锥台复合截面环件精密轧制毛坯的优化设计方法

针对广泛用于油气管道阀门、航空发动机机匣及结合环中的锥台复合截面环件较难同时获得所需的直径尺寸和台阶形状的问题,提出"等壁厚型"和"变壁厚型"两种环坯设计方法。借助ABAQUS模拟平台,建立两种轧制环坯设计下的锥台复合截面环件轧制过程的有限元仿真模型,分析两种环坯轧制过程中的台阶充型规律及最终的成形环件尺寸误差。结果表明,"变壁厚型"环坯比"等壁厚型"环坯轧制成形后尺寸精度高。为获得最优的尺寸精度,在"变壁厚型"环坯设计基础上,添加尺寸修正系数η。通过对比不同修正系数η下的环坯轧制成形尺寸精度,得出尺寸修正系数η在1η1.1范围内的"变壁厚型"环坯为最优环件轧制毛坯。基于模拟结果,在WD51Y-250多功能轧环机上进行锥台复合截面环件轧制实验,验证有限元模拟的可靠性和环坯设计方案的可行性。     

内台阶型环件径轴向辗轧技术

通过理论分析、数值模拟与试验相结合的方法,对内台阶型环件径轴向辗轧技术进行研究,分析确定了初始辗轧方案。针对某一齿圈设计了用于辗轧内台阶型环件的芯辊,设计了梯形截面与矩形截面两种不同形状的毛坯,并对两种不同毛坯的辗轧过程进行仿真模拟与试制试验。结果表明:二者的圆度及壁厚均匀性都较好;在辗轧初期,梯形截面毛坯的轧制力较小,且随着轧制的进行,整体呈现出减小的趋势,且二者趋于一致;采用梯形截面毛坯成形的环件的温度、应变分布较为均匀。综合考虑辗轧过程中轧制力和成形环件几何尺寸、温度及应变分布的均匀性,梯形截面毛坯优于矩形截面毛坯,但前者制坯难度较大,且矩形截面毛坯亦能轧出合格齿圈,故矩形截面毛坯更适合于内台阶型环件径轴向辗轧过程。     

基于锻坯的大型外凹形截面环件成形研究

针对大型外凹槽型环件成形上的困难,根据异形截面的环锻件毛坯尺寸设计三大原则和方法,设计出合理的锻坯尺寸及形状,进一步设计出比较合理的模具。并基于SIMUFACT软件建立了径轴向轧环机三维数值仿真模型,对大型异形环件一个生产周期内的环件轧制过程进行了数值模拟,揭示了环件热辗扩过程中等效应变场、温度场、辗扩力以及金属流动特性的规律。仿真计算结果表明,采用计算机模拟环件的成形过程,可用于模具改造、锻坯设计以及轧制工艺的优化,建立起一种大型外凹槽截面环件稳定轧制模型。     

异形截面环件封闭轧制缺陷与控制

异形截面环件截面形状复杂,轧制时金属流动不均匀,易产生翘曲、鱼尾等缺陷。基于Forge有限元模拟软件对异形截面环件封闭轧制成形进行研究,得出了异形截面环件轧制过程中翘曲、鱼尾缺陷产生机理,分析了毛坯截面形状对翘曲和鱼尾缺陷的影响规律。以优化毛坯截面形状的方式,提出了控制这些缺陷的对策。研究结果表明,将毛坯内孔直壁高度设计成与法兰部分高度相等,颈部内表面设计成锥面,可消除轧制产生的扭矩,使翘曲现象明显减小,轧制得以顺利进行;将毛坯颈部外表面倾角设计为30°,鱼尾缺陷最小,并实现环件饱满成形。将模拟研究结果用于实际生产,获得了合格的产品。     

大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应研究

环件径轴向轧制成形技术是生产大型高品质无缝环件的最佳加工方法。本文通过对比分析不同厚度和高度环坯条件下的环件变形状态,揭示了大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应。研究发现,较小的环件毛坯厚度和高度会改善大型环件径轴向轧制的锻透性,两者都有助于环件直径的增大和环件变形均匀性的提高,同时对于提高成形过程中环件截面的成形质量也有利。     

矩形截面铝合金环件轧制成形方法

在试验和生产实践基础上,提出了一种采用空气锤自由锻制坯、轻向轧环机轧制成形矩形截面铝合金环件的新方法,通过设计轧制用毛坯、轧制孔型、轧制工艺参数,成功实现了矩形截面铝合金环件轧制成形和批量生产。     

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。     

盾构机滚刀刀圈体轧环工艺研究及模具设计

针对异形截面环件在实际轧制过程中影响因素较多、规律复杂、环件质量较难保证等问题,结合径向轧环轧制特点,提出径向封闭轧制成形工艺。以异形截面盾构机滚刀刀圈体为研究对象,借助立式轧环机、1000 t压机等设备,从工艺方案制定、轧制工艺参数选择、坯料形状设计、模具结构设计、轧制孔型安装调试等方面对轧环质量的影响进行了分析。结果表明：当轧制比为1.2～4.0、环件毛坯与锻件体积近似相等、环坯各截面圆滑渐变、毛坯内孔上下端面设置倒角,并且于轧制前将导向轮尽可能靠近环件、轧制后驱动辊多轧制几圈予以修型,可以消除环件的毛刺缺陷,提高了环件的综合力学性能、缩短生产周期、降低生产成本。     

复杂异形环件毛坯优化设计方法研究

针对复杂异形环件轧制过程中的运动难以控制和质量难以保证的难题,结合复杂异形环件轧制过程的特点,对轧制成形过程材料流动规律进行研究,并结合体积成形过程中的材料变形规律,提出了体积相等、形状相似、截面相等3条复杂异形环件毛坯的优化设计原则,并利用有限元分析方法对所提出的方法的合理性进行了验证。     

毛坯截面形状对L形截面异形环件轧制成形的影响

利用有限元软件对L型截面异形环件轧制工艺进行了研究,模拟了矩形、外斜度、内斜度三种不同形状的轧制毛坯轧制后,孔型填充和缺陷产生,结果表明:1)矩形截面轧制毛坯进行环轧后,孔型不能完全充满,且出现了一定程度的鱼尾和毛刺;2)内斜度轧制毛坯进行环轧后,孔型不能充满,且环件内圆处原有斜度不能完全消除,并出现了严重的毛刺;3)外斜度环件进行环轧后,孔型能够完全充满,且鱼尾和毛刺等缺陷较为轻微。工艺试制结果表明,该方案能够生产出合格的锻件。     

斜Ⅰ截面异型环件轧制过程数值模拟

异型截面环件轧制过程中,截面轮廓成形难以控制.斜Ⅰ型截面环件轧制过程中,环件截面轮廓形状与环件直径不能同时达到要求是亟待解决的问题.根据斜Ⅰ型截面环件的结构特点,优化了模具型腔和坯料尺寸.使用有限元方法分析了环件外径变化规律及温度分布规律,并进行了试验验证.结果表明,较大外径的环坯有利于型腔的填充及环件的增大.环件的最终尺寸能满足技术要求.     

L形截面环件径轴向轧制过程数值模拟与工艺优化

径轴向轧制成形技术是生产大型高品质L形截面无缝环件的理想加工方法。以Deform有限元软件为平台,对L形截面环件径轴向轧制过程进行了数值模拟,揭示了L形截面环件轧制过程中折叠和凹坑缺陷的形成机理。以此为基础,对初始环件尺寸和轧制工艺进行了优化。研究结果表明:初始环件尺寸和轧制速度设计不合理是缺陷出现的主要原因;优化后的初始环件和进给速度能够消除缺陷,使环件的截面形状填充较好。     

异形截面环件虚拟轧制及其工艺优化

环件轧制是当前广泛应用于生产无缝环件的一种特殊塑性成形方法,然而轧制异形截面环件影响因素众多,控制环件成形具有高度的复杂性,采用传统的试凑法很难满足产品研发的需要。文章基于通用动力显式有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了RAW200/160-5型径轴向轧环机的三维仿真模型,并对斜L异形截面环件进行了虚拟轧制,实现了毛坯结构和轧制工艺的优化。结果表明,采用计算机模拟环件轧制生产过程,对于优化毛坯形状,制定或修改环件轧制工艺,缩减产品研发时间,降低生产成本,提高轧制效率具有重要意义。     

7055铝合金大型筒环轧成形工艺研究

开展了7055铝合金大型筒的径-轴向环轧成形工艺研究,通过五段式轧制工艺曲线设计,成功轧制出直径2 m高度800 mm的筒件。轧制结果表明,环轧成形后筒的圆度与原始环坯的圆度和直径增长速率有关,减小原始环坯圆度、降低直径增长速率可以提高轧制后筒的圆度。固溶和时效处理后,对管材的组织和性能进行了检测和分析。结果表明,环轧变形使筒形件沿环向形成了条状纤维组织,而轴向截面组织基本呈等轴状分布,且内表面组织细化程度较外表面大;环向和轴向力学性能均能满足要求,两个方向强度指标相差不大,环向伸长率高于轴向。     

台阶截面环件轧制成形原理和工艺设计

本文研究了台阶截面环件轧制中轴向体积流动和壁厚拉缩规律 ,阐明了其轧制成形原理和工艺设计原理 ,建立了相应的工艺设计方法 ,并用于轧制生产工艺设计     

铝合金连杆的楔横轧制坯优化研究

针对某汽车用铝合金连杆,在传统模锻制坯工艺的基础上,提出了楔横轧制坯的毛坯计算方法:首先确定计算截面位于毛坯的杆部还是头部,然后根据杆部、头部的位置不同给出该截面的计算直径和确定其长度的方法;进而分析了楔横轧制坯时坯料形状的优化评价指标;并对具体的铝合金连杆进行了有限元模拟.结果表明:采用楔横轧制坯,不仅加工工艺简单,...     

大型环件轧制生产流程分析和下料体积计算

在大型环件轧制生产中,精确的下料体积和合理的工艺流程对提高大型环件产品的加工质量、材料利用率和生产效率,降低能源消耗、生产成本和劳动强度是十分重要的。本文对大型环件轧制生产工艺流程进行了系统分析,其中包括铸锭下料、铸锭加热、环件毛坯制作、环件毛坯二次加热、环件径轴向轧制、环件热处理、环件机械加工和环件成品检测;建立了大型环件轧制生产下料体积计算方法,其计算过程包括轧制成形环件体积计算、轧制环件毛坯体积计算、锻造成形环坯体积计算、锻造毛坯体积计算和下料体积计算。本文的研究成果提高了大型环件轧制生产下料体积计算精度和大型环件轧制生产工艺水平。     

台阶截面环件轧制缺陷和对策

分析了两种典型台阶截面环件的轧制变形特点，以此为基础阐明了台阶截面环件轧制缺陷形成机制，提出了防止轧制缺陷的对策和方法。     

外台阶截面环形铸坯热辗扩成形工艺有限元模拟

基于DEFORM软件,建立了外台阶截面环件热辗扩有限元模型,模拟分析了材质为42CrMo钢的环形铸坯热辗扩过程.结果表明:在选定的热辗扩工艺参数下,辗扩后环件表面平整光滑,无凹坑缺陷,成圆规整;与成形辊接触的环件内外层金属的流动速度大于芯部的流动速度;与成形辊接触的环件内外层金属等效应变较芯部大;在辗扩过程中,环件芯部的温度下降始终较内外层平缓,内外层金属的温度呈锯齿状下降趋势.本文的研究对外台阶截面环形铸坯热辗扩成形工艺的设计、环件质量预测与控制具有指导意义.     

台阶锥形环件冷辗压中等效塑性应变规律研究

针对航空发动机中台阶锥形环件,以ABAQUS软件为平台,建立三维模型,研究了轧制过程中的等效塑性应变PEEQ变化情况,并根据台阶锥形环件截面特征,对关键点的等效塑性应变进行了分析,分析结果有助于研究该类零件轧制过程中金属流动规律.进一步研究发现,等效塑性应变平均值PEEQa随着芯辊进给速度的增加而减小,随着驱动辊转速的增加而增加.