直齒圓柱齒輪精鍛工藝參數(shù)優(yōu)化圍繞提升成形質(zhì)量、降低載荷、延長模具壽命等目標(biāo)，形成了數(shù)值模擬結(jié)合試驗、優(yōu)化算法建模、工藝結(jié)構(gòu)創(chuàng)新等多種實用方法，以下是具體分類介紹：
- 數(shù)值模擬結(jié)合試驗驗證法該方法借助專業(yè)仿真軟件模擬成形過程，搭配物理試驗驗證，能精準(zhǔn)優(yōu)化溫度、摩擦系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)，是目前應(yīng)用較廣泛的優(yōu)化方式。
- 仿真軟件模擬優(yōu)化：常用 Deform - 3D 等軟件構(gòu)建成形模型，模擬不同參數(shù)下金屬流動、應(yīng)力應(yīng)變分布等情況。例如有研究對摩擦系數(shù) 0.1 - 0.3、上模下行速度 1 - 10mm/s 的組合進行模擬，得出成形載荷的變化規(guī)律，最終找到載荷較小的參數(shù)組合；還有研究通過該軟件分析不同上模圓角半徑與模具磨損的關(guān)系，確定圓角半徑 6mm 為較優(yōu)結(jié)構(gòu)。
- 試驗輔助修正參數(shù)：通過高溫拉伸試驗測定 20CrMnTi 等常用齒輪材料的流變應(yīng)力曲線，確定 1150 - 1180℃的始鍛溫度窗口；也可采用物理試驗驗證仿真結(jié)果，比如通過腐蝕實驗觀察輪齒金屬流線，驗證擠壓成形工藝中參數(shù)設(shè)置對齒輪力學(xué)性能的保障作用；還有研究結(jié)合浮動凹模技術(shù)開展物理實驗，成功試制出高精度鋼制齒輪，同時驗證了齒腔分流工藝對降低載荷的有效性。
- 智能算法耦合代理模型優(yōu)化法針對多參數(shù)耦合、目標(biāo)復(fù)雜的優(yōu)化場景，該方法通過構(gòu)建代理模型擬合參數(shù)與成形效果的關(guān)系，再用智能算法求解較優(yōu)參數(shù)組合，效率和精度較高。例如在直齒齒輪熱鍛參數(shù)優(yōu)化中，先以變形溫度、摩擦因子等為設(shè)計變量，以 “突耳” 體積為優(yōu)化目標(biāo)，采用 ILCVT 采樣方法采集訓(xùn)練樣本，通過 Deform - 3D 仿真獲取不同參數(shù)下的成形數(shù)據(jù)；接著用 Kriging 模型擬合參數(shù)與 “突耳” 體積、較大應(yīng)力的隱式關(guān)系；最后改進模擬退火算法的擾動模型和溫度衰減方式，快速搜索到較優(yōu)參數(shù)組合，有效降低了成形缺陷。
- 工藝結(jié)構(gòu)創(chuàng)新優(yōu)化法該方法通過設(shè)計特殊工藝結(jié)構(gòu)或復(fù)合工藝，間接優(yōu)化成形參數(shù)的適配性，解決齒形難填充、載荷過大等問題。
- 分流結(jié)構(gòu)優(yōu)化：常見的有齒腔分流和坯料分流兩種方式。齒腔分流是在凹模齒腔頂端設(shè)分流型腔，金屬充填超標(biāo)準(zhǔn)齒腔時即可停止加載，大幅降低成形載荷；坯料分流則是通過優(yōu)化坯料分流孔尺寸，研究發(fā)現(xiàn)孔徑 25mm 的毛坯能實現(xiàn)內(nèi)孔收縮與齒形填充同步進行，而孔徑過大或過小會導(dǎo)致填充缺陷，該方式可使載荷較實心毛坯降低約 2%。此外，開設(shè)飛邊孔、分流槽等結(jié)構(gòu)，也能使較大成形載荷下降超 100kN。
- 復(fù)合成形參數(shù)匹配：采用鐓粗 - 預(yù)鍛 - 終鍛復(fù)合工藝時，需優(yōu)化各工步參數(shù)匹配。比如將鐓粗比控制在 2.0 - 2.5，預(yù)鍛變形量設(shè)為 40% - 50%，終鍛變形量 20% - 30%；終鍛階段將速度降至 5 - 10mm/s 并保壓 1 - 2s，確保齒頂填充完整。同時搭配中頻感應(yīng)加熱與紅外測溫閉環(huán)控制，使坯料心表溫差＜20℃，模具預(yù)熱至 250 - 300℃，減少熱沖擊帶來的尺寸誤差。
- 響應(yīng)面法與正交試驗法這類方法適合多因素、多水平的參數(shù)優(yōu)化，能高效篩選關(guān)鍵參數(shù)并確定較優(yōu)區(qū)間。例如在優(yōu)化模具磨損相關(guān)參數(shù)時，針對下模具預(yù)熱溫度、摩擦系數(shù)、上模進給速度三個參數(shù)，通過響應(yīng)面分析建立參數(shù)與模具磨損量的函數(shù)關(guān)系，最終確定下模預(yù)熱溫度 280℃、摩擦系數(shù) 0.27、上模進給速度 8.3mm/s 的較優(yōu)組合，顯著降低了模具磨損；而正交試驗法則常與數(shù)值模擬結(jié)合。
