刚粘性有限元行列式[18]。

在锻造方面，Chen和Kabayashi首先采用刚塑性有限元法对轴对称闭式模锻过程进行了数值模拟，模拟结果与实验结果吻合较好，提出了处理任意形状模具边界条件的方法，对刚塑性有限元法做了进一步的完善，并成功地开发了二维模锻过程的刚塑性/刚粘塑性有限元程序ALPID（Analysis of LargePlasticIncremental Deformation），并应用该程序对各种锻造问题进行模拟分析工作[19]。在国内，赵国群、卫原平等在模锻过程的二维刚塑性/刚粘塑性有限元模拟方面也做了系统的研究工作[20]。近年来，一些学者对金属的锻造过程进行了三维数值模拟，较早地进行了三维成形问题的模拟研究，分析了矩形块体、楔形块体的镦粗过程，考察了摩擦条件对变形体构形和变形力的影响。国内的左旭对汽车十字轴和曲轴的多工位模锻成形的全过程进行了三维有限元模拟，并开发了三维有限元模拟软件Forming3[21]。杨合等对叶片的等温锻造过程进行了三维刚粘塑性有限元模拟[22],哈尔滨工业大学模拟了钛合金叶轮近净成形锻造过程。随着商业有限元模拟软件的不断涌现，塑性成形有限元数值模拟技术在锻造行业得到了广泛的应用。

4金属塑性变形流动方向的研究概况

塑性加工中经常遇到的一个重要问题是塑性变形时金属的流动方向问题。但是这个问题至今还存在一些不同的观点。,古布金提出了“最小阻力定律”,表述为:“如果物体在变形过程中质点有向各个方向移动的可能性时,则物体内各质点将是向着阻力最小的方向移动的”。在有摩擦的条件下墩粗时,古布金认为“根据最小阻力定律,变形体内各点朝距周边最短的方向移动”。并得到了图1。1所示的流动方向图。后来又指出“最短法线方向并不是在任何时候都是最小阻力方向。