针对硬质合金分瓣模具脱模过程的参数优化方法与流程

本发明属于计算机辅助脱模工艺，涉及针对硬质合金分瓣模具脱模过程的参数优化方法。

背景技术：

1、硬质合金分瓣模具广泛应用于硬质合金制品如棒材、管材、异形件等的压制成形工艺中，其脱模过程是指将压制成形后的硬质合金工件从模具中取出的操作环节。由于硬质合金材料具有高硬度、高脆性的特点，且分瓣模具由多个沿圆周分布的分瓣模块拼合而成，脱模过程中各分瓣模块与工件之间的接触状态复杂多变，脱模力的大小和波动情况直接影响工件的表面质量和尺寸精度，同时模具内部产生的应力分布状况也决定了模具的使用寿命和可靠性。在计算机辅助工程领域，有限元仿真技术已被广泛用于模拟脱模过程中的力学行为，但现有仿真方法通常仅针对单一参数组合进行模拟分析，缺乏对多个脱模工艺参数协同优化的系统化手段，难以在脱模力平稳性和模具应力均匀性之间取得最优平衡。

2、目前，针对分瓣模具脱模过程的工艺参数确定，工程实践中主要依赖技术人员基于经验进行试错调整，或者采用单因素轮换法逐一调整各参数后观测脱模效果。这种方式的不足之处在于：脱模过程中的顶出速度、脱模温度、保压时间、分瓣顺序以及顶出杆动作次序等多个参数之间存在复杂的耦合影响关系，单因素调整无法捕捉参数间的交互效应，试错过程周期长且难以获得全局最优的参数配置。此外，现有技术中对于脱模效果的评估指标较为单一，通常仅以脱模力峰值是否超过设备能力作为判断依据，忽略了脱模力在时域上的波动特性以及模具内部应力分布的局部集中程度，导致优化方向片面，无法有效指导实际生产中的参数设定。

3、随着计算机仿真技术和多目标优化方法的不断发展，利用仿真模型对脱模过程进行参数优化成为可能。然而，现有的一些多目标优化方法在应用于脱模参数优化时，往往需要构建代理模型或进行大量的迭代训练，计算开销大且对初始样本质量敏感，不适合工程现场的快速应用。同时，这些方法通常将脱模力峰值和最大应力值作为单独的优化目标，未能充分考虑脱模力波动幅值所反映的脱模平稳性以及应力梯度所表征的应力分布均匀性，导致优化结果在实际脱模操作中仍可能出现脱模冲击过大或局部应力超限的问题。因此，亟需一种能够直接基于瞬态动力学仿真结果、兼顾脱模力波动特性和应力分布均匀性的脱模参数优化方法，为硬质合金分瓣模具脱模工艺提供高效、可靠的参数决策支持。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

2、一种针对硬质合金分瓣模具脱模过程的参数优化方法，包括：

3、s1，获取目标分瓣模具的几何结构参数、硬质合金材料参数以及脱模设备的工作参数；

4、s2，根据所述几何结构参数和所述材料参数构建脱模过程的有限元仿真模型，设定脱模方向、约束边界和接触条件；

5、s3，获取待优化的脱模参数集合，针对所述脱模参数集合中的每个参数，在预设取值范围内生成多个候选参数组合；

6、s4，将每个候选参数组合分别作为输入条件，调用所述有限元仿真模型执行脱模过程的瞬态动力学仿真，获得每个候选参数组合所对应的脱模力随时间变化的曲线以及模具各分瓣模块内部的应力分布场；

7、s5，根据所述脱模力随时间变化的曲线，提取最大脱模力值作为脱模力峰值，提取脱模力值在单位时间内的最大变化幅度作为脱模力波动幅值；

8、s6，根据所述应力分布场，提取每个分瓣模块内部的最大应力值，并提取每个分瓣模块内沿脱模方向的应力变化率作为应力梯度；

9、s7，计算每个候选参数组合的脱模力波动系数和应力集中系数，以脱模力波动系数最小化和应力集中系数最小化为优化目标，比较所有候选参数组合的脱模力波动系数和应力集中系数，筛选出非支配解集；

10、s8，从所述非支配解集中，根据各候选参数组合的脱模力波动系数和应力集中系数计算综合评价值，选取综合评价值最小的候选参数组合作为优化输出参数。

11、进一步地，所述s3包括：

12、采用拉丁超立方抽样方法在所述预设取值范围内生成候选参数组合，所述预设取值范围根据所述脱模设备的工作参数中的顶出行程上限和顶出力上限以及所述几何结构参数中的分瓣接触面倾斜角度动态确定。

13、进一步地，所述有限元仿真模型中的接触条件包括各分瓣模块之间的接触面摩擦系数随脱模温度变化；

14、在瞬态动力学仿真过程中，每个时间步的摩擦系数根据当前仿真温度从所述摩擦特性曲线中插值获得，并且当分瓣模块与工件之间出现相对滑动趋势时，采用动摩擦系数替代静摩擦系数。

15、进一步地，所述s5包括：

16、将所述脱模力随时间变化的曲线划分为多个连续的时间区间，在每个时间区间内，检测脱模力数值的所有局部极大值点和所有局部极小值点；

17、将所有时间区间内的全部局部极大值点对应的脱模力数值进行比较，取其中的最大值作为脱模力峰值；

18、对于每个时间区间，计算所有局部极大值点的脱模力数值的平均值作为该区间上峰值均值，计算该时间区间内所有局部极小值点的脱模力数值的平均值作为该区间下谷值均值，将上峰值均值与下谷值均值之差作为该时间区间的区间波动幅值；

19、计算所有时间区间的区间波动幅值的算术平均值作为基础波动值，计算所有时间区间的区间波动幅值的标准差作为波动离散度，将所述基础波动值与所述波动离散度之和作为脱模力波动幅值。

20、进一步地，所述s6包括：

21、针对每个分瓣模块，从所述应力分布场中读取该分瓣模块内部所有有限元节点上的应力张量分量，根据所述应力张量分量计算每个节点的米塞斯等效应力值；

22、比较该分瓣模块内所有节点的米塞斯等效应力值，将其中最大的米塞斯等效应力值作为该分瓣模块的最大应力值；

23、针对每个分瓣模块，在该分瓣模块内部沿脱模方向选取多条彼此平行的特征路径，各特征路径均匀分布在该分瓣模块的横截面上；

24、在每条特征路径上等距选取多个采样点，读取每个采样点处的米塞斯等效应力值，计算相邻采样点之间米塞斯等效应力值的差值与采样点间距的比值作为该相邻点对的局部应力变化率；

25、将一条特征路径上所有相邻点对的局部应力变化率取均方根作为该特征路径的路径应力变化率，将该分瓣模块内所有特征路径的路径应力变化率的算术平均值作为该分瓣模块的应力梯度。

26、进一步地，所述应力集中系数基于各分瓣模块的最大应力值和应力梯度按照预设的加权规则计算得到，具体包括：

27、对于每个分瓣模块，将该分瓣模块内部所有有限元节点的米塞斯等效应力值取算术平均值作为该分瓣模块的平均应力值；

28、将该分瓣模块的最大应力值除以该分瓣模块的平均应力值，所得的比值作为该分瓣模块的局部集中系数；

29、统计所有分瓣模块的局部集中系数，计算所有局部集中系数的最大值和所有局部集中系数的算术平均值，并计算所有局部集中系数的样本标准差；

30、对于每个分瓣模块，获取该分瓣模块的应力梯度方向向量与脱模方向向量之间的夹角，当该夹角小于预设的角度阈值时，对该分瓣模块的局部集中系数施加方向放大因子，将该分瓣模块的局部集中系数乘以所述方向放大因子得到调整后局部集中系数；

31、当该夹角大于或等于角度阈值时，不施加方向放大因子，调整后局部集中系数即为原局部集中系数；

32、重新统计所有分瓣模块调整后局部集中系数的最大值、算术平均值和样本标准差；

33、将调整后局部集中系数的最大值与算术平均值之差作为第一差异项，将调整后局部集中系数的样本标准差作为第二差异项，对第一差异项赋予第一权重，对第二差异项赋予第二权重，将第一差异项与第一权重的乘积加上第二差异项与第二权重的乘积，所得之和作为基础集中系数；

34、再检查所有分瓣模块中任意两个相邻分瓣模块的调整后局部集中系数之间的差值，若存在相邻模块差值超过预设的差值阈值，则将所有超过差值阈值的相邻模块差值取平均值作为邻域差异项，将所述邻域差异项乘以邻域权重后加到所述基础集中系数上，所得结果作为该候选参数组合的应力集中系数。

35、进一步地，在选取综合评价值最小的候选参数组合作为优化输出参数之后，还包括将所述优化输出参数重新作为输入条件调用所述有限元仿真模型执行验证仿真，获得验证脱模力随时间变化的验证曲线和验证应力分布场；

36、从所述验证曲线上提取验证脱模力峰值，从所述验证应力分布场中提取所有分瓣模块中的全局最大应力值；

37、将所述验证脱模力峰值与脱模设备的顶出力上限进行比较，将所述全局最大应力值与硬质合金材料的屈服强度进行比较；

38、若所述验证脱模力峰值小于或等于所述顶出力上限并且所述全局最大应力值小于或等于所述屈服强度，则确认所述优化输出参数为最终有效参数；

39、若所述验证脱模力峰值大于所述顶出力上限或者所述全局最大应力值大于所述屈服强度，则缩小所述预设取值范围重新生成候选参数组合并重复执行后续步骤直至获得满足比较条件的优化输出参数。

40、进一步地，所述脱模参数集合包括顶出杆的顶出顺序和相邻顶出动作之间的时间间隔，所述顶出顺序指定每个分瓣模块所对应的顶出杆在脱模过程中的启动先后次序，所述时间间隔指定相邻启动的顶出杆之间的等待时长；

41、在生成候选参数组合时，顶出顺序的取值范围为所有分瓣模块对应的顶出杆编号的全排列，时间间隔的取值范围根据脱模设备的最小响应时间和最大允许间隔确定。

42、进一步地，所述有限元仿真模型采用显式动力学求解器进行瞬态动力学仿真，所述显式动力学求解器使用中心差分法对时间域进行离散，并在每个时间步中根据当前节点加速度更新节点速度和位移，同时根据接触条件计算接触力；

43、在仿真过程中设置质量缩放因子以控制稳定时间步长，所述质量缩放因子根据最小单元尺寸和材料波速确定；

44、设置接触穿透容差，当分瓣模块与工件之间的穿透量超过所述接触穿透容差时，在相应接触节点上施加惩罚力以修正穿透。

45、本发明属于计算机辅助脱模工艺技术领域，涉及针对硬质合金分瓣模具脱模过程的参数优化方法。通过获取模具几何结构、材料属性及脱模设备工作参数，构建脱模过程的有限元仿真模型；针对脱模参数生成多个候选参数组合，调用仿真模型执行瞬态动力学仿真，获得脱模力变化曲线和模具内部应力分布场；提取脱模力峰值和波动幅值以及各分瓣模块的最大应力值和应力梯度，计算脱模力波动系数和应力集中系数；筛选非支配解集并计算综合评价值以选取最优参数组合。本发明能够有效平衡脱模力平稳性与模具应力均匀性，降低脱模冲击和局部应力集中，减少试错成本，提高模具使用寿命和工件脱模质量，为硬质合金分瓣模具脱模工艺提供高效可靠的计算机辅助优化手段。