1.2　材料成形数值模拟的工程意义及应用现状

1.2.1　工程意义

材料成形数值模拟的工程意义主要体现在辅助工模具开发和成形工艺设计等行业的工程技术人员完成下述三个方面的工作。

（1）制定和优化材料成形方案与模具设计方案

①选择最佳成形工艺方法（例如：对于给定的金属制品，是采用压力成形、铸造成形，或是采用机械加工成形？如果采用压力成形，具体工艺方法是冲压、挤压、锻造或其他？）；

②制定成形工艺流程与工艺参数（例如：利用级进模成形制件的工步顺序安排、每一工步的冲压速度和压边力确定等），并对其流程及其参数进行优化，以提高成形能源和成形材料的利用率（例如：焊接热输入、热处理保温时间、冲压板料排样、模锻件飞边控制等）；

③确定或改进模具设计方案（例如：注射模具的型腔数及其布局、浇注系统类型及其结构、模温调节系统结构及其孔路布局等）；

④预测在已知条件（材料一定、结构一定、工艺方法和工艺参数一定）下，产品成形的可行性及其成形质量，为成形方案和模具设计方案的改进与优化提供依据；

⑤确定成形设备及其辅助设备必须具备的生产能力（例如：压铸机的锁型力、压射力、压射比压、压室直径等，同压铸机配套的保温电炉容量、炉膛温度等）；

⑥改善和优化成形制件的工艺结构（例如：板料拉深的最小圆角半径、模锻零件的最小脱模斜度等）。

（2）解决工模具调试或产品试成形过程中的技术问题

成形工模具制造出来后需要进行一系列调试。调试目的：一是检查成形工模具的结构是否正确、各组成机构的动作次序是否合理，以及机构运动是否顺畅；二是检验成形工模具是否匹配成形设备和成形方案设计中拟定的工艺参数，能否生产出合格的成形制品。前者属于工模具的结构性调试，后者则为工模具与制品生产相结合的综合性调试。工模具的物理调试或制品试成形是一个费时、费事的反复迭代过程，利用材料成形数值模拟可以辅助现场人员迅速地、有针对性地发现和定位综合调试中存在的技术问题，提出相应的解决方案，缩短综合调试周期。

（3）解决成形制品批量生产中的质量控制问题

成形制品在批量生产过程中，材料批次、环境条件、设备控制、人员操作等差异都将给产品质量的稳定性带来一定影响。对此，可利用材料成形数值模拟系统或其他CAE系统，仿真成形质量波动的生产现场，找出造成质量波动的关键因素，分析质量问题产生的原因，有针对性地进行成形质量控制。同时，还可利用材料成形数值模拟系统进一步优化产品的现场成形工艺参数，改善产品质量，提高生产效率，降低设备能耗等。

除此之外，还可将材料成形数值模拟技术与物理实验技术结合起来，研究新材料的成形特性，研究材料在模腔（例如：铸造、注塑、熔化焊）、模膛（例如：锻造、挤压）、凸凹模（例如：冲压）或其他特殊工模具（例如：轧制、拉拔等）中的流动过程、特点及其规律，研究材料成形中各物理场（例如：应力应变场、温度场、流动场等）的变化及其交互影响，以及研究成形（包括热处理）过程中的材料相变化与组织变化，等等。即把材料成形数值模拟技术作为现代理论研究和应用研究的重要辅助工具之一。