全纤维曲轴锻件曲柄臂平衡块安装面形状数值模拟

采用弯曲镦锻法锻造中高速柴油机曲轴时,曲轴锻件曲柄臂安装面极易出现塌角缺陷。针对平衡块安装面为平面类型的曲柄臂,以16V240曲轴为研究对象,设计了4种平衡块安装面形状的曲柄臂锻件,并采用有限元法模拟了16V240曲轴锻件4种方案的RR法镦锻成形过程。从镦锻过程金属坯料的流动速度和速度矢量方向两个方面讨论了4种平衡块安装面形状对曲柄臂锻件成形质量的影响,模拟结果表明,设计为收敛形状的平衡块安装面在锻造过程中能有效避免塌角缺陷。根据方案4的模拟结果优化设计了模具并进行了曲轴单拐的挤压实验,实验结果与数值模拟结果基本一致。     

L形截面环形锻件的制坯工艺研究

在L形截面环形锻件的生产中,如果毛坯形状和尺寸设计不合理,容易在轧制过程中出现拉料、夹皮和毛刺等缺陷,并直接影响到模具的寿命.根据体积不变原理和锻造过程中金属的分配原则,提出了基于刚性平移原理的制坯工艺,选择合理的分界面,优化设计了毛坯,从而得出罩模的形状和尺寸,并借助有限元数值模拟对轧制过程进行模拟,优化分析制坯过程.实验证明,采用该制坯工艺设计罩模可以有效的避免上述缺陷,模拟结果与实验吻合.     

5083铝合金法兰盘锻造过程的数值模拟

采用有限体积法对5083铝合金法兰盘锻造成形过程进行了数值模拟,分析比较了在坯料形状不同的情况下,法兰盘在锻造过程中的速度场、流动状态和等效应力应变场。模拟分析结果表明,通过增加坯料管壁外锥度和增大圆角半径,可以有效避免锻造过程中锻件开裂和折叠缺陷的出现;并根据分析结果对锻模进行了改进．在内壁增设飞边槽以利于锻造成形。     

飞机坐舱骨架整体锻造过程的数值模拟

基于刚塑性有限元软件Deform-3D,对飞机坐舱骨架的整体锻造过程进行了数值模拟,并对坯料的形状及尺寸进行了优化。由模拟结果可知,通过坯料的优化降低了锻造载荷,提高了锻件的质量。研究结果表明,数值模拟结果与实际生产基本一致,并为实际零件的锻造生产提供了关键的参考数据,在很大程度上减少了试模时间和生产成本,提高了生产效率。     

连杆复合型锻造折叠缺陷分析及质量控制研究

通过对连杆锻造折叠缺陷产生的类型、机理、原因、条件和时段等分析研究可知:连杆回流和汇流复合型锻造折叠缺陷是极为罕见和特殊的,是由"汇流折叠缺陷"为主和"回流折叠缺陷"为辅对接复合形成的,只有在连杆制坯坯料形状与尺寸不合理、制坯坯料在预锻模膛中放置位置不合理、预锻模膛形状与尺寸不合理、预锻模膛与终锻模膛匹配结构不合理、预锻成形打击力不合理、锻模导向功能失效等6种极端不利因素同时存在的条件下,才具有产生该缺陷的可能性。通过对连杆锻造工艺过程、锻造首锻过程、锻造尾锻过程和锻造全程管理过程等进行有效的适时化与精细化质量控制,最终可获得既满足锻造成形要求又满足高可靠性要求的大功率柴油机连杆锻件。     

40t轴重铁路货车铸钢摇枕铸造工艺的数值模拟

为实现40t轴重铁路货车铸钢摇枕铸造工艺性最优的目标,采用Pro／ENGINEER对摇枕铸造实体建模。选择ZCAST数据库中与铸件相近钢种的热物理参数,对模型进行计算机数值模拟。通过分析摇枕铸件各部位在浇注和凝固过程中,流场、速度场、温度场和时间场等的数值模拟计算结果,预测铸件在生产过程中可能产生的缺陷。依据数值模拟结果,对产品结构设计不合理的区域和工艺设计过程中存在的问题提出改进性建议。     

支撑座成形过程数值模拟及工艺优化

对支撑座锻造过程进行了模拟分析,得到了锻件充填不足的原因,即预锻件形状不合理导致锻件局部补料路径过长。根据锻件缺陷分析结果,优化了锻造工艺,修改了预锻件的形状。通过实际生产获得了质量良好的锻件,锻件不合格率由32.4%降至14.6%,同时模具寿命得到相应的提升。     

大型钛合金隔框等温闭式模锻成形工艺优化

大型钛合金隔框锻件外形复杂,且要求尺寸精度高、内部质量稳定,然而在锻造过程中极易出现充填不满、折迭、流线紊乱等缺陷.针对这些成形缺陷,基于DEFORM有限元软件,采用数值模拟方法研究钛合金等温闭式模锻成形过程坯料和加载方式优化对锻件成形质量的影响.研究表明:基于隔框材料流动特性优化得到的不等厚坯料,能较好地改善材料的充填性,使锻件满足尺寸精度要求.而局部加载方式可以有效地控制材料的流动,提高锻件的变形均匀性,消除由于材料流动不良造成的成形缺陷.     

基于响应面法（RSM）的锻造预成形多目标优化设计

以航空发动机涡轮盘锻件为研究对象,应用响应面法(Response surfce Methodology,RSM)和有限元数值模拟(FEM)对锻造过程预成形设计的多目标优化问题进行了研究.首先以模具充填完整和提高锻件内变形均匀性为目标,建立了有限元数值模拟与响应面法相结合的二阶分析模型,并对优化结果进行了讨论.其次,在原优化设计的基础上以降低锻造过程的成形载荷为目标进行了预成形再设计.结果表明,应用响应面法可灵活有效的对难变形材料锻造预成形坯料形状进行多目标优化设计.     

VL型球笼筒形壳多向模锻工艺及坯料优化设计

VL型球笼筒形壳内表面分布有6条交叉的倾斜内球槽,导致其在传统模锻过程中脱模困难,为此,设计了带有可伸缩斜楔芯轴的锻造模具和具有垂直液压缸及3水平液压缸的多向模锻压机,实现了该零件多向模锻精密成形和自动脱模。同时,利用Deform对该过程中的材料流动行为和场量变化进行数值模拟分析,完成坯料形状优化设计,并对上述模拟结果进行了多向模锻实验验证。结果表明,花瓣状带有轴向波浪起伏的坯料可有效控制锻件的径向和轴向飞边,锻造中内球槽处多余材料被挤压至波浪状坯料波谷处,使锻件成形精度较高且有效降低成形压力,显著减少了锻件后续精整工时。该工艺流程相对简单、易实现,为内部结构复杂、难脱模零件的锻造生产提供了新途径。     

基于楔横轧预制坯的中空气门终锻凸模设计

对中空气门楔横轧-模锻成形工艺终锻成形过程中的凸模形状尺寸进行研究。根据预成形毛坯终锻过程的成形特点,设计3种不同初始尺寸的终锻成形凸模,采用实验与模拟相结合的方法研究其对预成形毛坯终锻成形过程的影响。模拟结果表明,终锻成形过程中凸模芯轴太短,将出现凸模芯轴前端聚料的现象,导致无法成形出终锻件的盘部型腔尺寸;而实验结果表明,凸模芯轴太长会在实际生产中导致成形后终锻件难以脱模。通过综合模拟与实验结果的分析,获得了凸模芯轴的设计原则,确定了合适的凸模芯轴长度,并且依据该凸模设计原则,进行终锻成形,获得了形状尺寸合理的终锻件。     

复杂盘饼类铝合金锻件等温成形缺陷分析

以环形座锻件为例,采用实验研究和有限元数值模拟相结合的方法研究了复杂盘饼类铝合金锻件等温成形时缺陷产生的机理.结果表明:采用反挤变形方式可以控制金属的径向流动速度,能有效地防止复杂盘饼类铝合金锻件的径向折叠和穿流缺陷的发生;各区域金属分配不合理会使局部区域因缺少金属而引起充不满或对流折叠,或使局部金属过多引起折叠;增大镦粗时坯料与模具间的摩擦阻力和变形量,可使坯料获得更好的径向分布的流线,最终得到流线分布合理的锻件.     

Numerical simulation and experimental study for rheo-forged component using direct and indirect die system

Sand casting and die casting processes have been used widely for complex automotive products such as knuckle, arm, etc. Usually, a part fabricated by casting has limited strength due to manufacturing defects such as the dendrite structure, segregation and porosities. As an attempt to offer a solution to these problems, forging has been used as an alternative process. However, the forging process provides limited formability for complex shape products. Rheo-forging of metal offers not only superior mechanical strength but also requires significantly lower machine loads than solid forming processes. In order to produce semi-solid materials of the desired microstructure, a stirring process is applied during solidification of molten metal. The results of an A356 aluminum alloy sample, which are obtained by experiment and by simulation using DEFORM 3D, are present.     

环形毛坯模锻成形过程的实验研究

选择了两种典型的环形零件，利用上限单元法数值模拟得到优化的初始毛坯尺寸．重点对其模锻变形过程进行分析实验研究，以此来验证：数值模拟得到的金属流动过程是否正确；数值模拟程序优化出的初始毛坯尺寸是否合理；实验所得的变形力与模拟程序所计算出的变形力的吻合程度。通过对比认定：实验结果与模拟结果基本吻合，证实了数值模拟方法在环形件模锻成形过程分析中的可靠性和准确性。     

汽轮机导叶片多向模锻制坯工艺技术研究

对汽轮机导叶片的制坯工艺进行了对比分析。自由锻制坯存在一致性差、表面棱角多、微裂纹等缺陷;锤上模锻制坯成形质量较好,但材料利用率较低、生产成本较高;多向模锻制坯成形质量最优、材料利用率最高。为深入研究多向模锻制坯工艺技术,本文运用数值模拟技术直观分析多向模锻制坯工艺过程,坯料与模具温度场、应力场、受力变化等。通过模拟分析预测生产中存在的问题,从而采取相应措施预防缺陷的产生,提高产品质量。经生产试验证明多向模锻制坯工艺技术极大提高了制坯质量和生产效率,解决了传统自由锻开坯方式存在的问题。     

Flow lines control of disk structure with complex shape in isothermal precision forging

Isothermal precision forging is applied to manufacturing 7075 aluminum alloy disk workpiece with complex shape. By combining experiment with FEM (finite element method), the mechanism as well as the evolution with respect to the defects of the flow lines is studied in the isothermal precision forging of the workpiece. The results show that the flow lines of disk forging with complex shape are influenced mainly by the flow lines of the die forging billet. The radial flow lines distribute along the forging shape more easily than that the axial flow lines do. The fibre breaking is mainly caused by too much redundant metal flowing fast along the radial direction in the late stage of die pressing. In the end, some reasonable measures are put forward to optimize the flow lines.     

基于响应面法的汽车发电机磁极锻造成形工艺多目标优化

针对汽车发电机磁极锻造成形过程中出现的填充不满、成形载荷过大、局部应力过大等缺陷,采用Deform软件对磁极锻造成形过程进行数值模拟分析。以降低未填充率、成形载荷和局部应力最大值为优化目标,以坯料直径、锻件温度、挤压速度和摩擦条件为优化变量,通过4因素5水平的中心复合试验,采用响应面法进行建模分析,最终得到3个优化目标的二阶响应面模型;对所建立的模型进行方差分析,通过模拟试验验证了该模型的准确性和可靠性。实际生产表明:采用优化工艺参数组合可以得到成形缺陷较小的磁极锻件,锻件成形精度可以达到±0.5 mm;成形载荷和局部应力最大值得到降低;提高了模具寿命及生产效率。     

铝合金锥面筒形环件轧制成形数值模拟与实验研究

铝合金异形截面环件是航天航空和国防装备的重要结构件,铝合金异形截面环件目前多采用自由锻成形或者简化为矩形截面环件后轧制成形,使环件生产周期长、材料利用率低、环件的组织性能差,严重限制了该类环件的应用和发展。针对2A14铝合金锥面筒形环件进行了轧制过程数值模拟和实验研究,提出了形状相似环件毛坯设计方法和锥形环件轧制过程的合理工艺参数范围计算方法,并基于ABAQUS/Explicit平台建立该环件轧制过程的三维热力耦合有限元模型。通过分析毛坯结构对成形环件尺寸误差和变形均匀性的影响,得到了等截面积环件毛坯成形尺寸误差最小的结果。并根据模拟结果进行轧制实验验证,成功轧制出合格的锥面筒形环件。     

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。     

B50A789第1级静子叶片裂纹缺陷分析

采用B50A789材料制备的压气机叶片产生的缺陷,主要是由于原材料内部夹杂、局部偏析、组织粗大,带状偏析和折叠引起的。本研究采用金相和能谱分析方法研究了锻造压气机叶片表面裂纹的形成机理,并对其锻造裂纹的形成过程进行有限元模拟。结果表明:结合低倍及高倍形貌特征,可以得出叶片缺陷为锻造加工过程产生的折叠裂纹;通过有限元模拟分析认为锻造叶片表面裂纹是源于锻件在制坯过程中,在连接杆与安装圆盘的转接处形成啃伤台阶,导致终锻结束时在叶身形成折叠裂纹缺陷。同时通过对试验过程中锻造工艺调整,采用分料卡子对过渡区分料或进行打磨来保证转角半径圆滑过渡,可有效避免叶片表面折叠和裂纹缺陷的形成。