Finite element analysis of die wear in hot forging processes

Design optimization of hot forging dies requires an accurate estimation of die wear. The presented paper introduces a finite element model for wear estimation that includes the process related thermal effects on hardness of the tool material. Fundamental investigations concerning the hardness evolution due to thermal softening of the tool material are presented. To obtain necessary data for model calibration by means of statistical analysis, optical measurements are performed on several industrial forging dies. The introduced model is proved to be applicable in wear estimation of hot forging dies over a large number of operating cycles.     

超高壳体锻件模具强度的有限元分析

铝合金超高壳体模锻件在模锻过程中变形抗力大,整体凹模强度难以满足使用要求,本文采用了预应力组合凹模我工位冲压根据和超高壳体锻件组合岫在模强度设计要求,建立了组合凹械螈有限元分析模型,运用ＳＡＰ５有凶分析软件边界的性质解决了具有装配过盈的结构有凶计算问题,得到套筒不同装配过盈量模具结合面上应力分布规律,分析结果表明,组合凹模的强度可满足使用要求。     

10000kN热模锻压力机有限元分析

运用Solidworks软件对10000kN热模锻压力机进行实体建模,并运用ANSYS软件对其进行结构分析;在此基础上分析压力机是否合理.通过有限元分析进行模型优化,并进行两种加载方式试验,并对两种加载结果进行比较.     

某汽轮机叶片锻模有限元优化分析

针对某汽轮机叶片锻模出现根部裂纹失效等问题,采用有限元数值模拟技术分析了锻模应力场、温度场分布状态及锻模底部圆角对锻模应力分布的影响。结果表明:叶片锻模最大等效应力值为2 680 MPa,应力集中在叶根底部圆角处;叶根底部圆角半径由R5 mm增大到R12 mm,模具应力集中效应得到缓解,但锻模温度场有所增加;通过改进锻造工艺操作,使得坯料贴合大头端能够有效降低模具应力。     

400 MN航空模锻液压机机架有限元分析

400 MN航空模锻液压机结构复杂,工作载荷和预应力巨大,在设计中采用有限元方法对其整机结构进行力学分析尤为重要。本文采用商业有限元软件Abaqus进行计算,重点考察了机架在预应力状态、中心和偏心载荷工作状态下的受力和变形状况。结果表明:在各种工况条件下,机架的位移、变形、挠曲和内应力都在设计的允许范围内,坎合界面两边始终保持大于50 MPa的面压,机架处于安全状态。     

大型模锻压机主机架结构有限元分析

大型模锻液压机的主机架是承载压力的最重要组件,其结构设计不仅直接影响压机的使用与寿命,而且是反映压机整体设计水平的重要因素。本文通过有限元分析对主机架在预紧状态与工作状态下分别进行结构刚度和强度校核计算,得出主机架结构整体安全、可靠。其研究结果为大型模锻压机的生产与制造提供了有效的理论依据。     

140MN大型热模锻压力机模架结构方案的有限元分析

大型热模锻压力机模架价值高、使用年限长、加工复杂。在模锻精度要求越来越高的今天,选择合适的导向形式和顶杆形式具有重要的意义。本文应用ANSYS Workbench软件对不同的模架结构方案进行有限元分析,结果表明:花瓣形顶杆孔模座与矩形顶杆孔模座最大应力相当,但是矩形顶杆孔周围应力为264MPa,花瓣形则为251MPa,花瓣式模架受力情况更好;当顶杆孔圆角半径为8mm时模架最大应力为614.6MPa,圆角半径为12mm时模架最大应力为541.5MPa,适当增大圆角半径可降低最大应力;此外,X形导轨模架比导柱后置式模架刚性更好。     

热锻工艺参数对模具磨损影响的有限元分析

针对某差速器盖热锻模,基于修正的Archard磨损模型,应用有限元模拟软件Deform分析了坯料和模具预热温度以及成型速度对终锻模磨损的影响规律。研究结果表明,在试验数据范围内,随着坯料预热温度的升高模具磨损量呈减小趋势,当坯料预热温度超过1230℃时,这种趋势放缓;提高模具预热温度,模具磨损量逐步增大,当预热温度超过200℃时这种趋势更加明显;成型速度小于400mm/s时,模具磨损量随成型速度的提高而减小,当成型速度超过400mm/s时,模具磨损量随成型速度的提高会先增大后减小。     

模具钢锻造过程等向性能的有限元预测

提出锻造过程等向性的有限元计算方法,首先计算锻造过程中有限单元在X、Y和Z方向的变形功,然后对每个方向的变形功进行累积,根据等向性的定义计算所有单元的方向累积变形功之比。结果显示,采用径向十字锻造方法的两镦两拔锻造工艺下(2次镦粗比为2,2次拔长比为2)的H13钢等向性计算结果为0.50和0.47,试验实测结果为0.51和0.48;采用轴向反复镦拔法的一镦一拔、两镦两拔锻造工艺下(镦粗比为2,拔长比为2)的718钢等向性计算结果分别为0.76、0.81和0.92、0.98,试验实测结果分别为0.771、0.824和0.948、0.974,提出的模具钢锻造过程等向性预测方法,对于降低制造成本和优化锻造工艺具有重要的理论指导意义。     

汽车突缘叉热锻模具磨损的有限元分析及验证

在热锻过程中,模具表面不断受到循环机械载荷和热冲击的影响,因此,磨损成为模具失效的主要原因.针对汽车突缘叉模具磨损严重的问题,提出了一种突缘叉热锻成形工艺,基于Archard磨损理论模型,建立了突缘叉热锻成形过程中的热-力耦合有限元模型,并研究了热锻成形过程中锻件的成形情况,同时对模具磨损最严重的位置进行了预测,最后通...     

有限元法在冲压模具分析中的应用及展望

综述了国内外有限元模拟技术(FEA)的发展和在冲压成形领域中的研究状况和应用水平,着重介绍了在冲压模具应力应变分析、结构优化设计和尺寸精度控制方面采用有限元法(FEM)的现状。通过利用弹性有限元法进行冲压模具的应力应变分析,可以优化模具设计,在延长模具寿命、缩短模具开发周期、降低开发成本和提高产品质量等方面均可取得显著的成效。最后指出了FEM在模具分析中的研究和应用的不足之处,并对今后的发展方向提出了看法。     

八万吨模锻压机主缸焊接应力场有限元分析

针对八万吨模锻压机主缸焊接应力和变形难于精确控制的问题,建立了主缸焊接有限元模型,通过模拟计算和试验验证,得到了主缸焊接温度场、应力场和变形.结果表明,主缸焊接过程中焊缝温度最高,约为2 100℃,接头区域温度梯度最大.主缸焊后最大位移位于主缸顶部,位移量约为7.4 mm,焊缝区位移量较小.在焊接前应考虑对主缸底部和顶部进行约束,防止焊后产生较大变形.主缸焊缝区等效应力最大,约为470 MPa,热影响区应力次之,母材应力最小.在热处理前要注意接头上表面是否存在焊接裂纹等缺陷.以上结果为主缸实际焊接提供了计算数据参考.     

大锻件中心压实法(JTS)锻造过程有限元分析

在大锻件生产中,中心压实法(JTS法)是压实大锻件中心缺陷的一种有效方法.但在具体的工艺实施过程中,对大锻件在JTS法锻造中的温度梯度控制,钢锭外表面的冷却控制,以及温度梯度对内部的应力应变及组织的影响缺乏足够的认识,所以很难掌握其规律.大锻件单件生产的特点,又限制了其工艺实验的可行性.本文利用有限元方法,根据温度场的特点,建立合理的边界条件及参数,计算吹风和喷水等冷却方式所对应的锻件温度场.通过热力耦合模型和刚塑性有限元分析,模拟在内外具有较高温度梯度情况下的锻件应力应变场,分析了温度梯度对锻件内部应力应变的影响规律.结果表明,锻件的温度梯度对其应力应变具有重要影响,温度梯度越大,锻件中心的等效应变和静水压应力越大,压实中心缺陷的效果越好.该模拟结果及其参数将有助于制定合理的大锻件生产工艺.     

曲轴体锻造胎模的有限元分析与改进

为解决曲轴体毛坯锻造胎模在生产中工作寿命过低的问题,采用有限元方法分析模具在工作时的受力状况,提出采用组合式模具的解决方案,并根据有限元分析结果确定模具设计的各项参数.新设计的组合式模具投入生产后,其工作寿命为原有整体式模具的数倍,证明模具改进效果显著,也表明在模具设计中深入应用有限元技术具有重要意义.     

热锻模综合应力与弹性模量关系的有限元分析

模锻成形过程中，温度对锻模材料的力学性能有很大影响。这种影响不仅体现在模具材料的强度、硬度和韧性等指标上，而且体现在弹性模量、热膨胀系数和热传导系数上。本文就锻模材料的弹性模量随温度的变化进行分析，用有限元法研究模锻过程中锻模的应力场及其变化规律，从中得到热锻模综合应力场与弹性模量之间的对应关系。研究结果证明，热锻模材料的选择不应苛求其常温下的机械性能，而应从降低锻模温度应力为主要目标选用弹性模量小且弹性模量对温度敏感的材料。     

Finite element analysis of a multi-stage axisymmetric forging process having a spring-attached die for controlling metal flow lines

In this paper, a computer simulation technique for the forging process having a spring-attached die is presented. A penalty rigid-viscoplastic finite element method is employed together with an iterative force-balancing method, in which convergence is achieved when the forming load and the spring reaction force are in equilibrium within the user-specified allowable accuracy. The force balancing is controlled by adjusting the velocity of the spring-attached die. To minimize the number of iterations, a velocity estimating scheme is proposed. Two application examples found in the related company are given in order to emphasize the significance of metal flow lines for quality control and to investigate the effects of spring-attached dies on the metal flow lines as well as the decrease in forming load.     

Finite element analysis for die casting parameters in high-pressure die casting process

The gating system and the overflow system were designed according to the casting structure during high pressure die casting(HPDC) process. The simulation was carried out by ProCAST software to visualize the injection chamber pre-crystallization and the flow of molten metal. The main work is to research four die casting process parameters, i.e. injection temperature, low-pressure velocity, high-and low-pressure velocity's switching position, and high-pressure velocity. Experimental results show that the higher injection temperature and lowpressure velocity can mitigate the pre-crystallization of the injection chamber. However, when the low-pressure velocity exceeds 0.2 m·s~(-1), the air entrapment in the chamber occurs. Besides, when the high-pressure velocity is greater than 2.5 m·s~(-1), the overflow channel at the final filling position is covered by the liquid metal too early. Finally, the injection temperature of 650 °C, the low-pressure velocity of 0.2 m·s~(-1), the high-and low-pressure velocity's switching position of 320 mm and the high-pressure velocity of 2 m·s~(-1) are obtained as the optimal parameters by the software simulation, which has been verified by actual production.     

花键冷滚压成形过程有限元分析

基于刚塑性有限元法基本理论,借助通用三维有限元软件Deform-3D V6.0对花键冷滚压成形全过程进行了三维动态分析,获得了成形力一行程曲线、等效应力和等效应变的分布情况.结果表明,变形主要发生在工件表层的一定范围内,工件中心处基本不产生变形,等效应力最大出现在滚压轮与工件接触的两个位置,最大等效应变出现在花键齿槽处.该研究为花键冷滚压成形工艺研究提供了理论依据.     

Finite element analysis of liquid ejection in continuously cast slab by sequential forging

Since segregation occurs at the central part of the continuously cast slab, it is desirable to eject the liquid in the centre during solidification by sequential forging. The deformation behaviour of continuously cast slab during forging is simulated by the finite element method. A model experiment using paraffin wax is also carried out to compare with the theoretical result. The model experiment shows that the liquid may be trapped in the slab during the successive forging process, depending on the striking interval, even when the reduction in thickness is larger than the initial thickness of the liquid part. The calculated profile of the interface between the solid and the liquid parts is wavier and the solid part is deformed more as the striking interval increases. The calculated maximum thickness of the liquid part after forging agrees qualitatively well with the experimental one. The predicted maximum striking interval without liquid trapping in the forging process agrees well with the experimental one.     

80MN快速锻造液压机的有限元模态分析

针对快速锻造液压机的有限元建模,本文将以往研究中的活动横梁与机架整体建模,改进为活动横梁与机架采用节点耦合和弹簧连接的方式建模,较好地模拟了液压机的工作连接情况。通过对80MN快速锻造液压机进行有限元模态分析计算,获得了有限元模态频率和模态振型,模态频率分析表明本液压机的最小固有频率为3.8486Hz,大于其工作频率1.25Hz,液压机不会发生共振。模态振型分析表明第三阶振型的振幅相对其它阶大出21.9%以上,下横梁振动对液压机工作精度的影响较大。