应用UBET模拟环形件金属流动及毛坯尺寸优化

利用上限单元法数值模拟了自行车飞轮外壳扰形过程，优化出模锻自行车飞轮外过贩圆环毛坯尺寸，研究了坏形件金属的流动规律和过程。并且用实验验证优化出的毛坯尺寸，试验结果与优化结果基本吻合。     

环形件锻造的上限模拟

介绍了运用上限单元技术（UBET）^[1]对环形毛坯模锻过程进行数值模拟,并对环形毛坯进行优化,以求得到最优毛坯尺寸。论述了模拟环形件成形时一些关键问题的处理方法。     

曲拐模锻成形过程数值模拟

以锻钢曲拐为研究对象,运用Deform-3D模拟软件中的成形模块对锻件模锻成形变形过程进行数值模拟,分析锻件毛坯在成形过程中的等效应力、等效应变和成形力。通过对锻后的锻件毛坯与工件进行对比,为曲拐模锻成形提供理论依据。     

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.     

TA15钛合金锻造过程的三维有限元模拟

对TA15钛合金模锻过程进行了三维数值模拟分析,得出了变形中材料的流动状态和温度场、应力应变等分布规律。根据有限元模拟结果对模锻工艺参数进行优化,并进行了TA15钛合金模锻成形工艺试验。试验表明模拟结果与试验结果基本吻合。     

汽车转向节成形过程的有限元数值模拟

本文介绍了用二维有限元程序ＭＡＦＡＰ对斯太尔汽车转向节挤压工序变形过程和折叠缺陷的模拟分析，数值模拟结果与模拟实验完全吻合，并给出优化毛坯尺寸设计。该设计已用于实际锻件生产。文中还结合ＭＡＦＡＰ程序对塑性成形有限元基本理论进行了介绍。     

环形件螺旋成形截面形状尺寸分析与优化

为了研究环形件毛坯在螺旋成形时横截面的变形规律,结合某工厂的实际生产工艺,建立了环形件毛坯螺旋成形的三维弹塑性非线性有限元模型。基于该模型得到的仿真结果与现场测量结果基本一致,通过对仿真结果分析得到了成形过程中环形件毛坯横截面形状尺寸变化规律。分析表明:横截面会由矩形变为近似等腰梯形(内缘宽度增加,外缘宽度减小,长度减小);内、外缘宽度变化量与宽长比呈线性函数关系,长度变化量与宽长比呈二次函数关系。在此基础上优化了环形件毛坯横截面的尺寸参数。结果表明,优化后的工艺大大改善了环形件毛坯横截面的成形质量。     

变形铝合金活塞成形工艺数值分析

在分析活塞成形的基础上,采用DEFORM3D有限元分析软件,模拟了活塞锤上模锻成形过程,研究了毛坯成形的应力、应变以及摩擦条件对成形的影响,优化了毛坯形状及尺寸.这对变形铝合金活塞的成形具有一定的参考价值.     

G2500曲轴辊锻件的模锻成形过程的模拟与分析

针对G2500曲轴的曲柄宽度较大、模锻时很难充满的特点,采用先辊锻制坯、再模锻成形的工艺进行加工。通过数值模拟对设计的4种G2500曲轴辊锻件的模锻过程中的金属流动情况及压力机吨位的变化进行了模拟分析。在保证模锻型腔填充良好、曲柄充满、所需模锻设备吨位满足的情况下,确定了辊锻件4为合理的辊锻毛坯。最后通过实际生产对模拟结果进行验证,结果表明,实际生产结果与模拟吻合,采用合理的辊锻件尺寸,可以在8000 t热模锻压力机上获得质量良好的G2500曲轴。     

棒料制造齿圈毛坯成形工艺的数值仿真

为提高生产效率和材料利用率,针对大尺寸齿圈毛坯的特点,提出了以棒料为坯料生产大尺寸齿圈毛坯的新工艺。利用数值仿真分析方法研究其关键成形工艺,对所设计的一次成形可对焊圆环的辊圆成形装置建立数学模型,对棒料成形可对焊圆环过程进行数值模拟并进行实验验证,分析了棒料成形的可行性。模拟和实验结果表明,依据仿真结果设计的辊圆成形装置可实现棒料成形,该装置具有实用性。对齿圈毛坯的模锻过程进行数值仿真,获得了齿圈毛坯成形过程中的关键工艺参数,对实际生产具有指导意义。     

十字头销胎模锻工艺模拟设计

本文通过对深孔凸缘类锻件十字头销的胎模锻成形过程的模拟,分析了该类锻件胎模锻过程的特点,特别对预制坯料凸台部分体积的大小对锻件的成形过程的影响进行了分析,指出了合理分配坯料在锻件胎模锻成形过程中的重要性。经过实际生产验证,证明该胎模锻工艺方案是可行的,制坯过程对坯料的分配原则是正确的。     

Design of forging dies for forming flashless ring gear blanks using finite element methods

In the forging industry today, advanced mathematical techniques such as finite element methods (FEM) are beginning to revolutionize the conventional trial-and-error methods for die design and forging process development. Cost reduction programs are being implemented to enable the forging industry to remain competitive in today’s market. Material reduction or weight savings in the quantity of metal required to make the forged part is proving to be a significant factor contributing to cost reduction. Production of ring gear blanks without producing flash reduces the input weight of metal needed to make the gear blank, thus providing cost savings on the forged part. The following paper discusses different approaches currently used to make flashless ring gear blanks. The paper also describes the application of the rigid-viscoplastic finite element code “ALPID,” developed by Battelle Labs, Ohio, in developing a hot forging process to produce flashless ring gear blanks. The metal flow simulations, using ALPID, provide a tool to design and develop die cavities for defect-free closed die forging processes for making flashless ring gear blanks. The forming loads from these simulations are then applied to the forging die and the stresses on the die analyzed using another FEM based stress analysis package (“IDEAS,” developed by SDRC, Ohio) to verify the die design for strength in the given application. Thus, finite element methods were applied in different aspects of forging die design.     

Application of numerical simulation for wear analysis of warm forging die

Warm forging process has better forming precision than hot forging process and has better formability than cold forging. But warm forging die sustains higher temperature and working pressure, the die wear is faster than those of hot forging and cold forging. The purpose of this research is to combine the experimental techniques, wear model and numerical simulation method to predict the wear of warm forging die. The non-isothermal ring compression test was adopted to estimate the friction coefficient in different temperatures and the on-line temperature recording system was setup to correct the heat transfer coefficient of the interface. The wear coefficients in different temperatures were acquired from high temperature wear experiment. Finally, the Archard wear theory and DEFORM, a FEM code, were used to analyze the warm forging of automotive transmission outer-race and predict the die wear condition.     

基于智能算法和数值模拟协同的凸轮轴锻造优化

为了解决凸轮轴热锻过程中的材料浪费和成型载荷较大的问题,基于遗传算法、克里金预测和数值模拟的动态协同技术,提出了将填充、折叠作为约束的热模锻坯料优化策略。在优化过程中,克里金模型用于构建局部区域的梯度信息,并用数值模拟对克里金模型进行动态矫正,遗传算法控制设计变量的进化方向。用凸轮轴锻件作为优化案例,并对凸轮轴锻件的形状进行分析,设计了一种坯料形状并选用其3个尺寸参数作为优化参数。优化结果表明：该方法能够优化3D成型问题,可显著减少下料体积、节省大约27.81%材料。优化后的坯料能够满足充填完整约束、无折叠约束,并且优化后的成型载荷降低了大约71.43%左右,优化后的设计变量取值为D₁=40.6,D₂=60,D₃=16.6。     

铝合金复杂曲面薄壁罩体充液拉深失稳控制技术

以某典型铝合金复杂曲面薄壁罩体为研究对象,采用数值模拟与工艺试验相结合的方法分析了凸模初始反胀位置与液室压力对成形失稳的影响规律,优化了成形工艺参数。结果表明,当凸模初始反胀位置低于凹模型面时,凸模进入凹模时悬空区板料没有液室压力的作用,悬空区板料处于一拉一压的应力状态,悬空区容易起皱;当凸模初始反胀位置在凹模型面上方时,凸模进入凹模时悬空区板料已经受到液室压力的作用,处于双向拉应力状态,因此可以抑制悬空区起皱;当液室压力较高时,悬空区板料承受较大的拉应力容易破裂。合理控制凸模初始反胀位置与液室压力可以消除悬空区起皱与破裂。     

基于数值模拟分析结合齿温锻成形工艺及缺陷控制研究

针对结合齿预锻坯料结构及齿形填充不满、材料折叠、模具使用寿命短的问题,利用DeForm-3D数值模拟技术研究预锻坯料连皮在中心和底面、径向和正向的成形方案对结合齿成形情况、凸模载荷、应力应变分布、凹模磨损的影响,获得了冲孔连皮在中间位置正向成形的温锻工艺方案,为结合齿预锻成形工艺提供了技术支撑,有助于企业降低开发和生产成本。     

汽轮机叶片材料高温变形行为及模锻参数优化

采用试验与数值模拟相结合的方法对300MW汽轮机某级动叶片材料高温变形行为及模锻参数优化进行了研究。对1Cr12Ni2W1Mo1V合金进行的高温热模拟试验表明,该材料高温压缩下的流变应力符合双曲正弦函数关系。建立了该材料的高温本构方程,充实了不锈钢的高温材料性能库;应用所建立的材料本构方程,对叶片模锻过程进行了数值模拟,正交模拟试验的结果表明,模具飞边槽桥部宽度b对模锻成形质量影响最大,依次为坯料大头过渡圆角半径r1、模具飞边槽桥部高度h和坯料小头过渡圆角半径r2;生产中采用优化的叶片尺寸及模具结构参数,使材料利用率提高了6.43%,锻打次数减少了2次,终锻件的尺寸精度有了大幅度提高。     

基于DEFORM和正交试验法的前轴辊锻工艺优化

正交试验主要用于解决科研和生产中多因素、多水平的问题,运用正交试验法可以在减少试验次数的情况下获得最佳的参数组合,可有效节约人力、物力和时间。在DEFORM-3D有限元数值模拟过程中应用正交试验优化设计方法,对前轴制坯辊锻模具弹簧座截面的圆角值、辊锻模具角速度、摩擦因子及坯料初始温度四因素、三水平问题,进行前轴制坯辊锻模具结构及工艺优化研究,分析影响前轴辊锻成形过程中最大成形载荷的因素,研究结果有利于前轴辊锻模具结构及工艺的优化,而且可有效提高辊锻模具的使用寿命。     

国内外摆动辗压技术的研究和发展

介绍了摆动辗压成形技术在美国、英国、波兰、前苏联、瑞士、日本和德国等工业发达国家的研制和生产概况。综述了我国科技工作者在摆动辗压机的机身设计计算与制造、摆头的设计计算、摆动辗压的运动轨迹以及摆动辗压成形过程中坯料与摆头之间的接触情况等;在摆动辗压成形过程中的应力、应变分布的实验研究与数值模拟分析,缺陷形成机理分析,以及摆辗变形力的工程计算等;热摆动辗压成形工艺、温摆辗成形工艺和冷摆辗成形工艺在汽车、摩托车、五金工具和兵器工业等加工制造业的工程应用等方面所作的成形机理、数值模拟、设备和工艺研究情况。