TA15合金H型构件等温局部加载成形工艺研究

基于DEFORM3D平台,建立筋板类构件等温局部加载宏微观有限元模型,对TA15钛合金H型构件等温局部加载成形工艺进行研究,揭示了局部加载过程中加载模式、分模面位置、加载次序及加载参数对筋的充填和初生α相晶粒尺寸的影响规律.结果表明:分模面位置设在筋上比设在腹板上的筋充填性好,初生α相晶粒尺寸分布均匀;相对于只采用局部加载成形,先局部加载后整体精整使得变形更均匀,筋的充填差较小并且流线分布更合理;改变局部加载成形参数,即增大横向筋和腹板、纵向筋和腹板之间的圆角半径,分模面处的纵向筋和横向筋的充填深度差增大;增加上模压下速度,使筋的充填深度减小,初生α相晶粒尺寸减小,但分布越来越不均匀;在两相区成形加载次序对初生α相的晶粒尺寸影响不显著.     

2024铝合金件精密等温锻造工艺研究

用H13热作模具钢制作了等温锻造模具,并采用等温锻造工艺对大型2024铝合金锻件挤压成形。先将铝合金板材预锻成预制坯,然后用20 MN液压机进行等温锻造。等温锻造工艺中,模具温度为(450±10)℃,2024铝合金预制坯温度为(465±10)℃,成形时最大挤压力为11000 kN。等温锻造试验表明,等温锻造模具采用渗氧氮化热处理工艺后,可以提高模具的抗黏附性。在试制过程中,对等温锻造模具侧板圆角半径进行优化,比较R5,R10和R15 mm这3种圆角半径,测试后发现圆角半径为R15 mm的模具侧板可以更好地改善金属流动性,并减缓锻件与模具的粘结。此外,比较了两种等温锻造工艺,结果表明,通过预锻或第1道次终锻出现筋条大圆角,可以保证终锻后筋条充满。     

基于Deform的换向器座冷镦挤模具优化

利用Deform软件模拟不同模具圆角半径的冷镦挤成形,分析不同模具圆角半径在镦挤过程的载荷-行程曲线、等效应力、等效应变及金属流动速度的影响规律.通过64组镦挤过程的模拟数据表明,对于换向器座类零件冷挤压成形,当凸模圆角R1取3mn、R2取0mm,凹模工作区域顶端圆角半径R3取3 mm时,镦挤成形所需的载荷达最小值.     

Distribution of Metal Flowing into Unloaded Area in the Local Loading Process of Titanium Alloy Rib-Web Component

对于通过模具分区实现的等温局部加载成形,为了减少加载区对未加载区的不利影响,一般会采用筋上分区模式。由于局部加载特征,在成形过程中加载区部分材料会流向未加载区。流入未加载区材料的分配对成形过程分析、材料流动控制、成形质量改进都有着重要影响。从加载区流入为未加载区材料的分配主要由未加载区的形状和模具分区附近的几何参数所确定。若未加载区是已成形区,部分流向未加载区的材料充填分区筋型腔。应用偏最小二乘回归建立了流入分区筋型腔材料比率的预测模型。数值结果表明流向未加载区材料分配的分析和所建立的预测模型是合理的。     

预成形毛坯过渡圆角半径对气门终锻成形过程的影响

采用数值模拟与实验相结合的方法,对气门毛坯的楔横轧-模锻工艺过程进行研究,依据气门毛坯楔横轧成形工艺及终锻成形工艺的要求设计了不同过渡圆角半径的预成形毛坯,采用有限元软件进行数值模拟。分析其成形工艺过程中坯料的金属流动规律、不同过渡圆角半径的坯料所需最大成形载荷,并研究成形过程中坯料与凹模的接触情况。研究结果表明,与锻件过渡圆角相比,毛坯圆角半径与锻件圆角半径越接近,综合效果越好;当毛坯圆角半径过小时,所需的成形载荷也较小,但毛坯过渡圆角处的氧化皮难以清除,且会出现较浅的挤压痕迹;当毛坯圆角半径过大时,成形载荷也越大,产生严重的挤压痕迹,使模具产生严重的磨损,从而降低模具的使用寿命。     

TA15合金大型筋板件等温局部加载晶粒尺寸演化研究

随着航空工业的迅速发展,大飞机和新一代军机的研制,钛合金大型筋板件的应用日益广泛,等温局部加载技术为该类构件的成形提供了新的途径。然而,等温局部加载成形是一个多因素耦合作用下的复杂成形过程,工艺参数控制不当将产生粗晶、组织不均匀等缺陷。为此,文章采用内变量法,建立了TA15合金高温变形微观组织演化物理模型,并与有限元软件DEFORM 3D结合对TA15合金筋板件等温局部加载成形过程等轴α相晶粒尺寸演化进行数值模拟。结果表明,锻件先加载区、后加载区及变形过渡区晶粒尺寸基本一致;随着温度的升高,锻件等轴α相晶粒尺寸平均值,呈先减小,后增加的趋势;锻件等轴α相平均晶粒尺寸随模具运动速度增加,先快速减小,后趋于平缓,较大的模具运动速度易造成组织不均匀性增加;采用只局部加载的加载方式,可以获得比采用先局部后整体的加载方式,更均匀细小的组织。     

综合多因素的等温挤压成形模具型腔尺寸计算方法

为提高等温挤压成形件的尺寸精度和减少试模次数,利用弹性力学厚壁圆筒理论拉美(Lame)方程、塑性力学应力-应变本构方程,针对轴对称结构的整体凹模和二层组合凹模,建立了等温挤压成形过程中模具变形、热膨胀和材料回弹等各因素对成形件尺寸偏差影响的数学模型,确定了对等温挤压成形模具型腔尺寸修正的总偏差。对具体零件的等温挤压成形进行实验验证,采用所提出的模具型腔尺寸修正方法设计出的等温挤压成形凹模获得的成形件的尺寸相对偏差小于0.2%,为等温成形模具型腔尺寸的设计提供了参考和一种较为实用的修正方法。     

镁合金厚壁锥壳构件内环筋挤压成形金属充填规律研究

针对镁合金高内环筋厚壁壳体构件旋压技术无法成形制造的现状,提出一种内环筋斜楔加载的挤压成形方法。应用Deform-3D软件对AZ80镁合金厚壁锥壳构件内环筋挤压成形金属充填规律进行了有限元模拟研究。主要分析了成形过程中内环筋部位金属的充填行为和等效应变分布规律,研究了模具圆角半径和倾斜角对金属流动规律的影响。模拟结果表明:模具圆角半径的增大对筋部的充填有促进作用;在模具圆角半径一定的情况下,随着模具倾斜角的减小,筋部成形质量变好,筋部等效应变分布均匀。最后通过实验试制,获得合格的内环筋,验证了新工艺的可行性。     

TA15钛合金大型复杂构件等温局部加载过渡区宏微观变形研究

基于DEFORM3D平台,针对大型复杂构件建立了等温局部加载有限元模型,模拟分析了成形参数对过渡区成形和微观组织演化的影响规律.结果表明:随过渡区宽度的增加,过渡区纵向筋和横向筋之间的凹陷增大,平均晶粒尺寸减小;随加载道次的增加,过渡区纵向筋和横向筋之间的凹陷减小,平均晶粒尺寸减小;随锻造温度的升高,加速度的减小其平均晶粒尺寸增大;只采用局部加载成形方式时,过渡区纵横筋充填不均匀,平均晶粒尺寸较小:采用先局部加载后精整的变形方式时,过渡区纵横筋的充填较好,平均晶粒尺寸较大.     

某档位齿轮坯精锻成形模具结构参数的数值模拟分析及优化

针对某档位齿轮坯在闭式精锻成形过程中径向筋部出现的充填不饱满和折叠的缺陷,为了优化金属的流动性,改善筋部的填充情况,获得性能优良的合格锻件,运用正交实验和有限元结合的方法,分析了模具筋部拔模斜度α、圆角半径R对成形过程的影响,得出了极限模具结构参数图。分析了不同区域模具结构参数对成形质量的影响,确定在区域D中的参数条件下,锻件无明显的充不满和折叠缺陷,并优选拔模斜度为1.3°、圆角半径为3 mm进行了实际生产验证。研究结果表明:锻件质量良好,筋部端面平整,底部无折叠缺陷,实际锻件与数值模拟结果相吻合。     

Analysis of local loading forming for titanium-alloy T-shaped components using slab method

A large-scale rib-web component may be considered as a combination of many T-shaped components which can reflect forming characteristics of large-scale rib-web components by local loading. So exploring the material flow and filling law of the T-shaped components local loading forming is important for parameter optimization and process control of local loading forming processes of rib-web components. With the help of reasonable assumptions and simplifications, the slab method (SM) is used to analyze the isothermal forming process of titanium-alloy T-shaped components under local loading in this paper. The process of local loading forming and the characteristics of material deformation are analyzed, and two deformation patterns under local loading are found by using the physical experiment. Mathematical models of loading force, rib height (depth of cavity filling) and the position of neutral layer in loading process are established by using the slab method. Calculation-program for models is developed under MATLAB environment, and then the loading force, rib height and position of neutral layer are predicted. The comparison of the SM results with the experimental and FEM results indicates that the models established based on the slab method are reliable. The reasonable parameters determined by using the mathematical models, such as the width of punch, the thickness of billet, the reduction amount etc., may provide a basis for analysis of local loading forming for large-scale rib-web components.     

筋板类锻件等温精密成形技术研究

主要研究筋板类锻件等温精密成形技术.针对典型筋板类锻件,设计了不同形式的局部加载垫板进行局部加载,通过局部加载技术控制腹板处多余金属的流动方向和距离,避免产生折迭、充不满等缺陷,并且利用等温变形条件改善金属充填质量和降低模压力.实验结果表明局部加载等温成形技术可以有效地控制金属的变形流动,提高筋板类锻件的成形质量.     

An Approach to Optimize Size Parameters of Forging by Combining Hot-Processing Map and FEM

The size parameters of 6061 aluminum alloy rib-web forging were optimized by using hot-processing map and finite element method (FEM) based on high-temperature compression data. The results show that the stress level of the alloy can be represented by a Zener-Holloman parameter in a hyperbolic sine-type equation with the hot deformation activation energy of 343.7 kJ/mol. Dynamic recovery and dynamic recrystallization concurrently preceded during high-temperature deformation of the alloy. Optimal hot-processing parameters for the alloy corresponding to the peak value of 0.42 are 753 K and 0.001 s^?1. The instability domain occurs at deformation temperature lower than 653 K. FEM is an available method to validate hot-processing map in actual manufacture by analyzing the effect of corner radius, rib width, and web thickness on workability of rib-web forging of the alloy. Size parameters of die forgings can be optimized conveniently by combining hot-processing map and FEM.     

等温局部加载成形过程中坯料变厚区过渡条件演化(英文)

采用简单不等厚坯料结合等温局部加载方法,低成本有效地控制大型钛合金筋板类构件成形过程中的材料流动和改善型腔充填。由于倒角过渡形式结构简单、过渡条件范围宽,因此坯料变厚区采用倒角过渡形式较好。局部加载成形过程中的过渡条件演化对坯料变厚区未约束部分的动态边界条件有显著影响。基于合理的假设,应用理论分析建立过渡条件演化模型。应用所建立模型的预测结果与实验和有限元分析结果进行比较,结果表明模型是可靠的。建立的过渡条件演化模型能够很好地处理变厚区未约束部分的动态边界,适用于对多筋构件局部加载成形中材料流动和型腔充填的快速分析。     

采用下角隅扩腔凹模成形直/斜齿柱形齿轮

为实现直/斜齿柱形齿轮一步精密成形,并克服现有工艺存在的轮齿角隅欠饱满、成形力大、模具结构复杂、对设备动作要求复杂等一系列不足,提出了一种将成形过程划分为镦压、顶出两个阶段,在凹模下角隅设置扩腔空间的闭式模锻新工艺。以模数为4、齿数为12、齿宽为30 mm的实体正齿轮为主要研究对象,采用扩腔空间几何参数优化组合的凹模,借助于Deform软件flow net功能,从变形体外观和内部最能反映上、下角隅填充效果的两个纬面,观察分析了新工艺两个阶段过程中金属的填充情况,以及与传统闭式模锻变形力对比情况。结果表明,镦压结束时上角隅填充良好,下角隅虽然欠充满,但仍有合适体积流入扩腔空间;相对传统闭式模锻,镦压力明显减小。顶出阶段时在扩腔空间倾斜侧壁作用下,流入扩腔空间的体积向下角隅回流,实现下角隅填充。新工艺集成了分流成形与推过整形方法优点,模具结构及设备动作要求简单,新工艺效果得到物理模拟实验验证。     

140MN大型热模锻压力机模架结构方案的有限元分析

大型热模锻压力机模架价值高、使用年限长、加工复杂。在模锻精度要求越来越高的今天,选择合适的导向形式和顶杆形式具有重要的意义。本文应用ANSYS Workbench软件对不同的模架结构方案进行有限元分析,结果表明:花瓣形顶杆孔模座与矩形顶杆孔模座最大应力相当,但是矩形顶杆孔周围应力为264MPa,花瓣形则为251MPa,花瓣式模架受力情况更好;当顶杆孔圆角半径为8mm时模架最大应力为614.6MPa,圆角半径为12mm时模架最大应力为541.5MPa,适当增大圆角半径可降低最大应力;此外,X形导轨模架比导柱后置式模架刚性更好。     

矩形盒深拉深成形有限元模拟

针对矩形盒成形过程中各种形式的起皱和拉裂问题，采用MSC．Marc有限元分析软件对矩形盒深拉延成形过程进行模拟。建立了包括板料、凸模、凹模及压边圈在内的整体分析模型，通过对成形过程中拉深件的等效应力进行比较，分析了不同的凸模圆角半径、凹模圆角半径及凸模角半径对矩形盒拉深成形的影响。此外，还对模拟结果做了进一步的分析，得出了凸凹模圆角半径之间的相应关系，以便合理的确定矩形盒深拉延成形时二者的取值范围。考察了模拟方法的可行性和可靠性。