3 铝合金控制臂锻造工艺可行性的非线性有限元分析
该零件的主要生产工艺过程如图3所示，其中预锻阶段是材料流动最为复杂的一个阶段，在模拟的过程中工件在该阶段出现了折叠裂纹缺陷，以下着重分析该成形过程中产生的缺陷问题。该缺陷的形成与工件与模具之间相对位置有着密切关系，在实际生产中可能出现的两种摆放位置如图4所示，两者最大的区别在于经过打弯后的工件的大拐角处与模具飞边桥部表面的距离不同，如图中圆圈部位所示，位置2的这个距离较大。
图3 主要生产工艺过程
(a) 位置1 (b) 位置2
图4 两种工件与模具的相对位置
(a) 位置1 (b) 位置2 图5 两种位置下出现的折叠裂纹
图5为两种不同位置在预锻过程的后期所分别对应的工件，从图中可以看出两种情况下的工件在大拐角部位都出现了折叠式裂纹。不同的是，位置1对应的裂纹在飞边部分，在后续的切边工序中将被切除，不影响工件本身的质量；位置2对应的裂纹在工件本体上，即使切除飞边也无法消除，这个裂纹会导致工件的报废。分析材料在成形过程中的流动情况可知，造成裂纹所在部位不同是因为折叠缺陷产生的时间不一样，在位置1的情形，折叠出现的时间比位置2的情形下要晚。在位置2的情形下，由于打弯件大拐角的内壁距离模具壁有一定的距离，随着上模的下压，材料会比较早的在空隙部分形成飞边，两翼的飞边随着压下量的不断增加而在拐角中心部位形成折叠并向内发展影响工件本身；相反，在位置1的情形下，由于模具壁的阻挡，两翼的飞边形成的较晚，所形成的折叠缺陷只停留在飞边部位，不影响工件本身的质量。
分析可知，折叠的出现与预锻工序开始的坯料位置有关：若位置摆放的合适，折叠裂纹时间晚，裂纹向内发展的距离较短，切边后将折叠裂纹切除。若位置摆放的不合适，折叠裂纹时间早，裂纹向内发展的距离较长，切边后将折叠裂纹仍将存在工件。这就是为什么在实际生产中，工件产品质量不稳定的原因，将在以后的生产中改进摆放位置，从而降低产品的报废率。 4 预制坯工艺参数灵敏度分析 4.1 正交试验设计
正交试验设计[6]是用“正交表”来安排和分析多因素问题试验的一种数理统计方法。传统的正交设计是确定各影响因子的水平组合，然后进行实验，分析实验结果。但由于受到各种因素的限制，有时进行实际实验比较困难，而随着计算机技术的发展，用FEM数值模拟技术来取代实际实验能够减少实验的时间和费用[7]，使设计变量的各种水平的组合易于实现。