1.2　材料成形數值模擬的工程意義及應用現狀

1.2.1　工程意義

材料成形數值模擬的工程意義主要體現在輔助工模具開發和成形工藝設計等行業的工程技術人員完成下述三個方面的工作。

（1）制定和優化材料成形方案與模具設計方案

①選擇最佳成形工藝方法（例如：對于給定的金屬制品，是采用壓力成形、鑄造成形，或是采用機械加工成形？如果采用壓力成形，具體工藝方法是沖壓、擠壓、鍛造或其他？）；

②制定成形工藝流程與工藝參數（例如：利用級進模成形制件的工步順序安排、每一工步的沖壓速度和壓邊力確定等），并對其流程及其參數進行優化，以提高成形能源和成形材料的利用率（例如：焊接熱輸入、熱處理保溫時間、沖壓板料排樣、模鍛件飛邊控制等）；

③確定或改進模具設計方案（例如：注射模具的型腔數及其布局、澆注系統類型及其結構、模溫調節系統結構及其孔路布局等）；

④預測在已知條件（材料一定、結構一定、工藝方法和工藝參數一定）下，產品成形的可行性及其成形質量，為成形方案和模具設計方案的改進與優化提供依據；

⑤確定成形設備及其輔助設備必須具備的生產能力（例如：壓鑄機的鎖型力、壓射力、壓射比壓、壓室直徑等，同壓鑄機配套的保溫電爐容量、爐膛溫度等）；

⑥改善和優化成形制件的工藝結構（例如：板料拉深的最小圓角半徑、模鍛零件的最小脫模斜度等）。

（2）解決工模具調試或產品試成形過程中的技術問題

成形工模具制造出來后需要進行一系列調試。調試目的：一是檢查成形工模具的結構是否正確、各組成機構的動作次序是否合理，以及機構運動是否順暢；二是檢驗成形工模具是否匹配成形設備和成形方案設計中擬定的工藝參數，能否生產出合格的成形制品。前者屬于工模具的結構性調試，后者則為工模具與制品生產相結合的綜合性調試。工模具的物理調試或制品試成形是一個費時、費事的反復迭代過程，利用材料成形數值模擬可以輔助現場人員迅速地、有針對性地發現和定位綜合調試中存在的技術問題，提出相應的解決方案，縮短綜合調試周期。

（3）解決成形制品批量生產中的質量控制問題

成形制品在批量生產過程中，材料批次、環境條件、設備控制、人員操作等差異都將給產品質量的穩定性帶來一定影響。對此，可利用材料成形數值模擬系統或其他CAE系統，仿真成形質量波動的生產現場，找出造成質量波動的關鍵因素，分析質量問題產生的原因，有針對性地進行成形質量控制。同時，還可利用材料成形數值模擬系統進一步優化產品的現場成形工藝參數，改善產品質量，提高生產效率，降低設備能耗等。

除此之外，還可將材料成形數值模擬技術與物理實驗技術結合起來，研究新材料的成形特性，研究材料在模腔（例如：鑄造、注塑、熔化焊）、模膛（例如：鍛造、擠壓）、凸凹模（例如：沖壓）或其他特殊工模具（例如：軋制、拉拔等）中的流動過程、特點及其規律，研究材料成形中各物理場（例如：應力應變場、溫度場、流動場等）的變化及其交互影響，以及研究成形（包括熱處理）過程中的材料相變化與組織變化，等等。即把材料成形數值模擬技術作為現代理論研究和應用研究的重要輔助工具之一。