回转塑性成形技术的应用

简要叙述了摆辗、辗环、楔横轧、螺旋轧制、辊锻及径向锻造等回转塑性成形技术的国内外现状；工艺特点和设备发展概况。指出了它们在现代工业生产中的重要作用。     

气门毛坯局部镦挤终锻成形工艺研究

根据气门毛坯楔横轧-模锻成形工艺中楔横轧和终锻工艺特点及要求,设计了不同初始直径的预成形坯料,运用DEFORM-2D软件对其终锻时的局部镦挤成形过程进行数值模拟,获得了终锻成形中头部金属将同时产生径向和轴向流动、轴向流动导致杆部增长以及工件内变形分布等规律,根据杆部增长量与预成形毛坯形状尺寸及成形条件的关系,确立了预成形毛坯的设计原则,采用终成形实验验证了预成形毛坯设计的正确性.实验表明,楔横轧-模锻工艺能获得高组织性能的气门毛坯.     

三辊楔横轧空心件热变形时微观组织的研究

利用非线性有限元建立了金属成形过程中热、力、组织相互耦合的刚塑性有限元模型,采用该模型对三辊楔横轧空心件成形工艺进行仿真计算,得出不同阶段轧件的晶粒尺寸变化规律.在此基础上,应用正交实验法探讨了空心坯料轧制时壁厚、断面收缩率、轧制温度对晶粒尺寸的影响.结果表明:轧制温度对晶粒尺寸影响显著,其次依次为肇厚、断面收缩率.     

中小型中间轴成形方法

中间部分直径大于两端的中小型轴在机械工程中应用极广.怎样优质高效地生产这类重要零件,在生产实际中很有意义.介绍了此类零件的几种成形方法,重点介绍了TR镦锻装置和楔横轧成形此类零件的技术经济价值.     

槽的连续局部塑性成形与劈挤

介绍了用于加工槽的各种连续局部塑性成形方法,包括螺纹轧制、横轧与斜轧、分劈、花键轴滚轧、劈分轧制、花键轴/齿轮开模挤压、花键套挤压、槽型换向器整体冷锻、外翅片管挤压—犁削、内/外螺纹管拉拔等。在总结归纳各种方法变形特征的基础上,根据模具工作部分与坯料之间的运动关系,提出槽的连续局部塑性成形可划分为滚轧与劈挤两种基本变形方式。初步给出了劈挤定义,并对几种常见结构槽进行了物理模拟实验验证。初步介绍了劈挤所用模具、变形特征、应用范围。     

预成形毛坯过渡圆角半径对气门终锻成形过程的影响

采用数值模拟与实验相结合的方法,对气门毛坯的楔横轧-模锻工艺过程进行研究,依据气门毛坯楔横轧成形工艺及终锻成形工艺的要求设计了不同过渡圆角半径的预成形毛坯,采用有限元软件进行数值模拟。分析其成形工艺过程中坯料的金属流动规律、不同过渡圆角半径的坯料所需最大成形载荷,并研究成形过程中坯料与凹模的接触情况。研究结果表明,与锻件过渡圆角相比,毛坯圆角半径与锻件圆角半径越接近,综合效果越好;当毛坯圆角半径过小时,所需的成形载荷也较小,但毛坯过渡圆角处的氧化皮难以清除,且会出现较浅的挤压痕迹;当毛坯圆角半径过大时,成形载荷也越大,产生严重的挤压痕迹,使模具产生严重的磨损,从而降低模具的使用寿命。     

成形角对空心件楔横轧收口工艺的影响

针对楔横轧工艺,研究轧辊成形角变化对空心件收口成形的影响规律。根据工件成形尺寸,使用UG软件建立4种模具方案,每个方案中模具的不同之处在于成形角的变化方式不相同。运用Deform软件模拟空心件的楔横轧成形过程,对比模拟结果,得出最佳的成形工艺方案,并分析了最佳方案下的等效应力和等效应变的变化。试验结果表明,采用最佳模具成形方案轧制出的工件可以达到尺寸要求。最佳成形工艺方案为:在轧制过程中,工件转过6.5圈,前5圈为变形,成形角值从0°连续线性增加到3.6°,第6圈为成形过程,成形角为3.6°;保持成形角不变,第6.5圈为卸载阶段。     

大型/复杂模锻件省力成形工艺研究进展

随着锻件尺寸和形状复杂度不断提高,所需设备的载荷吨位也在不断加大,使得成形载荷升级,不断挑战设备成形的能力.为了在中小型压力机上生产出更大尺寸或形状更为复杂的模锻件,迫切需要发展省力成形模锻工艺以实现小设备干大活的目标.为此,国内外学者在大型/复杂模锻件省力成形工艺及省力成形原理方面开展了大量研究.首先介绍了影响模锻成...     

汽油机曲柄的轧、锻联合成形工艺

对于汽油机曲柄这样的锻件，有较大的圆盘形头部，而杆部细长，从常用的锻件制坯和成形工艺的比较，采用楔横轧制坯，然后预锻、终锻成形是比较理想的工艺方案。本文从生产的实际需要出发，提出了在汽油机曲柄成形中采用轧、锻联合成形工艺，在楔横轧制坯中又引入了组合式楔横轧模具的设计思路。探讨了组合式楔横轧模具的设计方法，使汽油机曲柄的轧、锻联合成形工艺更具实用价值。     

绝缘子钢脚楔横轧精密成形工艺与仿真研究

针对绝缘子钢脚生产效率低、材料浪费大的问题,设计了1模2件的精密成形工艺方案,采用优化的工艺参数,设计了绝缘子钢脚楔横轧模。采用Deform软件,对绝缘子钢脚的工艺过程进行了模拟仿真,仿真结果验证了工艺与模具设计的可行性。     

无缝钢管局部径向模具塑性成形有限元分析

采用大变形弹塑性有限元法,对无缝钢管局部径向模具塑性成形过程进行了研究,得出了对控制无缝钢管成形质量具有重要参考价值的结论,解决了成形过程中钢管的开裂与表面压痕问题.     

局部加载控制不均匀变形与精确塑性成形研究进展

局部加载控制不均匀变形与精确塑性成形关键理论与技术研究,既是先进塑性成形学科前沿领域中的关键和挑战性课题,又是航空航天高技术发展的迫切需求。文章以局部不均匀加载实现通常极难的板面内弯曲成形为切入点,发展了控制不均匀变形以实现精确塑性成形的理论与技术,为我国先进飞机发展面临的大型复杂整体钛框成形制造难题的解决,提供了启示。建立了薄壁管数控弯曲失稳起皱、回弹、截面畸变预测和成形极限分析的模型、过程仿真和优化设计的方法;揭示了其关键影响因素和影响规律;实现了难度很大的薄壁管小弯曲半径数控弯曲精确成形。建立了多道次普旋、曲母线和带内筋件强旋等复杂过程三维仿真模型,提出了解决不均匀变形导致的复杂成形缺陷和旋轮轨迹优化设计难题的方法。解决了大型铝型材先进等温挤压中迫切需要解决的多场耦合作用下温度与速度效应和控制的重大难题。发展了复杂环件辗扩过程和控制仿真的三维有限元模型以及临界摩擦系数确定的解析-数值方法;总结了冷辗扩3种塑性变形行为及多因素耦合对辗扩过程的影响;提出了率相关晶体塑性模型在有限元中实现的稳健算法,实现了冷辗扩宏观变形行为的细观响应描述。     

塑性成形工艺参数稳健优化设计方法

文章给出了一种适用于以尺寸和形状精度为控制对象的塑性成形工艺参数稳健优化设计方法。该方法针对塑性成形的尺寸和形状误差控制要求,根据稳健优化设计思想,以满意度或综合质量损失为目标,将成形工艺参数(包括变形参数和模具结构参数)作为可控因素,将材料的屈服强度、弹性模量以及摩擦系数等影响变形过程和制品质量的参数作为噪声因素,利用设计变量与综合质量损失之间的关系和实验数据,并通过回归分析方法,构建稳健优化问题的目标函数,从而将多目标优化问题简化为单目标优化问题。该方法在机械扩径工艺参数设计方面的应用结果表明,其优化效果好于非稳健优化设计方法。     

充填速度与浇口对半固态AlSi7Mg合金成形过程的影响

确定半固态触变成形的边界条件,在半固态表观粘度耦合于流场的动量方程上,建立半固态AlSi7Mg充型过程的计算模型.对不同充填速度、浇口形状以及浇口设置位置下半固态成形过程进行模拟分析.结果表明:半固态合金的充填速度对流态及成形质量具有明显影响,与压铸相比,半固态浇口形状、设置位置等因素对充填流态影响相对较小,所以半固态工艺设计较为灵活.半固态压铸机的充填流量及充填压力取决于浇口面积、充填速度以及合金种类.充填速度决定半固态浆料流动形态,进而影响半固态制件的成形质量.     

超塑成形对GH4169合金激光焊接组织的影响

采用激光连接/超塑成形组合技术制造了GH4169合金三层板结构件,研究了超塑成形(温度965℃,成形时间130min)对GH4169高温合金激光焊接组织的影响.试验结果表明:GH4169高温合金激光焊接组织主要由树枝晶构成,枝晶间中有Nb元素偏聚现象,即形成了一种金属间化合物Laves相;焊接组织在超塑成形后,焊缝中心出现了粗大的等轴晶粒,熔合线附近的柱状晶粒变得粗大,成形后大部分Laves相转变为δ相,但仍有少部分Laves相保留了下来;成形后焊缝的维氏硬度明显提高,由成形前的331.63HV0.1提高到391.74HV0.1,接近成形后母材的硬度415.63.超塑成形对GH4169高温合金激光焊接组织有明显的改善作用.     

异步轧制对AZ31镁合金组织及高温塑性的影响

文章研究了异步轧制工艺对AZ31镁合金显微组织及高温下延伸率的影响。实验异步轧制采用的轧制温度为350℃～400℃,道次压下率为15%～30%。结果表明,异步轧制时,采用异速比为1.33,轧制温度为350℃,在道次压下率为15%～30%,经过300℃、10min的退火制度下,其表面质量良好,且组织均匀细小。当道次压下率为20%时,最大延伸率为206%。     

形变温度对42CrMo钢塑性成形与动态再结晶的影响

以热物理模拟试验为基础,得到42CrMo钢发生动态再结晶的数学模型。采用热-力耦合的弹塑性有限元法对42CrMo钢圆柱试样的热变形过程进行了数值模拟,讨论了形变温度对42CrMo钢塑性成形与动态再结晶的影响。模拟结果表明,热变形过程中,试样各部位变形不均,心部的等效应变最大,变形不均匀性在950℃附近达到最大值;试样各部位的等效应力大小分布不均,其最大值在低温时一般出现在心部与粘着区/自由变形区的交界处,高温时一般出现在粘着区;动态再结晶分数随着形变温度升高而增大,当形变温度较低、压下量较大时也会发生较大程度的动态再结晶;试样各部位的动态再结晶晶粒大小分步不均,再结晶晶粒随形变温度升高而迅速粗化。     

热处理工艺对预硬型塑料模具钢组织与性能的影响

通过研究预硬型塑料模具钢锻后砂冷、350℃回火、500℃回火、退火及退火后500℃回火等不同状态下组织及力学性能并进行分析。试验结果表明,锻后砂冷工艺与其它工艺相比,综合性能良好,锻后砂冷可取代回火处理工艺。试验用塑料模具钢残留奥氏体较少,残留奥氏体对材料力学性能的改善将有限,回火后力学性能变化的主要原因是渗碳体的析出。     

Free forming of locally heated specimens

A novel manufacturing method is investigated, in which a steep temperature gradient within the workpiece is induced to facilitate material flow locally. By this method, complex shapes can be formed without complicated dies. The feasibility of the idea is analyzed experimentally and numerically. Local heating is realized either by means of induction or laser heating. Experiments using materials 16MnCr5, X5CrNi18/9, and Ti6Al4V have been conducted under various process conditions. These experiments have also been modeled by finite element method (FEM) validating the analysis procedure. Electromagnetic models are used to analyze the heat generation pattern on the workpiece by induction. It is found that the most important process parameters are the thermal diffusivity and the temperature sensitivity of the flow curve of the workpiece material. The lower the thermal diffusivity and the higher the temperature sensitivity, the more differentiated local shapes can be formed. For the analyzed geometries, induction heating has been observed to be more effective. Deformation rate and initial workpiece geometry have also a significant effect on the achievable local deformations. Various failure modes such as unintended deformations, damage by fracture, and melting of the workpiece material are described. It is concluded that the new idea of forming local shapes by local heating is a feasible and controllable manufacturing alternative.     

Si粉过渡塑性相对锆刚玉材料结构和性能的影响

将质量分数4%、6%、8%和10%的Si粉引入到锆刚玉材料中,采用过渡塑性相工艺,并在埋炭条件下于1500℃保温3h烧成,制备出了SiC-SiAlON结合锆刚玉材料。研究表明:Si粉不仅起塑性相成型的作用,并可促进烧结,改善锆刚玉材料的强度和抗热震性。质量分数10%Si粉试样的常温抗折强度和残余强度保持率分别为33MPa和85%,较未添加Si粉的试样分别提高了24MPa和16%。高温抗折强度则在Si粉质量分数为8%时最大,为8 MPa,为未添加Si粉试样的2.3倍。锆刚玉材料强度和抗热震性的提高归因于原位反应生成的纤维状β-SiC和少量粒状的O′-SiAlON填充在锆刚玉骨架中所起的强化作用,及裂纹遇到SiC纤维时通过桥联和偏转等所起的增强增韧作用。