基于响应面的大型锻件成形过程模拟技术研究

大型锻件锻造工艺复杂,锻件中心锻造质量难以保证。针对核电用大型圆筒形锻件芯轴扩孔工艺变形特点,结合中心压实法和刚粘塑性有限元法对芯轴扩孔工艺进行有限元数值模拟;应用响应面法,通过建立径向基函数模型,分析下砧量、芯轴转动角度和锻件表面温度对圆筒形锻件锻透性的影响规律,并对优化结果进行讨论,提出了优化锻造工艺的新方法。     

轴类件拔长V型砧和四砧径向锻造锻透性研究

轴类大锻件拔长可以采用V型砧、四砧径向锻造等。为了解这些拔长方式对锻件芯部变形的影响,应用有限元软件Super Form模拟了拔长锻造过程,对比分析了V型砧和四砧径向锻造两种工艺方法的锻透性。研究表明:V型砧拔长,锻后锻件内部等效应变分布不均匀,各处变形差异较大,经3道次拔长后,锻件芯部锻透性较好,给定条件下的累积等效应变约为1.6;四砧径向锻造,锻后锻件内部等效应变分布比较均匀,但锻件芯部锻透性较差,给定条件下芯部等效应变小于0.2,且端部一定长度范围内,芯部等效应变更小,经4道次拔长后,芯部累积等效应变为0.8左右。     

基于FORGE-3D径向锻造工艺的数值模拟

采用有限元模拟软件FORGE-3D,对径向锻造轴类件工艺参数进行数值模拟研究。分析不同径向压下量、夹头转速和轴向进给速度对锻透性和生产效率的影响。结果表明:锻造过程中,径向压下量越小、夹头转速越高和轴向进给速度越慢,则锻件外表面就越光滑,表面粗糙度越小,尺寸精度越高。径向锻打45钢Φ110 mm棒料的最佳条件为:径向压下量5 mm,转速30 r·min~(-1),轴向进给速度20 mm·s~(-1)。通过模拟仿真来验证和优化径向锻造工艺,大大降低了径向锻造工艺开发的周期,降低了多次锻造实验的成本。     

径向压下率与送进率对径向锻造工件质量的影响

采用有限元法建立并验证了径向锻造成形轴类锻件的轴对称数值模型,对工艺参数进行无量纲化,分析了压下率与送进率等参数对径向锻造成形中应力及应变分布、端面形状和锤头打击力的影响。基于心部等效应变均匀分布、端面不出现凹坑以及在锻造过程中心部出现三向压应力且锻后不出现残余拉应力等准则,建立了压下率与送进率的合理配合区域,给出了利用以上规律,兼顾锻件质量、生产率、锻造设备最大吨位等要求,合理选择压下率与送进率参数的径向锻造工艺设计示例。采用本研究得出的径向锻造成形规律可以有效地提高锻件质量。     

45钢轴类零件径向锻造的锻透性分析

为了优选锻造工艺参数,从物理模拟和数值模拟两个方面对45钢轴类零件在径向锻造中的锻透性进行了研究。在物理模拟方面,在Gleeble-1500D热模拟试验机上对铸态45钢试样在应变速率为1s-1,变形温度为1100℃条件下进行了等温恒应变速率压缩试验,观察了不同压缩量下铸态45钢的金相组织。结果表明,铸态45钢样的晶粒度随着压下量的增加而细化,压缩到一定程度后晶粒度趋于稳定。在数值模拟方面,运用DEFORM 3D软件对45钢轴类零件的径向锻造过程进行了模拟,研究了不同压下量和不同锻打速度对锻透性的影响。结果表明,锻透性随压下量的增加而增大。     

基于T-S模糊神经网络和田口法的热径向锻造端部凹坑预测

在热径向锻造工艺过程中,轴类锻件的端部凹坑值反映了锻造过程中的金属轴向流动不均匀性。通过有限元法(FEM),建立并验证了45号钢轴类零件径向锻造工艺的三维模型,采用田口法设计了实验方案,分析了锤头几何参数和径向压下率等工艺参数对锻件端部凹坑的影响,并引入咬入比参数,提出先将锻件咬入锤头原地锻打再径向锻造的新工艺。结果表明,新工艺有利于减小端部凹坑,锤头几何参数的合理取值范围是锤面直径比φ≤1.2和锤宽比ω≥0.5。基于有限元法的结果,采用T-S模糊神经网络(T-S FNN)较为准确地预测了端部凹坑和锻造载荷。综合考虑锻件缺陷、设备锻造力、生产效率等要求,给出了合理的工艺实例,保证了锻件质量。     

轴类大锻件压方时锻件表面质量和内部应力状态的影响因素研究

轴类大锻件的锻造过程分为压方、拔长和倒棱滚圆三大步骤。目前对锻造工艺的研究集中在拔长工艺优化上,忽略了压方和倒棱滚圆对锻件质量的影响。为制定准确的压方工艺参数以提高锻件质量并指导实际生产,应用有限元软件DEFORM_3D建立相应的分析模型,对压方过程进行模拟,从锻件内部应力状态、锻透性及锻件裂纹3个方面对比分析了平砧压方和90°V型砧压方2种工艺方法,结果显示:采用90°V型砧压方时,锻件质量显著提高。     

矩形截面锻件的径向锻造力与展宽

首先针对矩形截面锻件径向锻造工艺进行了试验研究,并采用有限元法进行了三维数值模拟,不同压下率条件下模拟与试验所得的锻造力误差不超过5%,表明有限元模型是合理的。采用有限元模拟方法,分析了压下率和送进率等参数对径向锻造力与坯料展宽的影响规律。采用回归正交试验方法,将无量纲化的工艺参数对径向锻造力与坯料展宽的影响规律拟合为二次多项式,拟合结果与有限元模拟结果的误差不超过6%,表明拟合公式是合理的。这些拟合公式可用于矩形截面锻件径向锻造工艺的设计和优化。     

台阶轴径向锻造锤头数对锻透性和生产率的影响

采用Deform-3D对四锤头和两锤头径向热锻45钢台阶轴过程进行了数值模拟,依据等效塑性应变、平均应力和平均塑性应变在锻件中的分布来研究锻透性及揭示锻件端部缩孔的本质.结果表明:锻件中心的等效应变均大于零,说明10％的压下量已能锻透;锤头数目对锻件中心等效塑性应变的影响不大.采用锻件中心平均应力描述锻件内部的静水压力...     

整锻挤压辊两次镦拔新工艺的数值模拟

整体锻造挤压辊是整个辊压机的关键部件,形状短粗,是大型粗短轴类零件的代表,锻透性较差;空洞型缺陷是造成产品合格率低的一个重要因素,必须消除.本文利用Deform-3D模拟软件,对两次镦拔新工艺应用于RP170-110挤压辊的第1次镦拔过程进行了理论验证.通过对镦粗后采用WHF法和FM法拔长过程的数值模拟结果进行对比,说明两次镦拔新工艺中的第1次镦拔工艺-镦粗 WHF法拔长能够在足够大的三向压应力状态下,在再结晶温度以上愈合孔洞型缺陷,提高了大型短粗轴类锻件的锻透性.8件锻件全部试制合格的结果也证明了两次镦拔新工艺第1次镦拔的合理性.