O forjamento de hardware é uma peça fundamental importante na fabricação de máquinas, cuja fabricação envolve uma interação física complexa com o campo. A fim de melhorar a qualidade do produto, reduzir os custos de produção e aumentar a eficiência da produção, a importância da simulação de campo multi-físico e design otimizado no processo de fabricação de peças forjadas de hardware é cada vez mais proeminente.
O forjamento de hardware tem uma ampla gama de aplicações em várias máquinas e equipamentos. Sua qualidade afeta diretamente a segurança e confiabilidade das máquinas e equipamentos. O projeto tradicional do forjamento do hardware depende principalmente da experiência, o ciclo de projeto é longo e o custo é alto. Além disso, o desempenho ideal do produto final não pode ser garantido. Com o desenvolvimento da tecnologia computacional e da tecnologia de simulação numérica, a simulação de campo multi-físico e o design otimizado tornaram-se gradualmente um suporte técnico importante no processo de fabricação de peças forjadas de hardware.
Uma série de trabalhos preparatórios são necessários antes de realizar a simulação de campo multi-físico e o projeto de otimização. Em primeiro lugar, o material adequado, como aço carbono, aço de liga, aço inoxidável, etc., deve ser selecionado de acordo com os requisitos do produto e sua composição química, propriedades mecânicas, propriedades tecnológicas, etc., deve ser testada e avaliada. Em segundo lugar, é necessário estabelecer modelos de simulação precisos, incluindo modelos geométricos, modelos de materiais, condições de contorno, etc., e definir os parâmetros de acordo com as condições reais de produção. Além disso, o trabalho de processamento de dados, incluindo limpeza de dados, análise de dados, visualização de dados, etc., é necessário para fornecer suporte para posterior análise de simulação e projeto otimizado.
A simulação multifísica de campos é realizada através da simulação computacional de peças forjadas de hardware, a fim de simular seu comportamento sob a ação de campos físicos complexos. Dentre eles, destacam-se o desenvolvimento de modelos de materiais, a delimitação da região de deformação, o cálculo de parâmetros como tensão térmica e energia de deformação. Durante a simulação, o modelo pode ser continuamente iterado e otimizado para obter resultados mais precisos.
Com base em simulações de campos multifísicos, é possível propor soluções para otimizar o projeto. O design otimizado é principalmente através do ajuste otimizado das propriedades do material, parâmetros do processo e assim por diante, a fim de melhorar o desempenho das peças forjadas de hardware e reduzir os custos de produção. Por exemplo, pode ser tomado para alterar propriedades como a força de rendimento do material, dureza, ou ajustar a temperatura de forjamento, taxa de deformação e outros parâmetros do processo, a fim de alcançar o objetivo de design otimizado. O processo de fabricação e as restrições de custo precisam ser totalmente consideradas ao realizar o projeto otimizado, a fim de garantir uma solução de projeto com forte praticidade e operacionalidade.
A melhor solução de projeto pode ser obtida através da análise e comparação dos resultados do projeto otimizado. Vários fatores, como melhoria de desempenho e redução de custos de produção, devem ser considerados de forma integrada na avaliação de soluções de projeto. Além disso, é necessário aprofundar a discussão e refinamento do esquema de otimização para resolver possíveis problemas e aumentar a confiabilidade do esquema.
Este trabalho apresenta a simulação de campo multi-físico e o projeto otimizado de peças forjadas de hardware, incluindo os aspectos de preparação prévia, análise de simulação, projeto otimizado e resultados e discussão. Através da simulação de campo multi-físico e design otimizado, a qualidade do produto e a eficiência da produção de peças forjadas de hardware podem ser significativamente melhoradas, reduzindo os custos de produção e fornecendo um forte suporte técnico para o desenvolvimento da fabricação de máquinas. No entanto, esta técnica ainda apresenta algumas limitações em sua aplicação, como questões de precisão e estabilidade do modelo de simulação, que precisam ser mais estudadas e aprimoradas. As futuras linhas de pesquisa podem incluir o desenvolvimento de modelos de materiais e algoritmos numéricos mais precisos, levando em conta mais efeitos físicos e fatores de influência, bem como a incorporação de técnicas de inteligência artificial para auxiliar o projeto, etc.
