工藝窗口優化的案例
汽車油箱沖壓工藝優化
第二步， 采用PSO優化工藝窗口
在以上DOE結果的基礎上，根據確定的主次影響因素，縮小輸入變量的取值范圍，采用PSO粒子群算法或GA遺傳算法進一步優化，確定最佳的工藝窗口。
項目總結
■可現實CAD驅動的自動優化
■可優化任何尺寸和參數，包括幾何尺寸、材料參數、過程工藝條件等。
■完全自動化的有限元網格劃分和邊界條件定義，無需人工干預，任何模擬參數均可作為優化準則。
■無限的輸入變量和輸出結果
■多種優化算法：DOE，GA 和 PSO
■附帶專業的優化結果過濾與分析工具，例如帕累托圖，平行坐標圖等
■支持并行計算和并發優化。
展開 預測應力和變形、優化工藝參數，這款考慮掃描路徑的增材工藝仿真軟件都能幫你實現
圖7.增材制造工藝仿真的溫度曲線
l 應力分析
在熱分析的基礎上，通過熱應力耦合分析來進行變形以及應力的仿真分析，下圖為打印結束后的變形及應力分布云圖，由此可見：環向掃描的應力低于單向掃描；單向旋轉掃描略低于無旋轉掃描，這與根據經驗得出的結論相符。
圖7.打印結束后的應力分布
綜上，從仿真的角度，不同掃描策略對增材制造零件的溫度、變形、應力皆有影響，而對于圓環件，相對于單向掃描，環向掃描無疑是一種打印時間短、應力及變形皆小的掃描策略。
總結
針對增材制造工藝仿真中工藝掃描模擬的要求，安世亞太和中科煜宸聯合開發了可考慮掃描路徑的工藝仿真軟件AMProSim-DED，本文以此為基礎對工藝掃描路徑對增材制造仿真精度的重要性進行了研究對比，結果表明，考慮工藝掃描路徑后可以得到更為符合實際的計算結果，能夠真實反映不同掃描策略帶來的變形和應力差異，從而真正做到基于工藝仿真技術實現工藝策略的優化設計。
展開 凸緣鍛件模具設計及工藝優化
本文以容器凸緣件為例，設計鍛造凸緣的模具，同時利用Deform-3D 軟件對凸緣件進行了模擬，并對毛坯形狀進行了優化。
模具設計
圖1 為凸緣件，此種凸緣件縱深較長(98mm)，最薄處6.6mm，成形難度較大。本次采用開式鍛造，圖2 為設計的模具，周圍有一周飛邊，主要保證充型的飽滿。加工余量為3mm，模鍛斜度為7°。
圖1 凸緣件
圖2 模具型腔圖
模擬設置
模具設為剛體，坯料為塑性體，材料為40Cr。由于四面體網格計算比較精確，采用四面體單元對工件進行網格離散劃分，網格總數為50000 個。工件與模具之間的傳熱系數為5N/(s·mm·℃)，摩擦系數為0.3。為方便計算，模擬采用四分之一模型進行，模擬模型如圖3 所示。表1 為模擬中采用的工藝參數。
圖3 凸緣模擬模型
表1 模擬參數
模擬成形分析
由于凸緣件結構比較復雜，為了獲得更好的成形效果，設計了三種不同的坯料尺寸，如表2 所示。
表2 坯料尺寸方案
圖4 為方案一鍛造模擬圖，坯料鍛造過程中，隨著上模的不斷下行，坯料逐漸成形，整體成形比較平穩，成形后的工件沒有大的缺陷，但是飛邊比較大，原材料損失較大，不利于實際生產。圖5 為成形后的零件的等效塑性應變圖，從等效應變的變化可以看出，凸緣件上部和中部的塑性變形是比較大的，而底部則處于小的塑性變形。說明在成形過程中，由于飛邊槽阻力過大，導致其周圍的金屬不易向飛邊槽處流動，處于小的塑性變化。相反位于上部和中部的金屬在模具的作用下發生大的塑性變形。
圖4 方案一鍛造模擬圖
圖5 方案一等效塑性應變圖
圖6 為方案二的鍛造模擬圖，方案二的坯料要小于方案一的坯料。從圖6 看出，方案二成形后的飛邊很小，達到了少或無飛邊的效果。
展開 大型支座鍛件工藝開發及優化提高
圖8 鍛件優化后模鍛工藝方案
結束語
針對大型鍛件模鍛工藝開發設計，借助DEFORM有限元模擬分析軟件，通過模擬分析整個鍛件成形過程，可以提前發現鍛件質量隱患并進行模具結構優化改進，找出最佳的模鍛工藝設計方案，縮短開發周期并降低開發成本，使鍛件產品質量得到可靠保證。
HPDC工藝優化與成本降低
客戶案例研究：Project Engineering GmbH 實現鑄造工藝優化并降低成本
Andreas Harborth, Project Engineering GmbH
Project Engineering GmbH 成功應用 FLOW-3D CAST 在壓鑄工藝中生產最佳的油底殼蓋。
初始狀態：
? 年產量：60,000 件/年
? 沖頭直徑 100 mm
? 機臺噸位：1600噸
? 合金：EN AC-AlSi9Cu3(Fe)
? 毛坯重量：2885克
? 充型和凝固時間：26.5秒
最終客戶目標是在維持或提升產品質量的前提下，優化工藝流程，實現成本下降 3%。
初始設計方案的鑄件
優化目標：
? 提高鑄造效率
? 減少回收材料的重量（如流道和排氣系統）
? 縮短成型節拍時間
? 最大限度地降低廢品率，提高制程穩定性
初步設計中確定的關鍵問題
? 通過評估初始方案發現以下特定領域需要改進：低填充率（23%）—低填充率和沖頭速度（0.15 m/s）導致第一階段循環時間較長。
? 鑄件與產品重量比高（2.2:1）－表示流道和多余材料占比較大，不僅增加材料回收成本，也對鎖模力和凝固時間提出更高要求。
? 廢品率高－由于空氣滯留，導致鑄件中孔隙率過高，暴露出當前排氣策略存在不足，急需優化。
原始方案（氣體粒子）
原始方案（凝固順序）
使用 FLOW-3D CAST 進行優化
通過重新設計澆鑄系統和填充策略，實現了性能與經濟層面的顯著提升：
最終優化后鑄件
? 收入增加 165% – 提高工藝效率使總收益從每年約€38,000 增加至 €100,000。
展開 汽車消聲器連結法蘭盤沖壓成形工藝參數優化
摘 要：選取了某企業生產的汽車消聲器連結法蘭盤零件為參數優化對象。利用Dynaform軟件對零件沖壓過程進行有限元數值模擬并記錄27組實驗數據。建立BP神經網絡模型并完成神經網絡模型的訓練及測試，最后結合遺傳算法優化工藝參數，得到最優值的試驗條件為：壓邊力68kN,凸模圓角半徑12mm,摩擦系數0.12,凸凹模間隙2.5mm。經過沖壓試驗，觀察該零件，成形質量完好，孔口處未見明顯的開裂。將神經網絡和遺傳算法相結合優化法蘭盤沖壓成形工藝參數的方法尋優范圍更大，獲取的最優值也更加準確。
關鍵詞：神經網絡;遺傳算法;參數優化;法蘭盤;沖壓成形;
神經網絡和遺傳算法相結合可以解決很多參數優化類的問題，在機械行業的應用也越來越廣泛。利用有限元軟件Dynaform對汽車消聲器連結法蘭盤的圓孔翻邊過程進行模擬分析，影響其成形質量的因素主要有凸模圓角半徑、壓邊力、摩擦系數和凸凹模間隙[1]。從理論上建立起成形質量影響因素與試驗結果的對應關系是非常復雜的，準確描述兩者之間關系的數學模型是很難建立的。在這種情況下，利用人工神經網絡可以逼近非線性函數的特點，首先進行法蘭盤沖壓成形工藝參數對成形結果的預測，再結合遺傳算法尋找最優的沖壓成形工藝參數。
工藝參數的優化常采用的方法是對正交實驗獲得數據進行分析，選擇結果最好的實驗數據作為最優的工藝參數。但是這種方法需要做大量的實驗，還要確保加工條件不能改變。目前關于沖壓工藝參數優化的研究主要有：李雷等[2]利用人工神經網絡，對封頭成形工藝參數進行優化，得到質量優異的封頭構件。王泌寶[3]依據Autoform有限元軟件得到實驗值，基于BP神經網絡擬合工藝參數與質量參數之間的關系，并依據預測均方根誤差驗證了擬合的精確性。
展開 球封頭成形工藝優化
為克服上述問題，本文提出了封頭鍛件工藝優化。通過Deform-3D數值模擬分析，對比封頭沖形工藝進行，對成形板坯和沖形輔具進行優化，避免封頭局部減薄和褶皺，最終優化后的封頭成形工藝滿足要求。
封頭是化工、核電等設備的重要部件，為了保證設備在高溫、高壓下長期、高效運轉，對性能的要求也越來越高，通過整體鍛造得到的封頭具有更高的強度和在高溫、高壓氫氣下具有更大的抗力，應用前景廣泛。
核電封頭的完整性將直接關系到核反應堆的安全和壽命。封頭在工作過程中受到高溫、高壓，特殊服役條件對核反應堆壓力容器所用材料也提出了更加嚴格的要求：⑴在室溫和工作溫度下具有合適的強度和高韌性及盡可能低的脆性轉變溫度；⑵良好的可焊接性和冷熱加工性；⑶在工作溫度下具有最大的組織穩定性；⑷有足夠的淬透性和厚斷面組織性能均勻性。
常見的封頭有橢球封頭和球封頭兩種。本文介紹了球封頭沖形成形，通過數值模擬優化封頭成形輔具，保證了沖形后球封頭壁厚均勻。
球封頭鍛造工藝簡介
鋼錠切錠底、冒口壓鉗口→鐓粗壓實→拔長下料→鐓粗壓實→鐓粗出成品→鍛造板坯鍛后熱處理→板坯粗加工→板坯探傷→板坯彎曲成形。
Deform模型建立
三維實體模型利用三維建模軟件UG建立球封頭成形上模、精加工的三維實體模型，如圖1、圖2所示。
球封頭成形過程中，成形上模與水壓機活動橫梁連接，成形下模放在四個角柱上，沖形行程H=1300mm。沖形完成后，水壓機活動橫梁抬起，用天車吊起沖形完成的封頭。
圖1 球封頭成形上模
圖2 球封頭精加工圖
材料模型選擇SA508-3，該鋼具有優良的工藝穩定性和焊接性以及較高的強度。
展開 鐵路貨車彎曲件成形工藝優化
圖4 轉臂夾緊、助推滑塊機構
工藝特點
可冷彎外圓為
φ30mm 以下的各種規格的圓鋼，彎制的產品尺寸精度較高；可彎曲平面尺寸及復雜空間尺寸的彎曲件產品，一次裝夾中能制出20 多道彎，效率高，質量得以保證，空間彎由電腦控制彎曲成形，有效解決了現在手工煨彎空間彎不容易彎曲、尺寸彎錯等問題；更換產品時，工裝更換、調整簡單快捷，程序可存儲，再次生產同一產品不需重新編程。
實施效果
提升產能和質量
以車鉤提桿為例，每種車型產品定額均不相等，取SQ6、X70 等4 種車型產品的平均值，原工藝每天生產120 件。采用數控彎曲工藝后工藝節拍為60 秒/件，去掉輔助時間(編程及設備調整），按每天6.5小時計算可生產390 件，在減少3 人的情況下產能比原工藝提高2 倍多。
原工藝彎曲件制造后一次合格率較低，經常出現返修品；采用數控彎曲機生產精度較高，可使一次合格率達到百分之百，質量得以保證。
節約人工成本及能源
以車鉤提桿為例，使用數控彎曲工藝可省去加熱、劃線、校形工序，原先生產一種彎曲件需4 人，現使用數控彎曲機僅需1 人，生產效率提高2 倍多，全年可節約人工成本近60 萬元；采用數控彎曲機可以節省加熱過程中消耗的電能，節約能源消耗近10 萬元。
結束語
采用數控彎曲工藝解決了原有車鉤提桿工藝落后、人工費用較大及產品一次合格率較低的問題，每年可節約人工成本及能源成本近70 萬元，生產效率提高2 倍多，具有極大的推廣價值。
作者簡歷
李智，工程師，主要從事生產配件外協加工管理工作，主持完成的SQ6 型專用運輸車側墻板外協壓型加工，獲得公司優秀技術創新成果三等獎。
——來源：《鍛造與沖壓》2021年第2期
展開 【進階】六個科學注塑工藝優化步驟
因此， 射出速度設為65mm/s會確保充填階段工藝的一致性。參數本身的微小波動并不會引起熔膠黏度的很大變化。
當然也會有特殊情況不能使用這個優化的速度， 比如減小澆口暈等。這種情況下當然以外觀優先， 但是這個優化的速度應該作為射出曲線的參照，比如開始以低速通過澆口以減小澆口暈， 然后迅速的增加到這個優化速度。
2）流動平衡測試
只有多穴的情況下才會需要做這個測試，比如2穴或者多穴。目的是檢查在不同的充填階段，各穴之間的最大偏差百分比。
充填不平衡有可能被接受，也有可能不被接受， 取決于產品質量的要求。這些信息最好在外觀成型視窗（第四步）完成之后來定奪。
1.如果產品能夠被充分保壓，并且成型窗口很大，檢查產品尺寸是否都在公差之內， 如果都在的話， 充填不平衡是可以接受的。
2. 如果成型窗口很小，并且先充飽的模穴出現毛邊， 而其他的模穴卻存在短射或者縮痕，找出充填不平衡的原因。
充填不平衡通常會有4個主要原因：
1. 流道尺寸不同
2. 澆口尺寸不同
3. 排氣大小不同
4. 冷卻不同，然而這個原因在剛開機時往往影響不大
還有一種情況，是剪切導致的不平衡，特別是8穴冷流道模具。
3）壓力降測試
做壓力降測試的目的是評估充填不同階段壓力的損失狀況。這通常包括機臺射嘴、豎流道、主流道、次流道、澆口和充填末端。
成型工藝不應該用到機臺的最大壓力，比如如果機臺的最大壓力為180Bar, 那么填充完需要的最大壓力不應該達到180Bar.
展開 輪轂動平衡工藝優化
三、生產加工
根據動平衡新工藝試驗結果，將873輪轂加工工藝更改為：數控臥車校正加工→數控立車1加工→動平衡首檢→數控立車2校正加工→數控立車3加工→加工中心鉆孔→動平衡終檢→動平衡去重→動平衡復檢。
根據實際加工跟蹤，我司873輪轂動平衡合格率由原來的92.3%提高至99.4%，采用新工藝校正加工輪轂，大大提高了輪轂成品率，減少了成本的浪費，取得了良好的經濟效益。
如何優化注塑工藝，提高PC/ABS電鍍性能？
總結：
注塑工藝中注塑溫度、注塑速度和壓力、模具溫度、保壓、螺桿轉速等均會對PC/ABS的電鍍性能產生影響。
而最直接的不良影響就是過高的產品內應力，內應力過大會影響到電鍍粗化階段的刻蝕的均勻性，進而影響到最終產品的電鍍結合力。
總之，要結合產品結構、模具狀態及成型機臺的狀態，通過設定合適的注塑工藝，設法降低材料的內應力，可明顯提高PC/ABS材料的電鍍性能。
科學試模對于射出成型工藝的優化
科學試模對于射出成型工藝的優化
■ 型創科技/ 劉文斌技術總監
前言
射出成型加工工藝要求的主要重點是能生產出具有符合質量要求的射出產品，并且可以在量產生產時穩定控制 加工參數，以產出質量均一的產品。然而在實際射出加 工生產制程中，所使用的射出條件是否是最適化且穩定 的條件，或是在生產過程中由于塑料、射出機臺、加工 條件或是生產環境條件等的變動，這些變動因素都會造 成產品質量的波動。所以在決定射出成型加工條件的設 定上或是控制生產制程條件的穩定性，都應該是要藉由 科學化的理論計算或是生產在線可供參考的偵測數據來 進行評斷與控制，也因此加工條件的調整是依賴實際生 產所回饋的數據或是科學化實驗結果來作為依據與參 考，而非單憑經驗或感覺進行調機，這才是射出成型加 工制程上正確的做法。
傳統試誤法
目前傳統射出成型加工業者仍然普遍使用早期的「試誤法」來設定與調整射出成型加工參數；然而面臨當前競 爭激烈的射出成型加工產業，射出加工利潤越來越低的同時，對于產品開發問世時程的壓縮、射出產品的復 雜度與質量和精度要求卻愈趨嚴格。 面對這樣嚴峻的情況，加工業者已經無法生產過多廢 料與不良品，同時也壓縮生產試模的時程，若還以傳 統的方式來調機與生產調整，則最終將無法跟上客戶 的要求而被淘汰，因此傳統射出成型方法已不再能滿 足復雜射出產品和應用的需求。
傳統射出成型現場經常使用「反復性試驗」成型工藝 方法來設定加工參數，藉由改變某項參數或是某些加 工參數來試打產品，再從產品質量來評斷改變的參數是否能有效改善產品質量。
展開 如何優化注塑工藝，提高PC/ABS電鍍性能？
總結：
注塑工藝中注塑溫度、注塑速度和壓力、模具溫度、保壓、螺桿轉速等均會對PC/ABS的電鍍性能產生影響。
而最直接的不良影響就是過高的產品內應力，內應力過大會影響到電鍍粗化階段的刻蝕的均勻性，進而影響到最終產品的電鍍結合力。
總之，要結合產品結構、模具狀態及成型機臺的狀態，通過設定合適的注塑工藝，設法降低材料的內應力，可明顯提高PC/ABS材料的電鍍性能。
科學試模對于射出成型工藝的優化
■ ACMT/ 劉文斌技術總監
（ACMT SMARTMolding 20年2月刊）
前言
射出成型加工工藝要求的主要重點是能生產出具有符合質量要求的射出產品，并且可以在量產生產時穩定控制加工參數，以產出質量均一的產品。然而在實際射出加工生產制程中，所使用的射出條件是否是最適化且穩定的條件，或是在生產過程中由于塑料、射出機臺、加工條件或是生產環境條件等的變動，這些變動因素都會造成產品質量的波動。所以在決定射出成型加工條件的設定上或是控制生產制程條件的穩定性，都應該是要藉由科學化的理論計算或是生產在線可供參考的偵測數據來進行評斷與控制，也因此加工條件的調整是依賴實際生產所回饋的數據或是科學化實驗結果來作為依據與參考，而非單憑經驗或感覺進行調機，這才是射出成型加工制程上正確的做法。
傳統試誤法
目前傳統射出成型加工業者仍然普遍使用早期的「試誤法」來設定與調整射出成型加工參數；然而面臨當前競爭激烈的射出成型加工產業，射出加工利潤越來越低的同時，對于產品開發問世時程的壓縮、射出產品的復雜度與質量和精度要求卻愈趨嚴格。面對這樣嚴峻的情況，加工業者已經無法生產過多廢料與不良品，同時也壓縮生產試模的時程，若還以傳統的方式來調機與生產調整，則最終將無法跟上客戶的要求而被淘汰，因此傳統射出成型方法已不再能滿足復雜射出產品和應用的需求。
傳統射出成型現場經常使用「反復性試驗」成型工藝方法來設定加工參數，藉由改變某項參數或是某些加工參數來試打產品，再從產品質量來評斷改變的參數是否能有效改善產品質量。
展開 煤機履帶板鍛造工藝設計及優化
項目組針對煤機履帶板的結構特點，通過采用“一模兩件”鍛造方案，以雙模膛成形技術為突破點，運用數字化仿真分析，優化預鍛、終鍛工藝參數，實現高精度、優性能的煤機履帶板批量生產。
隨著礦用機械科技水平的提高，促使履帶式裝煤機的不斷推廣與應用，在履帶式裝煤機連續性和可靠性不斷提升的前提下，其主要承力部件履帶板的機械性能要求也越來越高。本次項目組設計開發的煤機履帶板鍛件（圖1）形狀復雜，在鍛件前后設有多個穿銷凸臺，中間部位擁有雙側齒孔，在鍛件一側的兩端設有高而窄的著地筋。
圖1 履帶板鍛件實體形狀
工藝技術難點分析及措施
工藝技術難點分析
⑴預鍛工序放料不準。坯料加熱后放入預鍛模膛內，因為是圓柱狀，導致坯料左右滾動，預鍛時放料不準，極易使鍛件充不滿或產生折疊。
⑵鍛件不易打靠。仿真模擬分析鍛件可知，鍛件厚度尺寸為mm較薄，公差帶只有1mm，精度已達到精密級鍛件要求，厚度尺寸不易保證。
⑶著地筋難充型。根據圖紙計算出該鍛件的復雜系數為0.35，屬于S2級較復雜鍛件，通過結構分析，著地筋偏向一側，且遠離中心分布在兩端，致金屬在著地筋處不易流動和充滿。
⑷穿銷凸臺切邊變形。由于兩端設有著地筋的穿銷凸臺窄而薄，在切除毛邊工序中，使兩端穿銷凸臺拉伸變形，導致機加后的穿銷孔壁厚差不均勻。
工藝技術難度解決措施
⑴因棒料加熱后放入預鍛模膛內不易準確定位，項目組設計增加了坯料壓扁工序（圖2），使圓棒料變為扁平料，從而限制了坯料左右滾動。
圖2 壓扁工序仿真分析
⑵針對鍛件較薄、設備打擊力較大等因素導致的鍛件不易打靠，厚度尺寸超差等問題。項目組認真研究分析，通過“一模兩件”鍛造方案設計和增大預鍛、終鍛模具的過橋高度，來降低鍛件厚度尺寸，使其滿足圖紙要求，預鍛工序和終鍛工序仿真分析如圖3、4所示。
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