电流辅助高强钢板热成形工艺数值模拟研究

目的探究电流辅助高强钢板热成形工艺中坯料自阻加热的加热机理,揭示电一热一力三场耦合条件下金属板材的塑形变形规律,为工艺方案及工艺参数的制定提供理论依据。方法利用FEM软件对电流辅助高强钢板的热成形过程进行了数值模拟研究。结果获得了通电加热时坯料的温度场,并通过热一力耦合分析,得到了板材热成形时的应力及应变的分布规律。结论采用该加热方式可极大地提高加热速率,经过几十秒的加热即在变形坯料上获得了较均匀的温度场,满足板材热成形要求。应力、应变分析表明,加热时产生的压应力缓解了坯料变形时的应力集中,有助于板料塑性成形。     

发动机泵体精密热模锻成形工艺研究

目的为了提高发动机泵体综合机械性能和降低制造成本,采用精密热模锻技术来实现泵体的精确成形。方法通过确定锻件分模面位置,建立了泵体精密热模锻几何实体模型;在此基础上,建立了泵体热模锻过程三维有限元模型和模拟参数,实现了精密热模锻过程有限元模拟模型。结果通过数值模拟,获得了成形过程中坯料的速度场、等效应变场和温度场及载荷-行程曲线,揭示了泵体热模锻过程中金属充填模具型腔的情况及其变形机理,获得了温度场应变分布以及载荷、打击能量随行程的变化规律,优化了预成形时拍方坯料长度等参数,为确定成形工艺参数提供了科学依据。结论经试验验证,新工艺成形的锻件非加工外形面尺寸精度达到了零件要求,数值模拟结果与实验结果一致。     

斜盘式汽车空调压缩机双头活塞成形坯料研究

目的 研究坯料形状对汽车空调压缩机双头活塞锻造成形质量的影响,以期提高材料利用率,获得成形质量良好的零件.方法 基于有限元数值模拟及物理试验,对不同坯料形状的成形结果进行对比研究,分析坯料形状对成形过程中金属流动行为和成形质量的影响.结果 模拟表明成形零件的A和B区域时,载荷缓慢上升,成形零件C区域时载荷急剧升高,圆柱成形载荷为230 t,异形坯成形载荷为180 t.异形坯向零件两端转移了更多的金属,使型腔A和B区域飞边槽内金属体积少于圆柱坯.物理试验表明异形坯成形结果良好.结论 通过合理减小坯料长度和宽度、增加坯料高度,使材料利用率提高了7.91％,成形载荷降低了21.7％.     

薄壁筒形件粘性介质外压缩径失稳起皱分析

缩径成形受筒坯稳定性的影响,容易产生失稳起皱,很难成形出缩径量较大的零件.提出了采用粘性介质外压缩径工艺成形直径变化量较大的薄壁异形曲面筒形零件新方法.针对坯料端部约束和自由条件下的失稳起皱问题进行了试验和有限元模拟,分析了试件失稳起皱过程中几何形状和应力的变化规律.研究表明,约束坯料端部可以改善试件失稳起皱后的应力分布规律,有利于消除褶皱,在较高粘性介质压力条件下可以直接成形出缩径量为15%的试件.     

球面挤压成形金属流动规律的数值模拟研究

为实现以挤压方法代替传统的钻锪工艺来成形球面定位孔,利用刚塑性有限元方法对圆孔的球面挤压成形过程进行数值模拟研究,分析了球面挤压过程中金属的流动规律,并研究了不同预冲孔直径板料挤压后孔径的变化.结果表明:整个成形过程金属的流动规律是先扩孔后缩孔;合理选择预冲孔尺寸是控制挤压成形后孔径尺寸精度的关键.     

辊锻制坯模锻长轴类零件的模拟研究

根据所研究零件纵向截面变化较大的特点,设计出辊锻制坯方案来对坯料的纵向进行体积重新分配.经过体积重新分配的坯料在模锻过程中金属流动较直接模锻更为简单,从而避免了折叠等成形缺陷的产生,同时降低了模锻成形栽荷和对设备的要求。通过Deform-3D对辊锻及模锻过程进行模拟并分析其载荷及速度场,得到了较好的结果。     

基于预锻成形腔的直齿圆柱齿轮冷挤压数值模拟分析

直齿圆柱齿轮冷挤压坯料在塑性成形过程中属于三维变形,由于变形复杂,带来成形压力大,填充困难及模具寿命低等问题.建立了基于流曲线和等截面理论的流线型预锻成形腔,通过刚塑性有限元软件对挤压过程进行了数值模拟.结果表明,流线型挤压腔符合金属流动规律,可有效提高金属坯料在角隅的填充能力,减少变形突变和成形压力.     

半固态等温热处理制备非枝晶组织合金坯料的研究进展

半固态等温热处理作为一种比较有发展前途的非枝晶组织坯料制备方法,对其展开研究将有助于丰富半固态金属成形理论和加速该技术的工业化应用.在半固态等温热处理制备非枝晶组织舍金坯料已取得研究成果的基础上,回顾了该技术在工艺因素对非枝晶组织形成的影响、非枝晶组织的形成机理和非枝晶组织坯料的压缩变形特性等方面的研究进展,指出了该技术目前在这些方面还存在的问题,并展望了今后的发展方向.     

基于有限元法的轮毂成形工艺对比

目的对比某型号轮毂成形的工艺方案。方法对轮毂在不同条件下的成形过程进行了数值模拟和实验研究,分析成形工艺对应力分布、应变分布、金属流动速度场、成形载荷及内部组织的影响。结果坯料在800℃下采用闭式模锻所需成形载荷小,模具结构较简单,内部组织为粒状珠光体,力学性能优于其他2种方案下的内部组织魏氏体。结论闭塞式挤压和闭式模锻成形等效应力、等效应变、金属流动速度场、成形载荷及内部组织各不相同。模拟结果可以指导实际生产中工艺方案的选择。     

TA15钛合金筒-锥复合曲母线构件旋压成形工艺研究

TA15钛合金作为一种高比强度结构材料具有良好的室温和高温强度、热稳定性能,广泛应用于飞机、导弹和发动机等飞行器,实现关键受力构件的减重要求.本文针对钛合金筒-锥复合曲母线构件的特点,重点开展了TA15钛合金薄壁曲母线构件热旋压成形技术的研究,采用剪切旋压预成形,强力旋压/普通旋压多道次复合旋压终成形的工艺方案,获得了成形质量较好的TA15钛合金筒-锥复合曲母线旋压件.建立了多道次曲母线构件的有限元模型,结合旋压实验解释了强旋/普旋复合成形过程中出现的典型缺陷产生机制.对热旋压过程坯料的显微组织观察分析发现,剪切旋压对显微组织具有一定程度的晶粒破碎作用,多道次强旋/普旋复合旋压成形后显微组织沿构件轴向和切向都发生伸长.经历剪切旋压和多道次强旋普旋复合旋压成形后,坯料的微观组织更加细化,且均匀性得到改善.TA15钛合金旋压成形工件的单向拉伸实验结果表明,相对于原始坯料旋压件强度明显提高,塑性略有下降.     

变温度场下楔横轧端头凹心数值模拟研究

目的研究楔横轧凹心产生的原因以及变温度场对端面凹心的影响。方法采用数值模拟的方法,详细分析了楔横轧变形规律下凹心产生的原因。同时利用Deform-3D用户子程序方式,给轧件端部添加一定形式的变温度场,分析了变温度场改善凹心缺陷的机制;研究了变温区表面温度与变温度场长度对凹心深度的影响。结果楔横轧凹心是由轧至极限料头长度Imin时,端面金属变形不均匀引起的,凹心深度随着变温长度的增加和变温区表面温度的减小而减小,结论所提变温度场楔横轧轧制工艺,可以有效改善端面变形的均匀性,添加此变温度场可以有效减小楔横轧凹心深度。     

非对称楔横轧成形轴类件成形过程仿真分析

目的研究非对称楔横轧轧制单轴类件的成形过程。方法利用有限元技术仿真分析了非对称楔横轧轧制单轴类件的成形过程,获得了非对称楔横轧成形过程中轴的应力应变状态,以及轧制力与接触面积关系的变化曲线。结果仿真分析结果表明,单轴成形过程中,横截面切应变近似呈中心对称分布,由心部沿与水平方向夹角45°的方向呈半拉伸状态,呈椭圆成形特征。结论轧制楔入段需要较大的轧制力,克服材料塑性变形产生的抗力;展宽和精整段,轧制力和模具与轧件的接触面积呈线性增长趋势。     

Role of Friction in Cold Ring Rolling

1. Introduction Cold ring rolling is a main technology used to manu- facture various precise seamless ring shape parts. It has been increasingly used in many industrial fields such as bearing, machine, automobile, petrochemicals, aeronau- tics, astronautics and atomic energy because of its many technical superiorities such as considerable saving in en- ergy and material cost, high quality, high efficiency, and low noise, etc. To research and develop advanced precise cold ring rolling technolog…     

FE analysis of coupled thermo-mechanical behaviors in radial–axial rolling of alloy steel large ring

Radial–axial rolling of alloy steel large ring (ASLR) is an advanced plastic forming process with complex coupled thermo-mechanical deformation behaviors which have significant influences on the microstructure and properties of the product. In this paper, the stable forming conditions and ranges of key forming parameters for the radial–axial rolling process of ASLR are determined reasonably. Then a 3D elastic–plastic and coupled thermo-mechanical FE model of radial–axial ring rolling is explored using the dynamic explicit code ABAQUS/Explicit, and its reliability is verified theoretically and experimentally. Using FE simulation and analysis, the effects of key forming parameters on the uniformity of deformation and temperature distribution of ASLR are investigated. The main results show that: (1) The deformation and temperature distribution of the ASLR are nonuniform in radial–axial ring rolling. The PEEQ gradually decreases from the surface region to the central region of the ASLR while the temperature distribution is reverse. The largest PEEQ and smallest temperature appear in the edge region of the ASLR. (2) With increasing the feed speeds of rolls, initial temperature of blank or decreasing the rotation speeds of rolls, the deformation of the ASLR becomes more uniform. (3) With increasing the feed speeds of rolls, rotation speeds of rolls or decreasing the initial temperature of blank, the temperature distribution of the ASLR becomes more homogeneous. (4) The friction coefficient has a slight effect on the uniformity of deformation and temperature distribution of the ASLR. The results provide an important basis for improving the microstructure and forming quality of ASLR through optimization of forming parameters.     

大断面收缩率楔横轧成形工艺改进

目的研究大断面收缩率一次轧制成形的可行性,降低材料利用率。方法以某型号变速箱二轴为研究对象,将原来的二次楔轧制改为一次楔轧制,用有限元软件对改进前后工艺进行模拟分析,获得了等效应变、应力场分布和轧制力矩的变化。结果模拟结果表明,一次楔轧制变速箱二轴是可行的,料头尺寸得到了减小。一次楔轧制的端头的应力小于极限应力,没有产生缩颈等缺陷。结论改进后的工艺切实可行,节省了材料,而且方便了模具的加工制造。     

基于响应面法的楔横轧非对称轴类件轴向平衡研究

楔横轧非对称轴类件时由于存在较大不平衡的轴向力,会产生轴向窜动并导致台阶缺损和表面重皮等质量缺陷.为了减小不平衡的轴向力,目前一般采取的方法是结合工艺参数对楔横轧力能参数的影响规律,利用数值模拟手段,通过多次预设计工艺参数并反复试算以获得能使左右两端轴向力相等或近似相等的最佳工艺参数.该试算方法计算量大、繁琐、不直观,且需逐个零件进行,通用性差.本文通过利用中心组合实验设计并结合响应面法获得轴向力的响应曲面图,利用轴向力等值线选取工艺参数以保证非对称轴类件楔横轧的轴向平衡,本方法简单、直观,极大地节省了工艺参数选择所需时间,缩短了非对称轴类件楔横轧的模具设计周期.     

连杆无飞边锻造工艺及模具系统研究

目的研究连杆无飞边锻造工艺,以及闭模锻造过程中中间工序件的设计和所需的模具系统。方法通过建立有限元模型,分析连杆的预锻和终锻过程中金属流动长度、成形载荷和模具寿命,为模具设计提供数据支持。结果数值模拟结果表明金属充模效果良好;连杆大端主要在预锻中成形,而连杆小端和杆部主要在终锻中成形;预锻和终锻的最大成形载荷分别为437 t和850 t;连杆大端的模腔圆角为模具失效危险区。结论通过辊锻制坯、预锻分配物料和终锻精密成形,实现了连杆的无飞边锻造。     

钢管三辊斜轧空心减径过程研究

借助有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,研究钢管三辊斜轧空心减径过程中送进角与钢管变形状况,尤其是与壁厚的关系。试图通过分析不同送进角的条件下,轧件变形区内应力-应变分布,壁厚变化规律及轧制后毛管端面形状,确定钢管斜轧空心减径的可行性和有效性。     

平面应变模具尺寸差对金属流变及其力能的影响

采用MARC/Superform有限元软件对平面应变压缩过程进行了二维有限元分析,分析了上下模具尺寸不相等时,对金属流变规律及其力能参数的影响.同时应用滑移线场理论对端部的滑移线场进行了分析,分析了金属的流动情况,进一步验证了有限元模拟结果的可靠性.研究结果显示:模具尺寸相等时,金属流动呈现对称分布;当上下两个模具尺寸不等时,金属流动呈现非对称分布,有剪切变形产生.而且随着模具尺寸差的增大,其交叉剪切变形越严重,总压力也增大,平均压力相对降低,这与异步轧制过程类似.所研究结果为异步轧制过程提供了一种新的物理模拟方法.     

Influence of the forming angle in cross wedge rolling on the multi-directional forging of crankshafts

In each industrial process for the production of crankshafts a low energy demand and a fast processing time are required. Crankshafts have a very complex geometry and are forged with a high percentage of flash compared to other forging parts. Recent research showed the feasibility of a flashless forging of crankshafts. One way to forge a flashless crankshaft within three steps is to use cross wedge rolling, multi-directional forging and final forging. This paper presents the investigation results regarding the influence of the forming angle α in cross wedge rolling on different parameters at multi-directional forging. First, the state of the art is presented. As a basis for the investigations the process development and tool design of cross wedge rolling and multi-directional forging are described. Afterwards the paper’s results regarding the influence of the forming angle α on flash generation, billet temperatures, forming degree, forming forces and effective strain will be presented as a parameter study. Generally, flash is generated because a rotation-symmetric billet is forced into an asymmetric movement. The influence of an increasing forming angle leads to a higher amount of flash at the bottom of the crankwebs.