变壁厚筒体构件引伸-辊挤复合成形技术及装置研究

针对外壁具有多台阶的筒形结构锻造毛坯的形状特点,提出一种引伸-辊挤复合成形技术,通过带有变内径辊轮的挤压作用实现该种构件的塑性成形,解决热冲拔工艺存在的材料利用率低、锻造毛坯质量差等问题。介绍引伸-辊挤复合成形的原理,对稳定变形条件进行分析,并完成引伸-辊挤成形装置的设计,较好地实现辊轮的同步运动,解决了飞边问题。验证结果表明,采用该工艺能够实现该类构件的精确成形,大幅度提高材料利用率,降低综合生产成本,实现节能降耗,达到了预期研究目标。     

超高强铝合金尾翼架形性一体化控制成形

面向新型装备对轻质构件的迫切需求，以实现新型高强铝合金尾翼架形性一体化控制成形为目标，设计了累积剧塑性变形制备尾翼架（大口径带外纵筋筒形件）工艺，用Deform-3D软件对成形过程进行模拟，分别以变形均匀性和成形精度为优化目标，优化工艺、模具结构参数。结果表明：当变形温度为440℃、挤压速度为1 mm/s时，构件变形均匀性最佳；凸模促流角为10°时，外纵筋填充最好；用循环镦挤和精确反挤压工艺成功制备尾翼架，外筋充填饱满，壁厚差≤1mm；热处理后构件抗拉强度达725 MPa，伸长率为15.3%，实现了尾翼架形性一体化控制。该工艺整体应变为2.52，大塑性变形诱发的晶粒细化和强化相的弥散析出是尾翼架获得强韧性的主要原因。     

轧制力参数对二辊斜轧穿孔孔型的影响分析

分析了二辊斜轧穿孔轧制力对轧辊开度、变形参数和毛管壁厚均匀性的影响以及顶头轴向力对变形参数和壁厚均匀性的影响。结果表明,轧制力引起的轧辊辗轧角变化可以忽略,而轧制力对轧件壁厚的影响是显著的;顶头轴向力引起的顶头位置变化对轧件壁厚及其均匀性的影响是值得重视的     

变壁厚回转体构件辊挤-引伸成形模具优化设计

开发一种带有变内径凹槽的辊轮式模具,实现变壁厚回转体构件的塑性成形,解决传统工艺采用机加方式带来材料利用率低的问题。通过对变形过程中前滑值的预测,设计出辊轮的凹槽弧长;采用中心复合的方法设计试验方案,借助数值模拟,建立以变形均匀性因子为目标,以辊轮结构参数为变量的响应曲面优化模型,获取辊轮结构参数的最优组合。结果表明,成形构件的尺寸不仅达到要求,且各项力学性能指标都有很大提高,验证了前滑模型和辊轮结构参数优化模型的合理性。     

波纹火焰筒数值模拟成形技术研究

针对波纹火焰筒提出了刚模逐节冲压成形、刚模对称冲压成形、粘性介质外压成形和粘性介质内压成形等四种成形方案,并对其成形过程进行了有限元分析,得到了四种成形工艺方案的壁厚分布、壁厚减薄率分布和卸载回弹结果。研究表明,粘性介质外压成形得到的波纹火焰筒构件的壁厚分布最为均匀,卸载回弹量最小,壁厚减薄率小于粘性介质内压成形。     

热处理对挤压AZ80镁合金杯形件组织和性能的影响

采用环形通道转角挤压工艺在350℃下制备AZ80镁合金杯形构件,并通过OM、SEM、拉伸试验等手段研究固溶、时效工艺对构件显微组织和力学性能的影响,确定与该新型挤压工艺相匹配的最佳热处理工艺参数。结果表明:成形过程中材料受强剪切应力作用,晶粒细化明显,杯形件壁部强度明显提升;残留共晶相引起应力集中导致伸长率降低;固溶处理有效促进脆性共晶相回溶,提升合金的伸长率;直接时效处理时,在共晶相周围聚集形成β-Mg17Al12析出带,降低合金的协调变形能力,导致时效强化效果不明显;通过固溶+时效处理,晶粒尺寸均匀,β-Mg17Al12相沿晶界均匀析出,合金的强度和塑性均得到明显提高。环形通道转角挤压成形的AZ80镁合金杯形件最佳热处理工艺参数为415℃×1.5 h固溶+175℃×36 h时效。     

镁合金圆环约束镦粗过程的形变均匀性数值仿真研究

引入形变均匀性因子和坯料结构参数,借助数值仿真技术进行AZ91D镁合金圆环约束镦粗过程中坯料结构参数、变形工艺参数与形变均匀性的相关性研究。结果表明,AZ91D镁合金圆环约束镦粗过程中形变均匀性随变形温度的升高呈增大趋势,随变形程度、变形速率及结构参数的增大呈减小趋势。     

镁合金圆环约束镦粗过程的形变均匀性数值仿真研究

引入形变均匀性因子和坯料结构参数,借助数值仿真技术进行AZ91D镁合金圆环约束镦粗过程中坯料结构参数、变形工艺参数与形变均匀性的相关性研究。结果表明,AZ91D镁合金圆环约束镦粗过程中形变均匀性随变形温度的升高呈增大趋势,随变形程度、变形速率及结构参数的增大呈减小趋势。     

基于热加工图的深盲孔筒体热冲压工艺优化

针对厚壁、深盲孔筒体传统生产过程壁厚差较大造成材料利用率较低、生产成本高等问题,以降低承载载荷,减小壁厚差为目标,通过热加工图及有限元数值模拟对热冲压工艺进行优化.开展热模拟试验获取50SiMnVB真应力-应变曲线,建立热加工图,确定工艺参数选择范围;有限元数值模拟,以冲头速度、始锻温度、摩擦因数为参变量,以最小成形力为目标,进一步对工艺参数优化,进行验证.结果表明:冲头速度为50 mm/s、始锻温度为1150℃、摩擦因数为0.3是最佳工艺参数;用该工艺参数制备的20件构件壁厚差均小于1 mm,证明优化工艺有效降低成形载荷、减少壁厚差、提高利用率.     

冷径向锻造身管壁厚方向变形不均匀性研究

为分析冷径向锻造身管壁厚方向变形的不均匀性,通过有限元软件、力学拉伸试验和织构研究了身管壁厚方向的变形场、力学性能和织构组分。研究结果表明：身管成形过程中,外表层和中间层材料存在较大剪切应力,受剪切应力的影响,身管壁厚方向各层材料流动速度不一致,引起身管锻造变形不均匀;受变形不均匀的影响,在身管中间层和外表层材料形成剪切织构({112}111, {110}001）,导致锻后身管壁厚方向轴向强度性能存在明显差异,表现为外表层和中间层强度较低,内表层强度较高。为对锻后身管壁厚方向变形不均匀性进行控制,通过控制变量法分析了锻造比、尾端压强、轴向进给速度、锤头锻打频率和锤头角度对身管中间层剪切应力分布的影响规律。分析结果表明：选用较高的轴向进给速度和较小的锤头入口角可以降低成形身管壁厚方向的变形不均匀性。     

铝合金齿轮泵泵体半固态挤压成形的数值模拟研究

采用半固态挤压方法生产零部件,可以消除铸造方法产生的气孔或疏松。通过线性回归的方法建立半固态A356铝合金在570～580℃高固相率温度范围内,不同应变和应变速率下的刚粘塑性本构关系。采用商业有限元模拟软件Deform-3D对A356铝合金材料半固态挤压成形齿轮泵泵体的成形过程进行数值模拟,得到成形过程的流动速度场、有效应力应变场、压力-行程曲线等,并对其进行简要的分析,得出成形过程中的金属流动情况。     

筒形件正旋时工艺参数对残余应力分布的影响

筒形件强旋时，由于不均匀的塑性变形，旋压件内产生残余应力。残余应力的大小及其分布规律对旋压件的使用有重要影响。用弹塑性有限元法对旋压件内残余应力进行预测，求得了减薄率、进给比、旋轮工作角、毛坯壁厚、材料性能等对残余应力分布的影响；并将有限元计算结果与实测结果进行了比较。     

大直径超薄筒形件减薄旋压过程鼓形失稳分析

为解决超薄筒形件旋压过程中因鼓形易失稳引起旋压失稳问题,采取以鼓形产生及失稳机理分析出发,研究并确定影响其稳定性的关键因素及规律,以实现超薄壁筒稳定性旋压。结合薄壁筒在旋压时出现的鼓形失稳特征,展开对旋压接触区的边界约束、金属流变及应力场分析,得到旋压过程中鼓形与锁模环的形成机理;结合多组参数下的数值仿真结果,以鼓形比及鼓形刚度为体现鼓形状态参数,分析工模间隙、减薄率、进给率及径厚比对鼓形比与鼓形刚度的影响规律,确定相应参数选择区间;选择三旋轮旋压机床,进行壁厚2.00 mm、外径398 mm薄壁筒的旋压参数适应性及长程旋压实验。在3道次模式下,成功实现了薄壁筒壁厚由2.00 mm减薄到0.53 mm,长度由1 030 mm 伸长至大于3 800 mm的稳定性旋压。通过对鼓形形成及影响因素的研究,为大直径超薄壁筒形件旋压参数制定及长程稳定性旋压提供了理论和实验基础。     

炮射导弹发射过程中装药衬垫材料对抗过载能力的影响计算分析

采用基于Total Lagrangian方法的3维粘弹性大变形增量本构关系，用有限元方法对某轴向高过载下的固体火箭发动机装药在发射过程中的应力进行了数值模拟计算。分析了装药底面的衬垫材料、衬垫厚度以及载荷持续时间对装药内部等效应力的影响。结果表明：随着衬垫材料泊松比的提高，装药内部等效应力有下降趋势；泊松比小于0.49时，装药内部等效应力随弹性模量增加略有增加，泊松比0.49时，装药内部等效应力随弹性模量增加先下降后上升趋势；随着衬垫厚度的增加，装药内部最大应力值呈现下降趋势；载荷达到稳定后，载荷持续时间长短对装药内部等效应力影响并不明显。     

TC11钛合金压气机盘的模锻工艺优化

TC11钛合金是生产发动机叶片和压气机盘的重要材料,随着对发动机安全可靠性能要求的提高,得到变形均匀的压气机盘锻件十分重要。根据制定的TC11钛合金热加工图,确定该合金压气机盘的基本锻造工艺。结合热力耦合刚粘塑性有限元法和正交设计方法,研究不同坯料尺寸、模具温度和变形速度对压气机盘成形工艺的影响,提出以变形均匀性函数为目标函数优化压气机盘的成形工艺,最终优化TC11钛合金压气机盘的锻造工艺。     

爆炸载荷下舱板与加强筋抗爆性能分析

以救生舱壳体的抗爆性能为研究对象,通过控制变量法,分别研究了壳体中舱板与加强筋两部分的抗爆性能。通过有限元分析软件 LS-DYNA,对舱板厚度一定,加强筋厚度不同和加强筋厚度一定,舱板厚度不同两种组合进行数值仿真计算,得出了整体救生舱壳体的塑性变形与舱板和加强筋厚度之间的关系曲线。研究结论表明：在一定载荷范围内,加强筋在厚度与整体壳体塑性变形上成双段线性曲线规律;舱板在厚度与整体壳体塑性变形上成抛物线曲线规律。研究成果为救生舱舱板与加强筋厚度设计提供有益借鉴。     

减载材料对弹载器件抗高过载能力影响研究

采用基于Total Lagrangian方法的三维黏弹性大变形增量本构关系,运用有限元方法对高过载环境下弹载器件在发射过程中的等效应力进行数值模拟计算。分析减载材料力学特性及减载材料厚度对作用在弹载器件上等效应力的影响。结果表明：选择减载材料应选择泊松比较高的材料及其弹性模量能够使作用在弹载器件上的最大等效应力较低的材料;选择减载材料厚度应考虑既能满足作用在弹载器件上的最大等效应力较低、又能满足任务设备结构设计要求。     

轴对称超塑充模胀形有限元模拟

采用大变形刚粘塑性有限元法首次模拟研究了考虑空洞效应的超塑充模胀形过程，模具为轴对称任意倾角锥形模（含直壁圆筒）。采用修正的Ｌａ－ｇｒａｎｇｅ法建立包含摩擦项在内的泛函并在此基础上形成有限元列式并用Ｎ－Ｒ法迭代求解，通过对基体厚度耦合迭代和Ｒ－Ｔ模型来考虑空洞效应；文中分析了充模过程中变形的流动特点及材料参数、模具几何形状参数等对胀形过程和胀形件厚度分布的影响。