粉末盘预制坯两次镦粗成形工艺的有限元模拟与分析

采用商用有限元软件，对FGH96合金盘坯的两次镦粗成形工艺进行了有限元数值模拟。通过对丕同圆弧半径模具镦粗成形过程的模拟，分析研究了模具圆弧半径对预制坯相对直径比以及镦粗后盘坯变形均匀程度的影响规律，同时对镦粗过程中等效应变速率的变化规律进行了分析，得到了合理的模具圆弧半径的取值范围，从而为粉末盘件预制坯的工艺制定提供了一种新的选择。     

圆环在平板间镦粗变形规律的数值模拟

采用有限元模拟软件对圆环在平板间镦粗过程进行了研究,确定了毛坯形状、摩擦因子、变形程度等因素对圆环镦粗成形时金属流动的影响.该数值模拟结果对圆环镦粗时各种因素之间确定了量化的关系,对环形件镦粗提供了科学依据.     

圆环镦粗过程数值模拟应力场研究

对圆环镦粗过程建立刚塑性有限元对称模型,采用autoforge有限元分析软件对纯铝圆环镦粗过程进行了有限元模拟,获得了镦粗过程应力场的相关信息,揭示了镦粗时金属内部应力分布情况。结果表明:由于变形量、摩擦因子的不同,圆环内部应力场分布也有很大区别。变形量增大,圆环坯料的应力分布呈"Y"形,且有扩大趋势;摩擦因子增大,圆环坯料应力分布趋于不均匀,但坯料的变形方式发生改变。这些结果对制定圆环镦粗时的参数有指导意义。     

一种新型方法测量筋板件成形的摩擦条件

针对筋板件镦挤复合的变形特点提出一种新的摩擦测试方法,即T形筋板镦挤测试方法。研究发现,成形过程中筋高和腹板展开宽度均对摩擦条件比较敏感。选用筋高和腹板展开宽度的比值作为摩擦因子的表征量,通过DEFORM有限元模拟软件建立6061铝合金在温度450℃下的摩擦标定曲线,并研究圆角半径、筋宽和不同接触面摩擦的影响。实验对比表明,新方法能够更加准确的测量筋板类零件成形过程的摩擦条件。     

基于圆环镦粗法的TC4钛合金热成形摩擦因数测定

为了准确测定玻璃润滑涂层的摩擦因数,通过分析圆环镦粗变形理论,修改传统DEFORM-3D有限元模型并完成TC4钛合金圆环镦粗正交数值模拟,得到3种摩擦因数标定曲线。对比分析了理论解析、传统有限元模型和改进有限元模型数值模拟所得3种摩擦因数标定曲线的差异性和分散度。研究了坯料温度、模具温度、镦粗速度和热传导系数工艺参数对摩擦因数标定曲线的影响。采用圆环镦粗实验,结合改进模型摩擦因数标定曲线测定了TC4钛合金在不同摩擦条件下的摩擦因数。结果表明:3种摩擦因数标定曲线存在明显差异,改进模型数值模拟所得标定曲线有较好的分散度;镦粗速度对摩擦因数标定曲线的影响最大,其他依次是坯料温度、热传导系数和模具温度。TC4钛合金圆环在坯料温度950℃、模具温度400℃和镦粗速度5 mm·s~(-1)条件下镦粗时,干摩擦、自制玻璃涂层和Ti-1玻璃涂层润滑的摩擦因数分别为0.64、0.23和0.20。改进模型摩擦因数标定曲线充分考虑了成形工艺参数的影响,更接近TC4钛合金热成形实际过程,通过圆环镦粗实验验证了改进模型模拟结果的准确性和可靠性。     

附加扭矩优化圆柱体镦粗成形的有限元模拟

镦粗时在模具上增加扭矩能将接触摩擦从被动的阻力变成促进金属流动的动力，这样会降低成形载荷，且使变形均匀。本文利用有限元模拟软件DEFORM-3D，模拟材料A12017的圆柱体在室温下的扭压复合加载成形。分析证明，附加扭矩将优化传统镦粗变形。     

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.     

环形件镦粗过程中的有限元模拟

环形件镦粗过程是一个非常复杂的弹塑性大变形过程.在这一过程中,外部摩擦不仅会大大提高模具载荷,而且会影响变形过程中应变分布及材料流动,本文采用大型有限元软件MSC.Superform,系统地研论了外部摩擦力在镦粗过程中,对工件塑性流动和变形趋势的影响,以及与模具载荷力的关系.利用此方法,可根据镦粗工艺中对摩擦力的不同需求,选择合适的润滑液.     

圆柱镦粗的刚塑性有限元分析

本文假定变形金属为略微可压缩的刚塑性材料,根据节点力平衡的方法,对圆柱镦粗进行刚塑性有限元分析。在两种摩擦条件下,对不同压下量计算了网格畸变、等效应变、应力和轴向载荷。计算结果与实验值进行比较,相当一致。文中还对镦粗过程中变形区的分布及应力状态进行了分析讨论。     

TB9钛合金芯杆冷镦成形模拟及实验研究北大核心CSCD

针对TB9钛合金芯杆冷镦成形存在的问题,利用DEFORM有限元软件模拟分析了TB9钛合金芯杆的镦制成形工艺,讨论了多工位冷镦成形中变形量、摩擦因数对芯杆镦头质量的影响。进而通过实验分析了芯杆镦头剪切带的组织和力学性能。结果表明:芯杆三工位镦制成形中,采用不同镦制变形量获得了芯杆镦头的应变分布,有效控制了因镦头中心部位变形程度高而造成的镦制缺陷。摩擦因数的减小会降低镦头的应变,当变形量为50%时,三工位镦制成形的摩擦因数为0.35的镦头中心部位的等效应变为1.18874,摩擦因数为0.25的镦头中心部位的等效应变为1.12713,摩擦因数为0.15的镦头中心部位的等效应变为1.07401,提高了镦头的均匀变形程度。通过测试分析芯杆镦头样件可知,镦头内部无微孔洞、微裂纹等缺陷产生,镦头内部形成的剪切带区域的微观组织最密且呈纤维状,剪切带区域的平均硬度为354.8 HV,为芯杆镦头硬度最大之处。     

In718合金高温锻造数值模拟与试验研究

利用MSC．SuperForm有限元分析软件对In718合金镦粗过程进行三维数值模拟和试验研究．分析了不同温度、摩擦和变形速率条件下等效应力-应变分布和载荷曲线。通过热模拟试验研究了In718合金不同条件下的真应力-应变曲线和微观组织。结果表明：镦粗变形分为三个变形区域，摩擦增加了变形的不均匀性和塑性变形抗力：高温锻造过程中，In718合金在基体边界上发生了动态再结晶，再结晶晶粒细小，动态再结晶进行程度随着工艺条件的不同而不同；In718合金比较合适的锻造温度为1010-1040℃之间，变形速率为0．05～0．5s^-1之间,最大变形程度可以达到70％以上。     

纯钨闭塞式双通道等径角挤压数值模拟及实验研究

采用数值模拟的方法分析单道次纯钨闭塞式双通道等径角挤压工艺的变形特点,并对比等径角挤压工艺和双通道等径角挤压工艺经过Bc路径4道次变形后的应变积累和分布特点。同时,为验证有限元模拟的准确性,开展了物理实验。结果表明,闭塞式双通道等径角挤压变形过程可分为初始阶段、镦粗成形阶段、剪切变形阶段和最终成形阶段。3种工艺经4道次变形后均发生较大的应变积累,但是由于闭式模膛对试样头部的镦粗作用,闭塞式双通道等径角挤压经过4道次变形后等效应变量最大,且等效应变分布最均匀。通过对模具应力的分析,闭塞式双通道等径角挤压和双通道等径角挤压工艺可以有效解决等径角挤压工艺冲头偏载问题,且试样经闭塞式双通道等径角挤压变形后具有较大的静水压力,提高了纯钨塑性,有利于进行多道次变形。闭塞式双通道等径角挤压工艺变形后的试样可分为4个区域:剪切变形区、伸长变形区、头部小变形区和尾部未变形区。     

圆柱体扭压成形的热力耦合分析

扭压成形工艺和一般镦粗相比有许多优点［１～３］。考虑到成形过程中温度与变形间的热力耦合效应，作者运用刚粘塑性有限元方法，详细分析了高温下圆柱体的扭压成形的变形规律。结果表明：扭压成形能降低成形压力，促使变形均匀，增加变形量；成形的温度、摩擦和变形速度对整个变形过程都产生较大的影响。     

摆辗镦挤成形的上限分析

本文应用上限法对圆柱体自由摆辗镦挤成形过程的力能参数和变形规律进行了分析研究，变形区域由接触变形区、非接触变形区和塑性铰组成，并建立了相应的动可容速度场。通过优化计算，获得了摆辗镦挤变形力、反挤压高度随着坯件高度压下量、摆头每转压下量、坯件与模具接触面上的摩擦的变化而变化的关系。     

摩擦条件对微镦粗流动应力波动影响

为了研究微小尺度成形件材料流动应力波动特点,采用纯铜圆柱体,在不同的摩擦条件下进行镦粗试验,并通过测量端面显微硬度来研究应力波动情况。结果显示,在大变形和有润滑的条件下,流动应力波动较小。     

镦粗试验中鼓度与摩擦的相关性研究

建立了圆柱体镦粗的刚塑性有限元模型,模拟了高径比为1．5和1．0、当摩擦因子从0.1到1.0之间变化时圆柱体镦粗过程,给出镦粗试验中试件鼓度与接触面上摩擦因子间的定量关系,该关系可用来剔除流动应力试验中的摩擦和测量接触面上的摩擦因子。     

基于Simufact的螺纹轴冷锻成形计算机模拟

针对高强度、高表面精度的螺纹轴加工较难的问题,对其成形工艺进行了分析,确定成形过程为:挤切-镦粗圆盘-挤六方-成形螺纹。建立了不同工序的有限元模型,运用专业模拟软件Simufact对其应力进行了模拟。结果表明:不同成形工序的螺纹轴应力不同,不同成形时间下最大应力分布区域也不同。该研究能为螺纹轴成形及其产品产业化提供参考。     

基于有限元的转轴多级锻造成形仿真及试验研究

针对高精度、高强度、高刚度、高疲劳性的转轴成形较难的问题,提出了一种多级锻造工艺方法。对转轴成形工艺进行了分析,建立了锻方、镦粗、模锻等多级锻造有限元仿真模型。运用专业数值仿真软件对其等效应力及形状进行仿真分析;在同样的条件下进行了相应的成形试验。有限元仿真及试验结果表明:在转轴多级锻造成形过程中,锻方、镦粗、模锻不同成形工序的等效应力分布不同;锻方、镦粗、模锻不同工序成形的锻件仿真形状与试验形状基本一致。     

基于晶体缺陷机理的6061铝合金镦粗成形工艺分析

基于晶体缺陷机理,并利用计算机有限元仿真软件进行6061铝合金冷、热镦粗成形模拟对比试验。在工具运动速度及材料平均变形速度均保持不变的条件下,将6061铝合金分别置于室温20℃与加热温度350℃状态下进行自由镦粗成形,热变形时锻件高径尺寸满足要求而冷变形时尺寸达不到规格。试验结果分析表明了晶体缺陷机理对铝合金塑性变形的多方面影响,并肯定了热镦粗工艺比冷镦粗工艺更适用于铝合金模锻前制坯的方法,因为热成形有利于减少金属内部的晶体缺陷运动阻碍。     

基于有限元模拟的锥模局部镦粗工艺研究

以数值仿真技术为依托，建立了基于刚粘塑性有限元法的局部镦粗冷成形工艺有限元模拟模型。利用塑性成形仿真软件Deform-3D对锥模局部镦粗工艺进行模拟，分析了该工艺中锥模的角度对杆件局部镦粗成形过程的影响。建立了基于数值模拟结果的锥模角度与坯料高径比的成形规律曲线，为锥模局部镦粗角度的选择提供了理论依据，也为其他局部镦粗工艺参数的选择提供了参考。同时运用本规律曲线指导高径比为6的杆件局部镦粗工艺，得到了良好的结果。