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.     

TC4合金筋板结构件锻造过程的三维数值模拟

采用三维刚粘塑性有限元法对一复杂筋板结构件整体成形过程进行三维热力耦合数值模拟,得到了成形过程中金属的流动规律以及应力、应变场的分布情况,从而揭示了筋板结构件的成形规律.结果表明,筋板结构件的塑性变形主要集中在加强筋成形部位,该部位是大应力应变的集中区域,也是折叠、充填不满等成形缺陷集中出现的区域.该研究对其他种类筋板结构件的成形具有一定的指导意义.     

钛合金筋板件等温局部加载模具应力分析

等温局部加载成形技术为航空航天复杂筋板类大型整体构件的成形提供了一种新的途径,但由于构件尺寸大,其成形温度高、时间长、载荷大等工艺特点,对模具提出了更高的要求。文章针对TA15钛合金典型环形高筋薄腹特征结构件等温局部加载成形,分析了等温局部加载模具的结构特点和可能的失效形式,并在此基础上采用DEFORM 3D有限元软件,对成形时模具应力进行了研究,获得了模具载荷和应力分布规律,并进一步分析了模具凹圆角半径和锻件筋条宽度对模具应力的影响。结果表明,等温局部加载成形模具的失效形式,主要为应力集中引起的脆性断裂;加载分区边界附近模具应力较小,离分区边界越远模具应力越大,且应力峰值出现在宽度较小的环形筋型腔凹角处;模具型腔各部分材料填充能力的不一致,是导致模具应力不均匀、局部出现应力集中的主要原因;增大模具凹圆角半径,模具应力降低程度较小,而通过合理的锻件几何尺寸设计,可以改善模具型腔的充填性,能更有效地降低模具应力的不均匀性和应力峰值。文章的研究结果可为等温局部加载成形模具的设计提供参考。     

钛合金整体隔框等温成形局部加载分区研究

钛合金大型整体隔框在航空航天领域得到了越来越广泛的应用,等温局部加载为这类构件的成形提供了新的途径。等温局部加载过程复杂并且存在着加载区、未加载区和过渡区以及不同加载区之间的转换,合理的局部加载分区,是保证成形过程实施和成形质量的关键,文章研究并提出了局部加载分区的总体原则,随后基于DE-FORM3D有限元软件,采用数值模拟方法研究了局部加载分区(大小、位置)对TA15钛合金整体隔框成形过程的影响规律。结果表明,局部加载分区对未加载区材料错移的影响是短程效应,合理的分区可有效控制未加载区材料错移和降低总体成形载荷;分区对材料总体变形量和变形均匀性影响不大;采用筋上分区有利于提高筋的充填性能并可避免毛刺的产生,从而可提高了过渡区成形质量。     

带筋管充液压形主要缺陷形式及控制方法

采用有限元模拟结合物理实验的方法,研究了不同筋板高厚比的带筋管机械压形和充液压形的主要缺陷形式,分析了各类缺陷产生的原因和影响因素,并给出了缺陷的控制方法。实验结果表明:内压显著改变了带筋管成形过程中的受力条件,在合适的内压辅助下带筋管的筋板和筒体均可顺利发生曲率增大或减小变形,在1MPa内压下,成形的平直段长度达到97mm。充液压形管内凹塌陷的缺陷可以通过控制内压消除,通过适当增加筋板厚度或减小筋板高度,使筋板高厚比低于一定值可以避免筋板起皱缺陷的产生;筋板高厚比和充液内压大小对缺陷有很大的影响。     

局部加载约束分流冷锻直齿轮工艺研究

针对直齿轮冷锻过程中齿腔充填困难、成形载荷大、模具寿命低的特点,提出了基于局部加载一约束分流冷锻圆柱直齿轮新工艺。在浮动凹模基础上,利用有限元软件对新工艺进行数值模拟。对工艺成形过程中速度场、成形载荷等规律进行了分析,并对比分析了多种成形工艺。结果表明：局部加载一约‘束分流终锻成形工艺可以较好地成形大模数圆柱直齿轮,能避免齿轮成形时产生的折叠缺陷,同时可以显著地降低成形载荷,为此类齿轮冷锻工艺的应用与生产实践提供了理论依据。     

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。     

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。     

三通件多向加载成形热力耦合有限元分析

多向加载是通过在轴向和侧向同时或顺序地施加载荷,可以一次成形出多个方向上具有空腔的复杂构件,减少了加工工序,且提高了成形质量,为高效率、高质量成形复杂整体构件(如三通件)提供了有效途径。然而,三通件多向加载成形影响参数多、机理复杂,本文基于DEFORM-3D,建立了三通件多向加载成形热力耦合刚粘塑性有限元模型,并验证了其可靠性。在此基础上确定了加载方案,获得40Cr钢三通件多向加载成形过程中行程载荷曲线及速度场、温度场、应力-应变场的分布规律。结果表明,按本文确定的加载方案,成形初期在水平支管上出现明显的分流线,分流线处易出现裂纹;水平支管先于垂直支管成形完毕,在水平支管成形完毕时水平冲头的载荷迅速升高,而当整体成形快完毕时,水平冲头和垂直冲头的载荷都急剧升高;成形过程中坯料芯部为大变形区,变形速率大,塑性变形热使坯料芯部出现明显温升。该研究为三通件多向加载成形工艺参数的优化,以及缺陷的控制,提供了指导。     

拉延筋结构对椭球瓜瓣构件充液拉深过程的影响

基于大型薄壁瓜瓣构件充液拉深现场实验结果,分析了缺陷产生的原因,由于瓜瓣大端角部局部区域拉力不足,材料流料量过大产生了缺陷,其无法单纯依靠整体调整工艺参数解决。针对缺陷产生的原因,提出了3种模具拉延筋优化方案并分别进行了模拟,对比分析了3种方案的流料和起皱情况。结果表明,方案3在解决大端角部起皱的基础上,整体成形效果更优。最终确认方案3为最优方案,并进行了现场生产,与模拟结果一致,通过模具拉延筋优化,解决了瓜瓣构件充液拉深成形过程易出现的局部起皱及拉裂缺陷,获得了合格产品。