工矿及采矿用截齿温挤压精密成形工艺研究

通过有限元模拟与实验对普通轴对称类截齿、局部大尺寸类截齿和带旋转翼类截齿的温挤压精密成形工艺进行了研究,分别提出了镦挤工艺、浮动组合模具镦挤和镦挤联合径向挤压的复合挤压等新工艺.模拟和实验结果表明:新工艺解决了截齿挤压大高径比失稳、非轴对称径向旋转翼难充满等关键问题,工件成形质量良好.     

锻件镦粗成形的材料规格范围

从讨论圆型材用于镦粗成形时满足大多数工艺要求的条件及选择规格的方法入手,建立了"坯料质量-圆钢规格"直接关系式和关系图;进而讨论了方型材用于镦粗成形的条件,特别指出其高边比不能等同于圆型材的高径比.并介绍了"坯料质量-圆钢规格"直接关系式和关系图的应用意义,对编制锻造工艺提出了几点建议.     

自由镦粗工艺参数n和εhn的设计计算

从自由镦粗变形程度基本定义式，推导出了自由镦粗成形工艺的顶镦变形次数n和各次变形程度εhn，这两个自由镦粗变形基本工艺参数的设计计算公式，并举例说明了其应用方法。     

影响板料镦压力大小的因素及板料镦压力的计算

目的获取板料镦压成形力影响因素的规律以及合适板料镦压的成形力公式。方法分析板料镦压的类型和特点,选取圆形板料,通过deform进行模拟,得到材料、工件直径、工件厚度、摩擦润滑条件等因素对板料镦压成形力的影响情况,对镦压工况下的断面缩减率进行求解,综合棒料镦粗和棒料挤压提出板料镦压力计算的数学模型。结果板料镦压比棒料镦压的阻力大很多,并且存在厚度变小时"压力骤增效应";实心板料镦压状态下,按径向挤压过程理解,其断面缩减率R值为d/(d+4t);基于提出的板料镦压力计算模型,当宽厚比分别为2,4,6,8,10时,m值分别选取为2,0.5,0.25,0.1。结论材料的屈服极限和硬化指数较小,增加坯料厚度,减小坯料直径,减小摩擦因数,在一定范围内可以降低成形力;随着宽厚比增大,镦压力增大。     

基于钉杆变形均匀性的锥形半圆头铆钉优化设计研究

目的 针对铆接过程中铆钉钉杆发生镦粗变形,其变形的均匀性影响连接接头力学性能的问题,提出一种钉杆带有锥度的变径铆钉,以改善钉杆变形的均匀性.方法 基于三维有限元仿真方法,对准静态铆接过程进行仿真,获取锥形与常规半圆头铆钉在铆接后钉杆变形情况,同时对比分析板材残余应力变化情况.最后建立由钉杆变形均匀度与铆钉尺寸以及镦头高度组成的灰色系统,并通过对该系统进行关联度计算分析,确定铆钉尺寸及镦头高度对均匀度的影响.结果 锥形铆钉铆接后钉杆均匀性优于常规铆钉.使用不同铆钉进行铆接,板材残余应力有着相同变化趋势.铆钉尺寸、镦头高度对钉杆变形均匀度的关联度计算结果分别为0.608和0.596,铆钉尺寸变化对均匀度的影响大于镦头高度变化.结论 锥形铆钉对钉杆变形均匀性的改善有良好效果.     

含夹杂坯料镦粗的有限元分析

采用有限元数值模拟方法分析不同镦粗工艺对夹杂物的弥散作用.建立了常用的平砧镦粗、锥形砧镦粗和凹面砧镦粗等3种计算模型,通过对镦粗过程中夹杂物的应力应变集中程度、基体损伤值、夹杂物间距的结果分析,认为锥形砧镦粗工艺最好.     

Φ6 mm–2A10铝合金棒材电磁镦粗变形机理数值仿真研究

目的 针对块体材料在高应变速率成形过程中应力、应变结果等很难获得的情况,通过数值模拟方法揭示其变形机理。方法 将电磁成形技术和镦粗工艺相结合,建立电磁镦粗电磁场–力场数值耦合模型,同时进行相应的工艺试验,通过对比仿真和试验得到的鼓形特征验证模型的准确性,利用数值模型获得电磁镦粗的加载特性,分析电磁镦粗试样内部的应力和应变状态。结果 电磁镦粗试样的数值模拟结果与试验结果的最大径向相对误差为5.1%,平均径向相对误差为2.84%;驱动片上磁压力的峰值在时间上大致位于第1个周期的1/4处,在空间上大致位于驱动片半径的5/8处;冲头的最大冲击速度达13.9 m/s,在该冲击速度下电磁镦粗试样内部的应变速率达7 700 s⁻¹;电磁镦粗试样内部的金属塑性流动不均、不同区域的应力状态差异和绝热温升所导致的应力–应变分布与常规镦粗的类似。结论 证明了所建立的电磁镦粗电磁场–力场数值耦合模型的准确性和电磁镦粗工艺的可行性。     

变形温度对TA15合金组织和性能的影响

研究了变形温度对原始坯料为片状组织的TA15合金显微组织和性能的影响.随着变形温度(1030～930℃)的降低,合金的室温抗拉强度、延伸率及断面收缩率均增加.β区变形的镦粗试样为片状组织,在剧烈变形区和自由变形区,1080℃变形时β晶粒的动态再结晶程度比1030℃高.两相区变形镦粗试样的显微组织为过渡型组织,难变形区和剧烈变形区及自由变形区组织差别较大.     

镍基高温合金微型涡轮盘热塑性成形工艺

目的 研究GH4698微型涡轮盘热塑性成形工艺。方法 采用有限元软件Deform-3D对镍基高温合金微型涡轮盘模锻过程进行数值模拟分析,研究坯料不同高径比、不同模锻温度下涡轮盘成形的最大载荷值、等效应力、等效应变、速度场的变化规律。结果 微型涡轮盘模锻过程载荷最大值随模锻温度升高而降低,温度和高径比对涡轮盘的凸台、直榫等部位的等效应力、等效应变影响有明显的差异。在涡轮盘路径1上,随着温度的升高,等效应力逐渐降低,变形更加均匀;随着高径比的增加,变形不均匀程度增大,高径比为1时等效应力的极大值最小;温度和高径比对速度场的影响较小。结论 温度和高径比对GH4698微型涡轮盘锻造变形行为有显著的影响,选择合适的模锻工艺参数可以有效降低成形载荷,并获得使用性能较好的微型涡轮盘。     

液钽电容器外壳用深冲EB钽带加工工艺研究

本文通过对锻造、轧制及热处理工艺的研究,测试了材料的力学性能、晶粒度及金相组织,确定最佳工艺为轴向镦粗径向拔长＋三向循环镦粗拔长的锻造工艺,换向轧制的开坯轧制工艺,950℃×90 min的热处理工艺,该工艺制备的材料符合性能要求。     

FGH96合金反复镦拔与挤压缺陷对比分析

对FGH96合金反复镦拔变形与挤压变形两种制坯工艺的夹杂缺陷水平进行了比较,并分析了不同变形状态下非金属夹杂物的形变特性。结果表明:反复镦拔变形后,锻件内检测到的非金属夹杂物数量有不同程度的增多,超标缺陷成倍增长;而FGH96合金挤压+等温锻造变形后,锻件内检测到的非金属夹杂物数量明显减少,纯净度水平有大幅提高。从微观夹杂物形貌的变形特性来看,等温锻造变形时在垂直于变形方向合金中夹杂物缺陷的尺寸增大;反复镦拔变形时,合金中原有非金属夹杂物缺陷聚集使可检测到的缺陷面积增大;而在挤压变形过程中,夹杂物缺陷在挤出方向被拉长成不连续的线状,每个方向上夹杂物的面积均减小;FGH96合金挤压+等温锻造变形后夹杂缺陷的大小主要由挤压变形后夹杂缺陷破碎情况决定;因此大挤压比变形可有效破碎合金中非金属夹杂物,改善锻件质量。     

Ti–6Al–4V钛合金筋板类吊挂锻造成形工艺优化及模具磨损研究

目的 改善Ti–6Al–4V筋板类吊挂锻件成形缺陷,降低模具磨损。方法 通过对原始工艺中存在的折叠、充填不满等缺陷进行分析,揭示局部飞边高度对锻件充填的影响,进而优化终锻模具局部飞边高度;通过增加预锻件筋条等几何特征,对预锻模具结构进行优化设计,并分析塑性变形时筋条区域金属材料的流动情况。结合BP神经网络技术,分析锻造工艺参数对终锻模具磨损的影响,并对工艺参数组合进行优化设计。结果 基于局部飞边高度对锻件充填效果的影响规律,确定最佳局部飞边高度为4 mm;通过增加预锻筋条优化预锻件结构,从而有效避免折叠缺陷;将BP神经网络技术与数值模拟结合,得到了最优工艺参数组合,有效降低了锻造模具的磨损量。结论 通过实际锻造生产试验对模拟分析结果进行了验证,固化了最佳模具结构与工艺参数组合,获得了变形均匀且无工艺缺陷的钛合金发动机吊挂锻件。     

Heat Transfer Characteristics of Billet/Die Interface and Measures to Relieve Thermal Stress for Hot Forging Die

The interfacial heat transfer coefficient (IHTC) shows the heat transfer capacity at the billet/die interface during the hot forming process, which affects the temperature gradient in the die that may potentially induce high thermal stress. Consequently, this determines the service life of the die. In this paper, a set of experimental equipments were used to identify the IHTC and the upsetting test of superalloy Inconel718 (GH4169) was carried out on the hot flat die to evaluate the IHTC characteristics after the billet heating and die preheating temperature, holding time, and billet deformation rate. The results indicated that the billet heating temperature has a minimal role in IHTC but the other components have a great impact on IHTC. Among them, the billet deformation rate has influenced the IHTC the most. In the die preheating temperature ranging from \(150\,^{\circ }\hbox {C}~\hbox {to}~400\,^{\circ }\hbox {C}\), it was found that the preheating temperature was proportional to IHTC. A high preheating temperature that leads to a high IHTC was found unfavorable in relieving the die surface thermal stress, and also weakened the die hardness and strength. The IHTC declined with the increase in the holding time as a result of the billet oxidation. Based on these findings, the composite ceramic and polymetallic heat-resistant coatings on the die surface were prepared, respectively, to relieve the thermal stress of die surface by reducing IHTC. It showed that both of the treated dies could effectively reduce the IHTC, blocking the transferred heat from the hot billet and making it applicable to the different hot forging events.     

Formability of Ti14 alloy during semisolid deformation

Abstract

The semisolid formability for Ti14, an α+Ti₂Cu alloy, is compared with the conventional warm formability from the point of forgeability. The forgeability is evaluated by upsetting and die forging tests. The results show that excellent upsettability with the upsetting reduction in height of 70–85% and low upsetting force could be obtained in semisolid state ranging from 1000 to 1100°C, which is better than that in conventional processing. Die forging tests also show excellent workability with a forging ratio of 75% at the temperature range of 1000–1050°C. It can be concluded that the existence of liquid may serve to relax the stress concentrations caused by solid deformation, which causes low deformation resistance and results in improvement of forgeability. Furthermore, dynamic recrystallisation occurred during thixoforging, and the grain refinement was attained, which also results in the improvement of the semisolid formability.     

基于流线型凹模型腔的直齿圆柱齿轮冷挤压数值模拟分析

齿轮挤压属于体积成形,它是一个三维非稳态塑性成形过程,变形机制十分复杂。基于NURBS曲面构造流线型凹模型腔,用大变形刚塑性有限元数值模拟软件对圆柱直齿轮挤压过程进行了模拟。结果表明,采用流线型凹模型腔的连续性挤压成形,在改善角隅部分金属的充填性、减少变形突变以及提高变形分布均匀性等方面十分有效。这一结论可以作为齿轮挤压工艺设计的参考。     

凸缘的翻孔镦粗过程研究

目的研究不变薄凸缘的翻孔件的翻孔镦粗成形过程。方法采用有限元模拟软件ABAQUS,对不变薄凸缘的翻孔件的翻孔镦粗过程建立了平面二维对称的有限元模型,并进行了有限元计算分析;完成了模具设计,并在1000 kN的伺服压力机上进行了实验。结果当凹模圆角为1.2 mm,凸凹模间隙在0.80~0.86之间时,单次镦粗可以获得与初始坯料厚度一致的凸缘。结论凹模圆角大小及凸凹模间隙大小对不变薄凸缘翻孔凸缘质量有着重要的影响,并最终影响凸缘的镦粗过程。     

PEMFC金属双极板冲压成形数值模拟与实验

目的 研究金属双极板冲压成形过程中各工艺参数和模具结构参数对成形质量的影响。方法 采用Dynaform有限元分析软件对SS304双通道蛇形流道双极板冲压成形过程进行模拟。研究模具圆角半径、模具锥度、压边力、拉延筋等因素对双极板成形质量的影响。结果 增加模具圆角半径和模具锥度可防止双极板破裂。适当增大压边力能有效消除起皱缺陷,设置拉延筋能有效改善坯料流动情况,必要时需设置多重拉延筋使零件成形完全。当模具圆角半径为0.25 mm,模具锥度为0°,拉伸深度为0.5 mm,压边力大小为60 kN,并采用双重拉延筋的情况下,所成形的金属双极板质量良好,无破裂、起皱、成形不足等缺陷。结论 模拟结果与实验结果一致,验证了模拟结果的正确性,可见采用冲压工艺成形金属双极板是可行的。     

建筑用钢筋端头螺纹的高效精密滚压工艺及设备特性的研究现状

钢筋混凝土结构在大型建筑、道路桥梁、机场码头、核电等领域应用广泛,市场上高大工程建筑对大直径、超长钢筋的需求持续增加,超长钢筋由多根钢筋通过螺纹连接构成,实现每根钢筋连接端头螺纹的高效精密成形至关重要,是目前迫切需要解决的难题。分析了国内外钢筋两端螺纹的制造工艺,论述了钢筋端头螺纹滚压塑性成形的基本原理和工艺过程,对钢筋连接端头的剥肋尺寸、滚压模具的结构、工件与滚压模具之间的轴向运动以及滚压成形前模具的相位要求等多方面的问题进行了总结;对目前国内外钢筋端头螺纹滚压设备的基本原理、工作过程及其特点进行了总结,从而为建筑用钢筋两端螺纹的高效精密滚压成形工艺和设备技术的提升与推广奠定良好的基础。     

Ultrasound effect on structure and properties of Cu–0.5Cr under upsetting

ABSTRACT

We studied the effect of the regimes of ultrasonic action on the structural transformation during free upsetting with 50% reduction of the copper alloy Cu–0.5Cr. In the process of deformation, the samples were subjected to intermittent and continuous ultrasonic actions. It can be noted that the application of ultrasonic vibrations in the process of deformation leads in both cases to a reduction in yield strength. Under a continuous ultrasonic action with a power of 640?W, the most developed structure is formed, with a fraction of high-angle boundaries equal to 32.4%, with the lowest values of coherent scattering regions, density of dislocations and microdistortions, while the decline in yield strength of the material under deformation is 40?MPa.

This paper is part of a Thematic Issue on Copper and its Alloys.     

法兰盘热挤压工艺设计

以法兰盘为研究对象,对法兰盘进行了结构及工艺性分析,并对变形程度进行了校核,拟定了先镦挤法兰和台阶,然后分步成形中心孔的工艺方案。 利用有限元分析软件对法兰盘成形过程进行了模拟分析,预测了法兰盘成形过程中的缺陷,缩短了试模周期。 用方案一镦挤法兰和台阶时变形量过大,无法同时成形,因此提出先成形法兰后成形台阶的方案二,但成形台阶时坯料受力不均匀且变形量很大,也无法成形。方案三先成形台阶,后成形法兰,最后反挤中心孔,并对成形过程各工步成形载荷进行了校核,结果显示,各工步成形效果良好,单工步最大载荷及总的载荷均满足设备要求。