燕山大学锻压专业前沿讲座论文

专业前沿讲座 心得体会

学 院：机械工程学院 专 业：锻压

班 级：10级一班 学生姓名：王毅恒

学 号：100104010018

2013

年6月14日

作为一名锻压专业的学生，通过这次专业前言讲座一方面了解到了一些专业发展的新方向、新领域和新前景，另一方面也对先前学到的专业知识进行了一次系统地、全面地、综合地复习，对整体专业有个一个新的认识。其中学习了赵长财老师的管板材成型、高士友老师的激光加工技术、赵军老师的弹性回弹、金淼老师的数值模拟技术、孙惠学近净成型与轻量化等。其中有些知识是和专业发展方向有关的，有些知识是各个老师多年的研究成果和经验是在书本上难以学习到的，期间还通过老师们的讲解了解到一些关于本专业的就业与职业发展方向问题，下面是我通过这次专业前言讲座课余时间针对各个老师的讲座选择性查询相关资料整理学习的心得笔记，这个过程确实进一步提高了我对真个前言讲座知识的强化学习。

一、 激光拼焊板技术及其在汽车行业的应用

传统工艺中汽车车身零件有两种成形方法：分离成形和整体成形。分离成形方法是将大型零件分成小型单个件分别成形，然后焊接成部件，其优点是可以根据各部位的要求选择不同材质、不同厚度的材料；缺点是需要更多的工装模具和设备的投入，制造成本较高，同时焊接总成的配合精度和整车质量也有所下降。整体成形法是用整体板料直接成形大型零件。主要的优点是工装模具和设备的投入大大减少，制造成本相对较低，产品质量得到了提高；缺点是必须对零件所有部位采用相同材质和相同厚度的材料，难以很好的实现结构优化的需要。

激光拼焊板技术是基于成熟的激光焊接技术发展起来的现代加工工艺技术，是通过高能量的激光将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板再冲压生产，以满足零部件不同部位对材料不同性能的要求。拼焊板工艺的出现解决了由传统单一厚度材料所不能满足的超宽板及零件不同部位具有不同工艺性能要求的工艺问题。

采用激光拼焊板有着巨大的优势，可以给汽车制造业带来显著的经济效益，主要体现在：使整车零件数量大大减少，简化了点焊工艺，提高了车身尺寸精度减少了质量问题，材料厚度的可变性保证了对重要位置的强化等方面。

激光拼焊板作为一种新的工艺手段，给车身制造带来新的产品解决方案，并给质量提高和成本降低带来了新的机遇。同时由于其工艺实施的特殊性，需要产品设计、冲压工艺和模具制造等相关人员更为密切的配合，才能最终制造出既满足结构和性能要求、工艺合理稳定、成本最低的合格产品。

二、 数值模拟技术

数值模拟也叫计算机模拟。它以电子计算机为手段，通过数值计算和图像显示的方法，达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的。

数值模拟技术诞生于1953年Bruce G.H和PeacemanD.W模拟了一维气相不稳定径向和线形流。受当时计算机能力及解法限制，数值模拟技术只是初步应用于解一维一相问题。两相流动模拟诞生于1954年，West W J和Garvin W.W模拟了油藏不稳定两相流。

60年代数值模拟技术的发展主要在数值解法，第一个有效的数值模拟解法器是1968年Stone推出的SIP(Strong Implicit Procedure)。该解法可以很好地用来模拟非均质油藏和形状不规则油藏。另一个突破是时间隐式法，该方法可以用来有效的解高流速问题，比如锥进问题。60年代其他方面的发展还有1967年Coats K.H和Nielsen R.L首次进行了三维两相模拟，而且提出了垂直平衡和拟相对渗透率及毛管压力方法。1968年Breitenbach E.A发表了三维三相模拟解法。

Stone在70年代发表了三相相对渗透率模型，由油水和油气两相相对渗透率计算油、气、水三相流动时的相对渗透率，该技术现在还广为应用。70年代另一项主要成就是Peaceman提出的从网格压力来确定井底流压的校正方法，及现在通用的Peaceman方程。在解法方面的发展是采用了正交加速的近似分解法。70年代在组分和热采模拟方面也取得很大进展，1973年Nolen J.S描述了考虑油气中间组分分布的组分模拟，Cook提出变黑油模拟来进行组分模拟。Shutler

在1970年发表了对两维三相模型的蒸气注入模拟。70年代在EOR方面也取得了极大进展。

80年代最大的成就是Appleyyard J R和Cheshire I.M发表了嵌套因式分解法，该解法非常稳定而且速度快，是目前最为广泛应用的解法。正是基于该解法，Cheshire I.M于1981年同John Appleyard和Jon Holmes成立ECL公司，开始研发后来主导数值模拟软件市场的ECLIPSE软件。80年代见证的另一个主要发展是组分模型，虽然组分模型在60年代就已经推出，但很不稳定。80年代提出的体积平衡和Yong-Stephenson方程解决了组分模型稳定问题，使组分模型可以广为应用。Ponting D.K提出了角点网格来模拟模型，这样可以真实地描述油藏。

90年代数值模拟的进展主要在粗化技术，并行计算，PEBI网格等方面。Zoltan E.Heinemann提出了PEBI网格，PEBI网格结合了正交网格和角点网格的优点，现在正逐渐成为主流数值模拟网格体系。VIP于1994年推出并行算法，ECLIPSE于1996年推出并行算法。CMG于2001年推出并行算法。粗化技术的难点在于渗透率的粗化，基于流动计算进行的渗透率粗化可以较真实的符合地质模型，现在新的粗化技术还在发展。21世纪数值模拟技术发展体现在两方面，一方面是一体化模拟技术，数值模拟将不只是对油藏的模拟，数值模拟将对油藏，井筒，地面设备，管网以及油气处理厂进行一体化模拟，从而最优化管理油田。另一方面是定量进行属性不确定性分析，定量分析属性不确定性对计算结果的影响。

在计算机上实现一个特定的计算，非常类似于履行一个物理实验。这时分析人员已跳出了数学方程的圈子来对待物理现象的发生，就像做一次物理实验。

数值模拟实际上应该理解为用计算机来做实验。比如某一特定机翼的绕流，通过计算并将其计算结果在荧光屏上显示，可以看到流场的各种细节：如激波是否存在，它的位置、强度、流动的分离、表面的压力分布、受力大小及其随时间的变化等。通过上述方法，人们可以清楚地看到激波的运动、涡的生成与传播。总之数值模拟可以形象地再现流动情景，与做实验没有什么区别。

立反映问题各量之间的微分方程及相应的定解条件。这是数值模拟的出发点。没有正确完善的数学模型，数值模拟就无从谈起。牛顿型流体流动的数学模型就是著名的纳维—斯托克斯方程（简称方程）及其相应的定解条件。

数学模型建立之后，需要解决的问题是寻求高效率、高准确度的计算方法。由于人们的努力，目前已发展了许多数值计算方法。计算方法不仅包括微分方程的离散化方法及求解方法，还包括贴体坐标的建立，边界条件的处理等。这些过去被人们忽略或

机可以显示动态过程，模拟的水平越来越高，越来越逼真。

在确定了计算方法和坐标系后，就可以开始编制程序和进行计算。实践表明这一部分工作是整个工作的主体，占绝大部分时间。由于求解的问题比较复杂，比如方程就是一个非线性的十分复杂的方程，它的数值求解方法在理论上不够完善，所以需要通过实验来加以验证。正是在这个意义上讲，数值模拟又叫数值试验。应该指出这部分工作决不是轻而易举的。

在计算工作完成后，大量数据只能通过图像形象地显示出来。因此数值的图像显示也是一项十分重要的工作。

三、 弹性回弹问题

通常实践会跟随着理论前进。但是在板材加工领域中，若使用了技术更进一步的材料，则有可能是退步的开始。弹性回弹在这里是主要问题。板材在机械应力的作用下弹性回弹使得已经完成变形加工的工件离开了人们所希望的“位置”。有一种新的模拟技术可以解决这个问题，在模拟软件中集成了全部补偿弹性回弹所需的模块。多年来，适合于深冲压加工的金属材料是板材变形加工中最常用的材料。

通常实践会跟随着理论前进。但是在板材加工领域中，若使用了技术更进一步的材料，则有可能是退步的开始。弹性回弹在这里是主要问题。板材在机械应力的作用下弹性回弹使得已经完成变形加工的工件离开了人们所希望的“位置”。有一种新的模拟技术可以解决这个问题，在模拟软件中集成了全部补偿弹性回弹所需的模块。

多年来，适合于深冲压加工的金属材料是板材变形加工中最常用的材料。在遇到问题时，人们清楚的知道如何解决，而弹性回弹也是人们能够掌握的一个问题。但这些普通的钢材必须退出现代化的高强度板材应用领域。因为新型材料在变形加工中有着很大的困难，多年来人们掌握的关于弹性回弹的经验在新材料的变形加工中毫无用处。高强度和超高强度的钢材或者铝合金材料在轻结构设计中起着重要的作用。但是比普通深冲压钢材更大的弹性回弹使人们很难确定它的用途。变形加工模拟和材料性能的预测因此变的非常困难。在高强度钢材的变形加工中，随着相变的出现材料晶格结构也发生了变化。这种现象在大多数金属材料模型中还没有出现过。

计算弹性回弹时，传统板材裂纹和褶皱失效理论是根据人们对板材延伸变化观察得出的。当弹性回弹发挥“作用”时，传统的失效预测模型已经无能为力了。此时起到关键作用的是应力，也就是说要有很高的精度等级。

四、 近净成形与轻量化

近净成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的成形技术。这个技术在我国得到了大力的发展跟推广，已经在生产，工业，科技领域上应用。

它是建立在新材料、新能源、机电一体化、精密模具技术、计算机技术、自动化技术、数值分析和模拟技术等多学科高新技术成果基础上，改造了传统的毛坯成形技术，使之由粗糙成形变为优质、高效、高精度、轻量化、低成本的成形技术。它使得成形的机械构件具有精确的外形、高的尺寸精度、形位精度和好的表面粗糙度。该项技术包括近净形铸造成形、精确塑性成形、精确连接、精密热处理改性、表面改性、高精度模具等专业领域，并且是新工艺、新装备、新材料以及各项新技术成果的综合集成技术。

传统的成形技术是建立在经验和实验数据基础上的技术，制定一个新的零件成形工艺在生产时往往还要进行大量修改调试。计算机和计算技术发展，特别是非线性问题的计算技术发展，使成形过程的模拟分析和优化成为可能，国外通过大量工作已经形成铸造、锻造、覆盖件冲压、模具CAD/CAM等多项商业软件，有力推动了近净成形技术发展，我国在模拟分析研究方面已经做了不少工作，但力

量分散，每个单位的投入都不足，单项研究多，成为商品软件的很少，现在国外成形软件相继进入国内市场，也暴露出成本高、不适合国情等问题。如何组织国内力量。从国情出发，把优势单位组织起来，开展工艺模拟和优化工作，开发先进适用软件，是当前应当解决的问题。

近净成形通常是大批量生产，需要建设自动生产线，需要有相应的机械手和机器人，由于工作环境的多样性，通常又在高温下工作，因此近净成形机械手和机器人与一般冷加工和装配用的机器人有不同特点，在国外针对不同成形工艺需要，通过多年工作已经掌握了一系列成形机械手和机器人的设计制造技术，我国生产用成形机器人和机械手除部分引进消化发展和自行开发能提供企业需要外，多数产品还需要研究开发或通过引进消化吸收发展，逐步形成系列化。

随着计算机及网络技术的发展近年来虚拟制造和网络制造在国外开始得到重视和发展，我国近净成形企业普遍规模较小，技术力量不足，信息不灵。由于近年来我国网络信息业的迅速发展，我国一批科研机构和学校又积累了一批研究成果和软件，如果通过协会、学会、生产力促进中心多种途径把企业和研究单位、学校组织起来，开展虚拟制造和网络制造，进行有偿服务，有可能是科研成果商品化的有效途径，也将是提高行业整体技术水平的有效途径。

轻量化这一概念最先起源于赛车运动，它的优势其实不难理解，重量轻了，可以带来更好的操控性，发动机输出的动力能够产生更高的加速度。由于车辆轻，起步时加速性能更好，刹车时的制动距离更短。

主要指导思想：在确保稳定提升性能的基础上，节能化设计各总成零部件，持续优化车型谱。

汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%—8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。

在构建能源节约型环境友好型社会的同时，轻量化的应用会越来越普遍，也一定是将来机械行业发展的一个趋势。

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