工艺参数对楔横轧螺纹轴心部质量的影响

楔横轧轧制轧件时,轧件受两向压应力、一向拉应力作用,轧件心部可能产生疏松、裂纹等心部缺陷,采用Deform-3D三维有限元软件模拟了不同工艺参数条件下楔横轧轧制螺纹轴类件的成形过程,从理论上分析了各种工况下轧件内部易产生缺陷的应力应变的变化特点,得出齿高变化率和螺旋升角对轧件心部质量的影响规律。研究结果表明,齿高变化率较大或螺旋升角随螺纹齿形中径尺寸变化时,轧件心部应力、应变都较小。选取合适的工艺参数,螺纹轴内部不会出现心部缺陷。     

三辊楔横轧轴类件内部缺陷的分析

采用实验研究和有限元分析相结合的方法,研究了3种轴类件(实心件、空心件、带芯棒的空心件)在三辊楔横轧过程中轧件的内部缺陷.研究结果表明:实心件心部附近的环状区域易产生明显裂纹,而空心件能够有效的避开环状缺陷;方向交变的剪应力促使轧件心部附近孕育微观破坏,拉应力促进裂纹进一步扩展.实验采用带芯棒的空心件轧制,能够制备出高质量的轴件,为丰富三辊楔横轧加工理论及扩大应用范同提供理论依据与实验支持.     

小断面收缩率轴类件楔横轧过程的数值分析

使用Deform软件,对楔横轧小断面收缩率轴类件进行模拟分析,得到了小断面收缩率轴类件的应力-应变规律。模拟结果显示：楔横轧小断面收缩率轴类件的主要成形发生在展宽段,在轧件与模具接触的区域,轧件的三向应力均为压应力,且压应力的值较大,在轧件的中心区域,横向应力为拉应力,其值达到25 MPa左右,轴向应力为拉应力,其值达到35 MPa左右,轧件易产生缩松、裂纹等缺陷;小断面收缩率轴类件的对称横截面出现椭圆化,椭圆度值可达到2．28%;对楔横轧小断面率轧件进行金属流动性分析,发现轧件的变形主要发生在轧件的外层附近,在不同的横截面上,截面离对称横截面越远,轴向位移的值越大;在轧件的端面上选取P1, P2, P3, P4这4点,轧件的外层P4处轴向位移大,轧件的心部P1处轴向位移小,导致轧件出现了凹心现象。     

连铸大圆坯V形四砧径向锻造应力应变分析

为明确连铸大圆坯V形四砧径向锻造金属变形的特点,采用有限元分析软件Simufact模拟了四砧径向锻造过程,着重分析了锻件的变形渗透问题和心部轴向应力、平均应力的分布情况。四砧径向锻造锻件表层金属变形量较大,心部金属变形量较小,最小等效应变位于离端部一定距离的中心位置。锻造过程中,变形区心部的轴向应力为拉应力状态,心部轴向应力最大值随压下量的增加变化较小,在给定模拟条件下,锻件中心最大轴向拉应力为22 MPa。锻件在变形区的平均应力为负,变形区的应力状态为静水压力。锻件心部的静水压力明显小于表层,且随锻压压下量的增加,心部的静水压力增加,在给定模拟条件下,锻件中心最大静水压力为49 MPa。     

钛合金大型环件热辗扩成形应力-应变场演变规律的尺寸效应(英文)

基于可靠的钛合金大型环件热辗扩成形过程热力耦合三维有限元模型,研究并对比了不同尺寸环件的应力应变场演变规律。结果表明:对于不同尺寸环件的成形过程,当γ(整个成形过程的当量每转进给量分配比)减小时,成形结束时的Mises应力峰值可能从环件的驱动辊侧咬入点转移至芯辊侧咬入点,而等效塑性应变峰值有从环件外表面向内表面转移的可能性;当L(整个成形过程的当量变形区长度)增大时,成形结束时的Mises应力峰值可能出现在中间层。成形结束时Mises应力峰值和等效塑性应变峰值的位置是以上两方面综合作用的结果。在成形环件的变形区,环件表层金属处于三向压缩应力状态,中间层金属处于一向压缩、两向拉伸或者两向压缩、一向拉伸应力状态;整个环件处于一向压缩、两向拉伸应变状态。     

随焊冲击碾压减小应力变形防止热裂纹应变场分析

随焊冲击碾压法(weld with Trailing Impact Rolling，WTIR)是一种降低应力、减小变形防止热裂纹的新方法。文中分析了在前后冲击碾压轮作用下，焊缝金属塑性流动和应变场的变化规律，揭示了这种方法的机理。前轮周面内凹，迫使焊缝金属由焊趾处向焊缝中心流动，对处于脆性温度区间的焊缝金属施加一个横向挤压塑性应变，减小甚至抵消致裂的拉伸应变，防止了焊接热裂纹的产生。后轮缘稍向外凸，将焊缝金属冷却产生的压缩塑性变形充分碾开，减小了工件的应力和变形。试验结果表明，随焊冲击碾压能有效地防止焊接热裂纹的产生，将试件的纵向挠曲变形与横向收缩变形量控制到常规焊接状态的1／10和1／5左右，同时能将薄壁构件焊接残余应力控制到非常低的水平，甚至由拉应力状态转变为压应力状态，验证了应变场分析的正确性。     

J.T.S法对改善二辊楔横轧轧件心部质量的研究

楔横轧变形属于连续局部横压过程,基于中心压实法(即J.T.S法)有助于提高圆轴类棒料横压时内部质量,文章将J.T.S法应用于楔横轧,通过有限元模拟,研究了J.T.S法对二辊楔横轧轧件心部应力应变的影响。模拟结果表明,J.T.S法可以减小轧件心部横向拉应力,增加心部静水压应力,削弱了心部最大剪应变,有助于提高楔横轧轧件心部质量。同时,通过实验,验证了J.T.S法对提高楔横轧轧件心部内部质量的可行性。     

Cr5锻钢支承辊最终热处理过程数值模拟

采用有限元数值模拟技术,建立了Cr5锻钢支承辊在最终热处理过程中的三维传热温度场、组织相变场和应力应变场相互耦合的数学模型,给出了Cr5锻钢支承辊在其最终热处理过程中的温度、组织和应力的分布与演化过程,分析了换热系数和回火保温温度等工艺参数对支承辊内部温度、组织和应力的影响。结果表明,在喷雾淬火过程中支承辊产生裂纹或开裂的可能性较小,但喷雾淬火结束后支承辊表层和心部温差较大,应进行回火处理;支承辊进入回火炉初期,其心部应力状态迅速由压应力转变为拉应力并急剧增大到峰值,心部的轴向拉应力可接近其对应节点温度下的抗拉强度,容易产生横向裂纹或开裂;提高回火保温温度能够有效降低心部拉应力,从而降低其发生淬火裂纹或开裂的几率。     

7075铝合金环压缩过程摩擦影响的有限元分析

基于罚函数刚塑性有限元法和网格重划分技术建立了环形件镦粗过程三维热—力耦合求解模型,并对7075铝合金在不同摩擦因子下环形件镦粗过程载荷变化、应力应变以及速度场分布规律进行了数值分析.结果表明:由于加工硬化、高温软化以及摩擦作用,环形件镦粗过程载荷变化分为急剧增加、缓慢增加、后期急剧增加三个阶段.由于摩擦作用内外侧自由表面均出现单鼓和侧面翻平现象,随着摩擦增加,内侧单鼓现象更为明显.环形件镦粗过程中应力为三向压应力,外侧自由表面产生较大轴向拉应力,易于产生裂纹.摩擦系数越大,等效应变梯度越大,变形更为不均匀.随着摩擦系数和压下量增加,分流面区域由环形件内侧向外侧移动,摩擦系数较大时,环形件内侧表面受到较高三向压应力作用,摩擦对分流面位置的影响作用减弱.     

起始铸造速度对AA7050合金半连续铸锭应力分布的影响

通过温度场、流场和应力场的三场耦合,对某铝业公司AA7050铝合金铸锭在半连铸过程中3种不同起始铸造速度下的应力、应变分布进行了数值模拟研究。结果显示,铸锭心部呈现很大的三轴拉应力,表面则呈现明显的压应力。根据在糊状区环向和径向的应力、应变分量较大,而轴向应力、应变分量较小,可以预计热裂纹倾向平行于轴向分布,不太可能发生垂直于轴向的热裂纹。铸造时在起始铸造阶段有必要采用小的铸造速度,以降低糊状区的热应力、应变,减小开裂倾向。     

摩擦对高温合金复杂截面圆环多道次滚压成形不均匀变形作用

在高温合金复杂截面薄壁圆环多道次滚压成形过程中,板料要经历多场多因素偶合作用下复杂的不均匀塑性变形和组织演化历程,特别是不均匀塑性变形通常是导致薄壁件成形起皱、椭圆和开裂等缺陷产生的主要因素。摩擦是描述环件与辊轮接触作用的主要参数,很大程度上决定着该环件多道次滚压成形过程中塑性变形的不均匀性,严重的影响着其滚压成形质量。为此,本文以有限元仿真为主并结合实验和理论方法,对高温合金GH4169薄壁w形圆环多道次滚压成形进行了系统的分析;进而提出了不均匀变形度的表征方法,研究获得了摩擦对高温合金复杂截面薄壁圆环多道次滚压成形不均匀变形的影响规律。结果表明：随着滚压成形的进行等效应力极值逐渐增大,且从动辊进给时环件弯曲部分材料变形量较大;随着驱动、从动辊与环件之间摩擦系数的增加,不均匀变形程度先减小,后逐渐增大;导向辊与环件之间的摩擦对不均匀变形度的影响不大。     

高温合金复杂截面薄壁圆环多道次滚压成形截面变形特征

高温合金复杂截面（W）圆环多道次滚压成形截面变形十分复杂,而滚压圆环截面成形质量又决定了其服役性能。基于ABAQUS/Explicit软件平台,建立了"W"圆环多道次滚压的三维弹塑性有限元模型,并试验验证了其可靠性。基于所建立的有限元模型,分析环件多道次滚压成形过程中截面变形的特征。结果表明:滚压成形后,环件上应力最大处的截面沿宽度方向最外缘与其理论值的差值最小,最小截面变形位于应力较大处且随着滚压道次的增加最小截面变形位置保持不变。研究结果可为高温合金多道次滚压成形过程中环件复杂截面变形的预测和控制提供指导。     

Investigation of rolls size effects on hot ring rolling process by coupled thermo-mechanical 3D-FEA

Hot ring rolling is a significant branch of ring rolling characterized by high nonlinearity, 3D deformation, continuously progressive forming, unsteady-state, asymmetry, etc. with coupled thermo-mechanical behaviors which have significant effects on the deformation behavior, microstructure and mechanical properties of the ring. Changing the sizes of forming rolls including mandrel and driver rolls will considerably affect the roll gap deformation zone which is in close relation to the feed amount of both forming rolls and thus affects forming quality of the ring as well as power parameters. In this study, a reliable coupled thermo-mechanical and 3D rigid-plastic finite-element (FE) model for hot rolling of large rings is established. Then, based on the stable forming condition of the ring rolling process and comprehensive numerical simulations, the size effects of forming rolls on strain and temperature distributions and their uniformity, stress distribution, side spread and power parameters were investigated by 3D coupled thermo-mechanical FE simulation. The results show that there are optimum sizes of mandrel and driver rolls under which the strain and temperature distributions of ring and thus its microstructure are the most uniform where fishtail coefficient and power parameters have reasonable values. The achievements obtained can not only serve as a guide to the design of rolls sizes, optimization and quality control of the hot ring rolling process, but also clarify the plastic deformation and heat transferring of hot rolling of large rectangular-section rings.     

无内胎钢制车轮辗环成形新工艺及其数值模拟

提出了一种无内胎钢制车轮成形新工艺,其工艺流程为:下料-加热-制坯-辗环-后处理.其中环件毛坯形状决定了辗环工序的变形程度及金属流动状态,从而对工艺成败具有决定性的影响.运用ABAQUS大型通用有限元软件,分析不同毛坯形状对辗环成形过程、辗压力、应力及应变分布情况的影响,通过对计算结果的对比分析,得到合理的成形工艺方案.     

碾压强化有限元建模及分析研究

碾压是强化金属表层的一种重要且很有发展潜力的强化方法,工件表层经碾压变形强化后会表层留有应力,能提高表层硬度和强度,同时还能改善工件表面粗糙度。对装备构件进行碾压模拟,模拟结果显示工件表层经碾压后产生较高应力且内部状态无明显变化,强化效果明显。接着改变下压量进行模拟,发现在一定范围内,随下压量增大,碾压强化效果愈好。     

拉伸滚压成形技术

介绍了一种冷拉伸滚压成形技术。对轴、杆类零件通过滚压成形的同时,辅之以轴向拉伸,使材料按所需的形式及方向产生塑性变形。研究及试验表明,在合理控制轴向拉应力的情况下,利用冷拉伸滚压成形方法可以实现较大尺度的塑性变形,成形材料的性能、表面质量、尺寸精度等均较好。     

42CrMo铸坯环件热辗扩有限元模拟与分析

基于ABAQUS软件平台,建立了42CrMo大型环形铸坯热辗扩三维热力耦合有限元模型,模拟了铸坯热辗扩过程中应变场和温度场,研究了初始辗扩温度对辗扩力的影响规律.模拟结果表明在环形铸坯热辗扩过程中：①铸坯等效应变呈阶梯状上升,内外表面应变大于中间层应变;在稳定成形阶段,沿环件径向方向,由于导向辊与芯辊直径差异,导致环件最大平均等效应变可能出现在环件内表面也可能出现在环件外表面;②初始阶段,变形区与成形辊接触处温度降低较快,非变形区温度变化不是很明显;随着辗扩的进行,芯部温度逐渐上升,边缘温度低,温度分布不均匀;③随着铸坯初始辗扩温度升高,平均辗扩力明显下降,但随时间变化趋势保持一致.     

内台阶截面环件轧制成形有限元模拟

基于Abaqus／Explicit提供的显式动力学有限元算法。建立了能反映内台阶截面环件轧制的边界约束模型，模拟了内台阶截面环件成形过程，对轧制过程中不同压下量的应力及等效应变变化进行了分析，并分析了在轧制过程中金属的流动特点，最后通过阶梯孔环件轧制实验，验证了轧制模型的可行性。     

An advanced manufacturing method for thick-wall and deep-groove ring—Combined ring rolling

Ring parts like duplicate gear, double-side flange and high pressure value body, are widely used in engineering machinery, which have the common geometrical characteristic of thick-wall, small-hole and deep-groove on the surface. The conventional manufacturing technology for this kind of ring is simple forging with cutting, which has the disadvantageous of high energy and material consumption, low material productivity and poor performance. In this paper, a new manufacturing method for this kind of ring named combined ring rolling (CRR) is firstly proposed based on the minimum resistance principle in metal plastic forming and its forming principle is introduced. Then, the reasonable ranges for key forming parameters of CRR are determined, the FE modeling and simulation analysis and experiment study for the CRR process with a double-side flange ring are performed. By this work, the CRR technique is testified feasible, and the basic thermo-mechanical deformation rules in CRR process are revealed based on simulation with the valid FE model proved by the experiment.     

Experimental simulation of strip edge cracking in steel rolling sequences

The aim of this paper is to analyze the effect of cutting process on crack occurrence in metal forming, especially on strip edges. This study is performed within the field of cold rolling on an experimental testing stand by means of the Upsetting Rolling Test (URT). This test allows to reproduce cold rolling contact parameters such as forward slip, reduction ratio and friction coefficients. Specimens sampled near industrial strip edges are deformed using the URT. A first set of specimens is submitted to two successive passes using extreme forward slips each. A second set of specimens is annealed to reduce edge strain hardening due to the cutting process. The same deformation configurations as for the first set of specimens are applied. SEM micrographs and optical surface profiler topographies of trimmed and deformed specimen edges show that forward slip has a major effect on opening of cracks. In the case of heat treated specimens hardness is decreased, characterizing a quasi homogenous material state. No cracks appeared after all reduction passes, which shows a large influence of the cutting process.