O forjamento de hardware tem um papel importante na fabricação de máquinas. Sua qualidade de design e eficiência de produção afetam diretamente o desempenho e a vida útil dos produtos mecânicos. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia, a simulação computacional e o método de design otimizado são cada vez mais amplamente utilizados no projeto de peças forjadas de hardware. Este artigo irá apresentar métodos de simulação computacional e projeto otimizado de forjamentos de hardware, com o objetivo de ajudar a melhorar a qualidade do projeto e a eficiência da produção de forjamentos de hardware.
O projeto do forjamento de hardware precisa considerar muitos aspectos da mecânica, da ciência dos materiais e de outros fatores. Antes da simulação computacional ser aplicada em conjunto com métodos de projeto otimizados, os projetistas geralmente precisam realizar muita experimentação e acumulação de experiência para determinar a melhor solução de projeto. Este método não só consome tempo e mão-de-obra, como também é ineficiente no seu design, o que facilmente leva a um aumento dos custos de produção. Assim, a aplicação de métodos de simulação computacional e otimização de projetos tornou-se uma tendência importante no projeto de peças forjadas de hardware.
Técnicas de simulação computacional através de métodos de simulação numérica, vários parâmetros do processo de produção real são simulados e calculados para prever o desempenho e a habilidade do produto. No projeto de forjamento de hardware, os métodos de simulação computacional comumente utilizados incluem análise de elementos finitos (FEA) e análise de fluidos (CFD), entre outros. Através desses métodos, os designers podem obter rapidamente informações sobre o estresse, tensão, campo de temperatura e campo de fluxo de forjamento de hardware em várias condições de trabalho, para fornecer uma base para o projeto otimizado.
O projeto otimizado é um método moderno de projeto baseado em técnicas de simulação computacional, cujo objetivo é obter o melhor desempenho de uma solução de projeto, atendendo a uma variedade de restrições. No projeto de forjamento de hardware, o projeto otimizado inclui principalmente as etapas de construção do modelo, identificação de parâmetros e controle de deformação. De acordo com a demanda real, o designer precisa construir o modelo matemático correspondente e usar técnicas de simulação computacional para resolver o modelo. Através da comparação e análise dos resultados da simulação, os parâmetros na solução de projeto são continuamente ajustados e, finalmente, o projeto ideal é encontrado.
Para melhor ilustrar a aplicação da simulação computacional com o método de projeto otimizado no projeto de peças forjadas de hardware, foi escolhido um caso específico para análise. Uma empresa precisava projetar um novo forjamento de hardware, exigindo boa resistência ao desgaste e à fadiga em ambientes de trabalho de alta resistência. Inicialmente, realizamos cálculos de simulação de parâmetros como campos de tensão, deformação e temperatura para diversas alternativas de projeto através do método de elementos finitos e analisamos comparativamente seu desempenho. Após a comparação, encontramos um novo material de liga com melhores propriedades mecânicas e técnicas.
Em seguida, desenvolvemos um modelo matemático entre os parâmetros de propriedades dos materiais e as propriedades das peças forjadas, utilizando técnicas de simulação computacional para otimizar o processo de usinagem de novos materiais de liga. Ajustando continuamente os parâmetros do processo, como a temperatura de aquecimento, a quantidade de deformação e a taxa de resfriamento, obtemos finalmente o esquema ideal para o processo de forjamento. Comprovado pela produção real, este esquema permite que os forjamentos de hardware tenham boa resistência ao desgaste e resistência à fadiga, mantendo alta resistência, o que satisfaz as necessidades dos clientes.
Em comparação com os métodos tradicionais de design empírico, a simulação computacional e o método de design otimizado têm vantagens óbvias no projeto de peças forjadas de hardware. Em primeiro lugar, a tecnologia de simulação por computador pode obter rapidamente os parâmetros de desempenho em várias condições de trabalho, permitindo que os designers tenham uma compreensão mais abrangente do desempenho do produto e melhorem a eficiência do projeto. Em segundo lugar, o método de design otimizado pode fazer com que a solução de design alcance o melhor desempenho e melhore a qualidade e a confiabilidade das peças forjadas de hardware. Finalmente, a simulação computacional associada a métodos de projeto otimizados pode reduzir os custos de teste e fabricação e aumentar a competitividade das empresas no mercado.
Em suma, a simulação computacional e o método de projeto otimizado são importantes aplicações no projeto de peças forjadas de hardware. Combinando a tecnologia de simulação de computador com o método de design otimizado, os designers podem projetar e otimizar peças forjadas de hardware de forma mais eficiente. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia, é razoável acreditar que a simulação computacional e o método de design otimizado desempenharão um papel cada vez mais importante no projeto de peças forjadas de hardware, contribuindo para melhorar o nível geral da fabricação de máquinas.
