多锥辊摆辗圆盘件成形新技术探究

<正>圆盘件是一种常见工业用件,多锥辊摆辗是一种先进的塑性成形技术。为了研究多锥辊摆辗成形圆盘件技术的特征和特点,本文对多锥辊摆辗的两种技术进行了介绍,分析同轴多锥辊与不同轴多锥辊的区别和特点,并同时分析其成形特点。摆辗是一种适用于成形盘类、法兰类、齿轮类、圆环类等零件的成形技术,由于加工方法独特,使其表现出常规加工工艺无法媲美的优点,目前已被广泛用于汽车、摩托车、火车、工程机械、农业机械等工业领域。     

双辊摆辗大直径薄圆盘数值模拟分析及优化

为了研究大直径薄圆盘双辊摆辗成形工艺,通过UG设计了闭式模具和浮动式模具两种不同的模型。以直径Φ505 mm、厚度5. 5 mm的圆盘为研究对象,利用Deform-3D数值模拟分析软件,对两种模具结构摆辗成形大直径圆盘件进行了分析,确定了闭式模具结构为较优方案。通过在闭式模具结构上进行正交试验,对摆辗成形工艺参数进行优化。结果表明,坯料初始温度、轧辊转速、下模进给速度以及工件和下模之间的摩擦系数对双辊摆辗成形大直径薄圆盘有着重要的影响。当坯料初始温度为950℃、轧辊转速为75 r·min~(-1)、下模进给速度为1 mm·s~(-1)、摩擦系数为0. 5时,圆盘成形质量较好。通过实际试验验证,获得了质量良好的工件。     

摆动辗压成形件高度尺寸精度分析

扼要介绍了摆动辗压成形过程的工作原理及摆头运动轨迹；详细分析了摆头运动倾有（即摆角）的大小与摆头锥角不匹配和摆辗中心的偏移对摆动辗压成形件高度尺寸精度的影响，探讨了国内个摆辗机的合理应用范围，指出只有摆角较小的摆辗机才宜于净形与近似净形加工摆动辗压成形件。     

42CrMo铸坯环件热辗扩有限元模拟与分析

基于ABAQUS软件平台,建立了42CrMo大型环形铸坯热辗扩三维热力耦合有限元模型,模拟了铸坯热辗扩过程中应变场和温度场,研究了初始辗扩温度对辗扩力的影响规律.模拟结果表明在环形铸坯热辗扩过程中：①铸坯等效应变呈阶梯状上升,内外表面应变大于中间层应变;在稳定成形阶段,沿环件径向方向,由于导向辊与芯辊直径差异,导致环件最大平均等效应变可能出现在环件内表面也可能出现在环件外表面;②初始阶段,变形区与成形辊接触处温度降低较快,非变形区温度变化不是很明显;随着辗扩的进行,芯部温度逐渐上升,边缘温度低,温度分布不均匀;③随着铸坯初始辗扩温度升高,平均辗扩力明显下降,但随时间变化趋势保持一致.     

大口径宽幅薄壁环形件径轴向热辗扩应变场数值分析

基于ABAQUS/EXPLICIT有限元软件,建立大口径宽幅薄壁环形件径轴向热辗扩热力耦合有限元模型。在不同驱动辊半径、芯辊半径和锥辊锥角下进行有限元模拟,得到不同轧辊尺寸下成形环件应变场的分布规律。结果表明,在模拟轧辊尺寸范围内,随着驱动辊半径增大,应变场分布均匀性减小;随芯辊半径和锥辊锥角的增大,应变场分布均匀性增大。驱动辊尺寸对环件应变场的影响最大,锥辊锥角影响次之,芯辊尺寸影响最小。研究结果为实际生产中轧辊尺寸的选取和优化提供了有效的理论指导。     

摩擦对异形环件热轧变形影响的有限元探讨

基于Simufact建立了大型异形截面环件辗扩成形过程的三维有限元模型,模拟计算并揭示了驱动辊、锥辊、芯辊摩擦系数对环件热辗扩过程中的等效应变、轧制力、环件尺寸的影响规律,结果表明,驱动辊摩擦系数与锥辊摩擦系数的增加均有利于外径的增加,而芯辊摩擦系数的增加则有利于内径的增加;驱动辊摩擦系数的增加会同时增加环件的径向与轴向轧制力;驱动辊摩擦系数的增加可以使环件内外表面等效应变更均匀,使变形更均匀,可以在一定程度上使塑性区更容易穿透环件壁厚。     

基于Simufact的汽车连接盘摆辗锻造有限元模拟

为了在锻造成形过程中降低力、减小冲击振动和噪声、改善工作条件、提高成形件精度,对某型连接盘摆辗成形原理进行了分析,建立了其成形有限元模型,运用专业锻压软件Simufact对其应力、等效应变及其与摆辗倾斜角之间的关系进行模拟分析。结果表明:在摆辗挤压过程中,坯料随着上模一起做摆辗运动,随着摆辗挤压的进行,坯料应力及等效应变影响区域逐渐增加;不同摆辗挤压阶段,应力及等效应变最大值分布区域不同;随着摆辗倾斜角的增加,应力及等效应变最大值都先减小后增大。     

基于锻坯的大型内台阶环件双件轧制

利用Gleeble-3500D热模拟实验机对Q345E钢进行单道次热压缩实验,建立起环件用钢的流变应力模型,在有限元模拟软件SIMUFACT中建立起大型锻坯内台阶环件双件轧制三维数值仿真模型,对大型内台阶环件一个生产周期内的环件轧制过程进行了数值模拟,并对其可靠性进行了实验验证,研究了环件热轧过程中环件不同部位的等效应变场、温度场、辗扩力以及金属流动特性的规律。结果表明:轧制过程中环件的应变分布规律为,驱动辊、芯辊与环件台阶高度的应变、环件的棱角区的应变要明显大于环件其他部位的应变,且越靠近这些部位的应变越大,反映出整个环件轧制过程中变形区由成形辊与环件接触面部位和棱角处向环件内部逐渐扩展;环件的高温区域越来越来窄,且向环件内部集中,环件内部的温度要远远高于驱动辊和芯辊与环件接触部位的温度;轧制力与轧制力矩的变化规律为先增大后保持在一定范围内波动,最后逐渐下降。     

轿车差速器齿轮精密成形的有限元数值模拟

对轿车差速器锥齿轮的冷摆辗成形过程进行三维刚塑性有限元模拟和实验研究，利用三维有限元软件-DEFORM模拟其成形过程中的金属流动充填规律和变形力学特征，揭示了其精密成形过程的变形机理。数值模拟结果与实验结果基本吻合。     

扩孔变形模式对筒形件成形的影响规律北大核心CSCD

采用数值模拟方法分析了筒形件自由锻马杠扩孔成形过程和热辗扩成形过程,对比分析了两种变形模式对筒形件变形规律的影响。研究结果表明:相同壁厚锻比的条件下,局部加载间歇变形模式的马杠扩孔成形的筒形件横剖面上等效应变沿周向周期性分布,其大小沿径向从内到外逐渐降低;而局部加载连续变形模式的热辗扩成形的筒形件横剖面上等效应变沿周向均匀分布,其大小在外径处最高,内径处次之,壁厚中心最低。对比发现:两种变形模式中壁厚中心的等效应变值相当,且热辗扩成形的筒形件壁厚中心的等效应变略大。结合热辗扩成形试验结果发现:在相同壁厚锻比的条件下,热辗扩成形工艺可以替代马杠扩孔成形工艺来成形筒形件,在保证环坯充分锻透的前提下,获得变形均匀的筒形件。     

摆辗圆盘件中心变薄的预测及防止办法的有限元分析

本文采用三维刚塑性有限元法对圆盘件的摆动辗压过程进行了数值模拟,针对具体算例进行了圆盘件摆辗中心变薄缺陷的预测,并且对所提出的缺陷防止办法进行了数值模拟,结果说明,采用有限元方法进行圆盘件摆动辗压工艺缺陷预报是可行的,所提出的工艺优化方案改善了工件的受力条件,避免了工件中心变薄的发生。     

外台阶截面环形铸坯热辗扩成形工艺有限元模拟

基于DEFORM软件,建立了外台阶截面环件热辗扩有限元模型,模拟分析了材质为42CrMo钢的环形铸坯热辗扩过程.结果表明:在选定的热辗扩工艺参数下,辗扩后环件表面平整光滑,无凹坑缺陷,成圆规整;与成形辊接触的环件内外层金属的流动速度大于芯部的流动速度;与成形辊接触的环件内外层金属等效应变较芯部大;在辗扩过程中,环件芯部的温度下降始终较内外层平缓,内外层金属的温度呈锯齿状下降趋势.本文的研究对外台阶截面环形铸坯热辗扩成形工艺的设计、环件质量预测与控制具有指导意义.     

低频振动辅助花键齿摆辗成形金属流动规律

为探明低频振动对摆辗花键齿金属流动的影响，对不同振型参数下的花键齿金属流动状况进行了数值模拟分析及实验研究。结果表明：工件主动变形区金属呈辐射状向四周流动，且工件边缘的金属流动最剧烈，高度方向上金属流动有明显的分流面，以分流面为基础，由上表面至下表面金属流动速度逐渐减小，离分流面越远的金属切向流动速度越小。低频振动可以有效地改善工件变形的均匀性和齿形的填充效果，频率和振幅越大，越有助于金属材料向轴向和径向流动，花键齿齿形的成形效果越好。振动辅助花键齿摆辗实验获得了齿形饱满、上下材料流动均匀的花键齿摆辗件，其结果与数值模拟的结果基本一致。     

大型盘件轴向辗轧成形过程的三维数值模拟

采用刚塑性有限元法对航空发动机用GH4169合金盘件的轴向辗轧成形过程进行了三维数值模拟,定量分析了盘件的流线分布、热力参数、型腔填充过程和成形载荷,并与液压机模锻盘件进行了对比.模拟结果显示,采用轴向辗轧成形的盘件变形更加充分,温度均匀性更好,流线分布更加合理,有利于难变形材料盘件的质量控制.相同尺寸盘件的成形载荷只有液压机模锻的1/10左右.     

环形毛坯冷辗扩微元体变形及受力分析

针对环件冷辗扩的现状和特点,研究了多芯辊辗扩的成形原理.对环件多芯辊辗扩进行了运动学及力学分析,对环形毛坯冷辗扩微元体进行了变形分析,对多芯辊辗扩环形毛坯厚度方向的变形规律及芯辊的移动值应满足的切向应变与径向应变的关系进行了分析,推导出了最小瞬时压下量等所需工艺参数的数学表达式.研究结果可作为设计环件多芯辊辗扩工艺的理论依据.     

汽车半轴热摆辗成形凹模温度场有限元分析

基于有限元分析软件Deform-3D,建立了汽车半轴锻件热摆辗成形有限元模型及热传导过程模型,对热摆辗成形过程中凹模的温度场分布规律进行研究。分析了温度场分布对凹模磨损的影响规律,并结合汽车半轴锻件的热摆辗成形试验进行验证。研究结果表明:在汽车半轴锻件热摆辗成形过程中,在模具的凸、凹模法兰台阶过渡位置上,由于受到热传导和塑性剪切的相互作用,温度上升最快,最高温度达到599℃,造成模具表面硬度下降,从而引起法兰台阶过渡区域模具磨损量增大。     

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。     

偏心套转速对螺旋锥齿轮摆辗成形的影响

摆辗成形过程中不同的上模运动轨迹对螺旋锥齿轮的摆辗成形有重要的影响,而上模的运动轨迹由内外偏心套的转速决定。单辊摆辗过程中,偏心套转速的改变会引起玫瑰线和螺旋线运动周期和轨迹形状的改变。以材料为20CrMnTiH钢的螺旋锥齿轮为研究对象,通过UG建立了三维有限元模型,并利用Deform-3D详细研究了当偏心套转速不同时,轨迹运动周期和轨迹形状的变化对摆辗成形螺旋锥齿轮成形力能参数、变形均匀性、齿根损伤因子和接触面积的影响规律。结果表明:不同的偏心套转速对玫瑰线和螺旋线摆辗成形螺旋锥齿轮的影响规律具有相似性,螺旋锥齿轮在玫瑰线和螺旋线轨迹摆辗成形过程中取周期T=3 s、转速比|n_1/n_2|=6/7较为合适。     

6061铝合金盘件辗压成形材料流动规律及微观组织分布研究

通过6061铝合金盘件的双面辗压成形工艺试验,结合数值模拟和微观组织检测,对辗压成形过程中的盘件形状变化、材料流动规律以及微观组织分布规律进行了研究。通过小进给、多道次辗压成形铝合金盘件,材料主要流动趋势是向盘件边缘流动,其次在盘件中心夹头附近有材料堆积现象;采用数值模拟分析发现,应变速率主要集中于盘件与辗压头的接触位置,等效应变沿着盘件轴向从变形区表面到中心逐渐减小;通过电子背散射衍射(EBSD)分析变形区组织分布特征,发现从变形区表面到中心,晶粒尺寸逐渐增大,再结晶体积分数逐渐减小。研究结果对辗压工艺的设计具有参考作用。     

基于物质点法冷挤压成形过程的数值模拟

针对传统有限元法进行冷挤压成形模拟时出现的网格畸变问题,开展基于物质点法冷挤压成形过程的数值模拟研究。通过建立冷挤压成形过程物质点法仿真模型和编制程序,分别对锥模和平模两种情况下的冷挤压成形过程进行模拟研究,得到其变形规律,并与实验和有限元方法计算结果进行比较。通过锥模冷挤压成形过程的数值模拟,得到不同挤压量下挤压件形状和挤压件高度值,与实验结果吻合较好,最大误差为0.52%。通过平模冷挤压成形过程的数值模拟,得到不同挤压量下挤压件的变形规律,当压下量较大时,物质点法能较好地实现冷挤压成形过程的数值模拟,而有限元法出现了网格畸变。研究结果表明,物质点法模拟冷挤压成形过程是可行的,能够有效地消除网格畸变。