大型锻件锻合内部空洞性缺陷及优化工艺规程的研究

由大钢锭锻成的大型锻件,内部空洞性缺陷在周围基体压应变作用下,变形而闭合,在105℃以上焊合。坯料拔长过程的应变分布和砧宽比及压下量相关,合理选择工艺参数和操作程序,优化工艺规程,使钢锭内部有均匀足够的变形量,可以锻合全部空洞性缺陷,获得密实高质的大型锻件。     

大型锻件内部缺陷演变行为的跨尺度模拟方法

针对大型锻件内部缺陷,提出了一种跨尺度模拟计算方法,即体胞模型法。以孔洞缺陷为例,论述了该方法的原理及应用思路。利用该方法对某锻件的孔洞缺陷演变行为进行了模拟计算,分析了孔洞缺陷的演变规律及其周围应变分布情况,并进行了人工预制孔洞的铅块变形实验。研究结果表明,孔洞随锻件变形程度增加而逐渐趋向闭合,其闭合程度与锻件应变分布情况有关;物理实验与数值模拟结果吻合度较高,体胞模型法的模拟计算较为准确;体胞模型法能够较好地解决大型锻件成形过程中内部缺陷的跨尺度数值模拟问题。     

基于空洞演化理论的挤压焊合描述模型

在铝合金管材分流挤压成形中,金属在焊合室内经历一个固态焊合过程,并在型材的整个长度方向上留下焊合缝。焊合缝通常是材料结构最薄弱的部位,为此焊合质量控制是挤压承压铝合金管材亟待解决的问题。针对挤压焊合过程定量描述的难题,将焊合过程描述为焊合面细观空洞的闭合过程,基于细观塑性力学方法建立焊合过程空洞演化模型。研究根据焊合面应力状态推导焊合面材料本构方程,并据此推导焊合面空洞闭合过程中孔隙度表达式,得到宏观应力场作用下描述挤压焊合的空洞演化模型;利用Gleeble热模拟试验机进行焊合过程的物理模拟试验,验证焊合描述模型的合理性,并基于该模型分析焊合质量的主要影响因素。研究提供一种挤压焊合过程定量描述方法,有助于揭示分流挤压焊合缺陷的形成机制。     

大型锻件内部空洞缺陷修复条件

介绍大型锻件内部空洞缺陷修复条件在理论研究和生产中的作用及研究现状.针对非线性粘性材料,建立以空洞周围速度场和远场应力、应变速率表示的泛函.对于由体积不可压缩材料构成的含有空洞的无限体而言,锻造过程中空洞周围的真实速度场总是使该泛函取极小值,借助泛函的变分可求得空洞边界速度与远场应力、应变的关系,锻造变形后空洞的形状.为使设计的速度场能表征空洞的变形特点,加快泛函极小化的收敛速度,采用叠加速度场.研究大型锻件镦粗工序中锻坯内部球形空洞的闭合情况.结果表明,随着空洞体积的减小,远场应力、应变迅速增大,仅靠远场应力的增大使空洞闭合是非常困难的,因此大锻件技术要求中应允许有未闭合的微小空洞存在.在理论分析的基础上进行试验研究,结果表明理论计算结果与实测结果相差不大.     

汽车前轴精密辊锻成形过程的数值模拟

汽车前轴的精辊-模锻工艺是一种用小成形力锻造设备成形较大型前轴锻件的塑性加工技术,其工艺关键在于精密辊锻。前轴的精密辊锻分4个道次,是典型的局部成形工艺。辊锻工艺由于旋转的模具与辊锻件之间的接触区域在不断变化,一直以来成为数值模拟的难点。对4个道次的模具建立了模型,采用三维刚塑性有限元程序DEFORM-3D模拟了前轴精密辊锻工艺,分析了辊锻过程中金属变形的规律,研究了模具参数对成形质量的影响以及辊锻力矩的变化规律。模拟结果对于改进辊锻工艺设计、提高模具设计水平具有指导作用。     

伞齿轮坯辗扩新工艺

伞齿轮在汽车、拖拉机、坦克等各种车辆的驱动机构中大量使用,因此产量很大,但目前都是用模锻制造毛坯。由于锻件径向尺寸较大,锻件变形力大,需要大型的模锻设备。锻出的工伴还有较大的飞边,如第二汽车制造厂生产EQ140汽车后桥从动伞齿轮锻坯,使用了12000吨热模锻压力机,锻件飞边有5kg重,相当于锻件重量的20％,增加了原材料的消耗,仅这一项每年就要多消耗600～700吨20MnVB钢材。为了克服普通模锻生产伞齿轮毛坯的缺点,可以使用辗扩新工艺,该工艺能制造出没有飞边的伞齿轮坯,而且精度较高,所以这项新工艺对于伞齿制造具有非常可观的经济效益。伞齿轮坯辗扩成形工艺的工步:镦粗→预锻制坯→冲连皮→辗扩。辗扩成形如图1所示。将预制好的坯料放在驱动辊和芯辊之间,驱动辊连续转动和下压     

刚性粒子流法模拟自由锻造工艺的探索

基于网格的数值计算方法在处理自由锻造、冲压成形、高速碰撞、裂纹动态扩展等大塑性变形问题时,往往会因网格畸变和网格重构困难使得计算精度丢失甚至无法计算。针对该问题,基于连续介质力学理论和分子动力学基本原理,采用一种求解金属大塑性变形的数值模拟方法--刚性粒子流法,建立了刚性粒子流法的数学模型并探讨了初始粒子配置、粒子搜索算法、数值积分和边界条件等关键数值技术。将该方法应用到核电饼类锻件高温镦粗和大型核电封头终锻成形两个数值算例中,计算结果表明：模拟大塑性变形问题时,刚性粒子流法与实验结果能够较好地吻合,有效地解释了大型饼类锻件夹层裂纹和封头锻件层状撕裂的形成机制。研究结果为进一步采用该方法模拟变形更加复杂的自由锻造工艺提供了参考。     

大锻件控性锻造过程的计算机模拟技术

提出能够模拟大锻件空洞型缺陷演化和微观组织演变等控性指标的数值模拟方法。基于典型体元模型建立空洞体积变化与宏观应力应变场关系的数学模型,以图从多尺度角度揭示宏观的塑性变形及其应力状态对随机分布的微小空洞的体积变化影响规律。将该模型与有限元法集成,当锻件内任意一点有空洞型缺陷(给定缺陷体积百分比)时,能够模拟得到成形过程中空洞型缺陷的体积变化,从而可被用来评估含缩孔缩松缺陷材料的压实状态。采用元胞自动机方法建立一种转子钢的微观组织演变模拟方法,根据"应变—位错密度—动态再结晶—流动应力"之间的宏微观相互影响规律,模拟出动态再结晶晶粒尺寸和完成分数。将这些模型与热力耦合有限元法相结合,构造大锻件控性锻造过程的数值模拟技术。根据大锻件增量成形的变形特点开发基于刚性区自由度凝聚技术的快速有限元法,从而为大锻件成形的工艺优化提供有效的计算工具。     

优化焊接顺序减少焊接变形的实际应用与理论分析

<正>我公司新近开发生产的一款碎木机的飞轮焊合件原设计为传统结构形式,在制造工艺较为复杂困难。传统碎木机飞轮焊合件结构由1轮轴、2刀盘、3风叶、4风叶衬板、5风叶加强筋,焊合成形(如图1)。风叶为钢板冲压成形件。各构件焊合的相互位置关系全靠专用工装保证。碎木机飞轮为高速旋转部件,设计上有着较高的动平衡要求,由于工件焊后极易产生形变而导致整体动平衡超差,因此,该制造方式不仅对焊接工装要求较高,对焊工的焊接水平也有相当高的要求。按此制造方式生产的碎木机飞轮往往需要花较长的时间作动平衡检测并加以校正至设计所要求的动不平衡量值范围。     

大型锻件内部空洞缺陷修复的力学条件

介绍了大型锻件内部缺陷修复条件研究的现状,针对钢锭内部空洞缺陷的尺寸远远小于本身尺寸的特点,依据圣维南原理,将各种空洞缺陷的形状假设为数学上可处理的椭球形。由于大型锻件的锻造是在高温下进行的,材料具有粘性流动的特征。在上述分析假设的基础上,对于线性粘性材料模型,利用损伤力学中远场应力与物体内部微观损伤的力学关系,得到了锻造过程中外载荷与内部空洞体积变化的解析式,进而得到了空洞缺陷闭合的修复条件。条件表明应力状态影响空洞的闭合方式,三向压应力是修复空洞缺陷的最佳应力状态。该条件可直接根据锻造水压机的在线载荷与压下量计算锻件内部空洞缺陷的修复情况。不同边界应力状态下的试验表明,计算结果与试验结果接近。     

基于有限变形弹塑性本构方程的金属粉末压制成形力学建模及数值模拟

报告在中国国家自然科学基金重点项目“金属粉末高致密化精密成形系统技术基础及应用”、国家高技术研究发展计划(863计划)“高性能粉末冶金材料温压精密成形技术”和广东省自然科学基金研究团队项目“金属粉末精密成形先进制造系统的理论及应用研究”的共同资助下,所提的基于有限变形弹塑性本构方程的金属粉末压制成形力学建模及数值模拟研究成果。在分析比较椭球面屈服准则和岩土类材料屈服准则的基础上,选择适用于金属粉末材料等可压缩连续体的椭球面屈服准则。     

基于先进表面工程技术的汽车发动机再制造工程及其产业模式

在中国国家自然科学基金资助项目“再制造基础理论与关键技术”和“机电产品可持续设计与复合再制造的基础研究”,国家科技支撑计划项目“汽车零部件再制造关键技术与应用”和“汽车发动机和轮胎再制造过程质量控制与评价技术研究”,以及国家高技术发展计划(863计划)项目“重载车辆关键零部件的加速寿命试验技术研究”等联合资助下,提出基于先进表面工程技术的汽车发动机再制造工程的流程原型结构,及其技术原型方案。 认为汽车发动机再制造是按照再制造标准,通过工业化的再制造工艺流程,将旧废汽车发动机恢复原有性能指标或超过新机性能指标,再次获得新的使用性能。提出由拆解、清洗、检测、分类、再制造加工、装配、测试、封装等组成的再制造工艺流程原型结构,认为再制造加工是再制造的核心工序,提出采用高速电弧喷涂技术(HVAST)修复缸体主轴承孔和采用电刷镀技术( EBPT)修复凸轮轴轴颈等两项再制造关键工艺,报告相关工艺方案,提出工艺参数,给出实现原型。以此工艺为基础,开发相关表面制造工艺,能够实现箱体轴承孔、连杆轴孔、曲轴轴颈、缸体等部位缺陷的修复。建立起发动机再制造效益分析方案,试算了相关案例,证明汽车发动机再制造是一个极有前景的制造产业。     

大型低速增压风洞制造关键技术与成形机理

在中国国家自然科学基金重点项目《特大件成形制造技术基础研究》和中国哈尔滨市科技创新人才研究专项资金项目《异型截面法兰的精密弯曲成形技术》共同资助下,针对中国4 m量级试验段尺寸低速增压风洞(PLSWT)关键制造技术开展理论研究。PLSWT关键制造技术由8 500 mm环形密封法兰模压弯曲制造技术、双三次曲面构型收缩形体曲面板材半多点成形工艺、风洞全尺度有限元分析及气压结构强度校核共同组成。提出PLSWT关键制造技术体系研究报告。创立了8 500 mm环形密封法兰(RSF)模压弯曲成形制造技术。     

制造网格与资源共享

在中国国家自然科学基金重点资助项目《网络环境下的数字制造理论与关键技术》和中国国家科技攻关项目《支持网络制造的协同交互与资源共享平台与产业化研究》共同资助下，基于制造业的发展现状以及现代制造技术的总体要求，研究网格在制造技术及制造产业中的应用形态，探讨基于产品全生命周期要求的制造资源共享格式，研究制造资源在网格中动态共享的方式及其共享的安全技术，提出数字制造网格的关键技术。 制造网格是制造互联网，其目的是隐藏技术的复杂性，使用户以简单方式共享广泛异构的制造资源，解决制造资源不平衡问题。制造资源的全生命周期共享格式、制造资源的网格接口标准、制造资源在网格中的调度及安全控制，是建立制造网格的关键技术。     

基于Agent的数字车间及其调度技术的研究

在中国国家自然科学基金重点资助项目《网络环境下的数字制造理论与关键技术》，中国教育部博士学科点基金资助项目《网络制造产品电子交易平台设计与研究》，中国国家科技攻关计划项目《支持网络制造的协同交互与资源共享平台研究与产业化》共同资助下，开展基于Agent的数字车间及其调度技术的研究。 数字车间是实施数字制造的主体，是制造计划的具体执行者，也是制造信息的反馈者，更是制造实时信息的集散地。数字车间生产的敏捷性在一定程度上决定着整个企业的敏捷性，所以从敏捷调度的视角，研究数字车间的相关理论与技术。 提出基于Agent的数字车间框架结构。框架包含车间管理与计划子系统、设计子系统、生产调度与管理子系统、物料运输子系统、库存与管理子系统、制造资源子系统、生产仿真子系统和制造执行子系统。框架结构支持虚拟企业生产模式——组成数字车间的设备或设备单元可以是处于不同地域，通过制造设备Agent之间的协调与合作，制造设备在物理位置上不变，而在生产组织和管理逻辑上随加工任务的变化而改变，实现资源的动态配置，对变化的任务做出及时响应，从而提高制造系统的敏捷性，因此也被称为虚拟数字车间。赋予数字车间更为重要的地位和作用——除承担对生产任务的调度与制造实施以外，还兼具运输服务和仓储管理等两项功能，并在制造过程中实时收集订单的生产进度信息。 研究数字车间中Agent对制造资源数据的管理技术，将与制造资源相关的数据信息直接集成到制造资源Agent结构，使得数据库系统就像是Agent框架整体的一部分。提出以分布式数据库系统为中间层的车间系统集成方案。在此基础上，研究基于Agent会话的车间运作方式，将数据库系统看作Agent系统与其他系统联系的中间层的结构，使得Agent系统易于实现与现有软件系统的集成。Agent使用数据库访问机制     

生产者延伸责任制下的中国汽车回收利用体系研究

在中国国家“十一五”科技支撑计划项目《报废汽车绿色拆解处理与利用关键技术及示范应用》,以及上海市科技发展基金项目《乘用车回收利用关键技术研究与应用示范》共同资助下,以上海汽车产品回收利用体系为研究案例,探索建立基于生产者延伸责任的中国汽车产品回收利用体系,提出研究报告。讨论面向EPR的中国汽车产品回收利用体系的行政法框架。通过回顾EPR的内容框架,提出汽车产品生命周期中生产者的延伸责任结构框架;通过EPR的调整机制,提出实施EPR所依据的生产者延伸责任经济调节与行政管制手段的决策矩阵。通过讨论“2000/53/EC指令”,建立EPR责任模式框架和生产者延伸责任应对策略框架;以德国为例,提出了面向EPR的报废汽车回收管理模式。解读已经初步建成的由法律框架、行政政策和技术规范共同组成的面向EPR的中华人民共和国汽车产品回收利用的行政法框架,解释由中华人民共和国发展和改革委员会、中华人民共和国环境保护部、中华人民共和国科学技术部联合发布的《汽车产品回收利用技术政策》所涉及的主要内容     

北起院召开科技成果鉴定会

2021年3月23日,中国机械工业联合会组织召开了“超长距离大跨距脱挂式客运索道关键技术研究”、“大型医药工厂无人化高效仓储物流系统”两个项目科技成果鉴定会。来自行业内的7位技术专家组成鉴定委员会,对项目成果进行评审,会议由中国机械工程学会副理事长陆大明主持,我公司党委书记、董事长唐超出席会议并致辞,公司董事、总经理黄越峰,总经理助理刘武胜出席会议,项目组主要技术人员参加会议。     

机械与制造科学“十一五”发展的战略方向(制造科学)

根据中国国家自然科学基金委员会《机械与制造科学“十一五”发展战略研究报告》，阐述机械与制造科学有关制造科学“十一五”发展战略。 给出先进制造科学技术和制造系统的内涵、研究范围及其重要性。指出“十一五”期间将进行以下研究。 成形制造科学与技术，应研究特大型及关键零部件的成形制造技术, 精密、高效、清洁成形制造科学与技术, 新材料成形制造技术与科学,激光加工成形制造科学与技术，以及基于模拟仿真的数字化成形制造科学与技术。 先进加工制造技术的主要发展方向和重要研究领域是，超高速切削加工技术和超高速磨削技术，精密/超精密加工技术和微细、复合加工技术，以及相应的新一代装备制造技术，机械加工制造追求优质、高效、低耗、柔性和洁净。 数字制造和数字装备的重要科学问题是，数字建模与仿真的理论和方法，基于视觉信息的数字装备运动规划和自律控制，数字化协同产品开发的基础理论与关键技术。 机械系统和制造过程的测量及仪器研究领域是，新型传感原理及传感器，先进制造的现场、非接触、数字化测量，微/纳米级超精密测量，超大尺寸精密测量，基标准及相关测量理论。     

刚(粘)塑性无网格伽辽金方法及其关键技术研究与应用

在国家杰出青年科学基金资助项目《塑性加工工艺及设备》(No.50425517)，以及国家自然科学基金资助项目《金属体积成形过程的刚(粘)塑性无网格伽辽金方法数值模拟理论及其关键技术研究》(No.50575125)支持下，开展刚(粘)塑性无网格伽辽金方法及其关键技术与应用的研究报告，对刚(粘)塑性无网格伽辽金方法的基础理论、数学模型建立方法、关键处理技术在金属塑性成形过程中应用研究的成果。 将无网格伽辽金方法引入塑性成形过程模拟，提出基于刚(粘)塑性理论的无网格伽辽金方法，推导刚度矩阵方程和求解列式。利用变换法施加本质边界条件，采用反正切摩擦模型描述摩擦力边界条件。对于模具边界任意的塑性成形过程，在局部坐标系下施加摩擦力边界条件，给出局部坐标系和整体坐标系的变换矩阵，解决了模具形状任意的二维塑性成形问题摩擦力边界条件的施加问题。采用直接迭代法获得初始速度场，利用Newton Raphson迭代方法求解刚度方程，给出模拟等温塑性成形问题的分析步骤。对于中高温条件下的塑性成形过程，推导出刚(粘)塑性无网格伽辽金方法热力耦合分析模型，给出热力     

微机电系统静动态测试技术研究

在中国国家863高技术发展计划MEMS重大专项课题《MEMS动态特性频闪干涉视觉三维测量技术及系统》资助下，研发微机电系统(Micro Electro Mechanical System , MEMS)动态特性三维测量技术与系统。对已有的微几何量、微材料力学性能和MEMS动态参数测试方法进行研讨。 几何尺寸和表面形貌轮廓的测量是MEMS测量的基础。二维微几何量检测采用普通光学显微镜和扫描电子显微镜。表面形貌测量大致可分为接触式测量和非接触式测量，机械触针式轮廓仪是典型的接触式测量仪器，非接触式测量大多采用光学技术，主要有光针式轮廓仪，采用光切、干涉、投影光栅和微视觉等测量方法。