多楔楔横轧42CrMo4大型空心长轴类零件分析

大型厚壁空心长轴类零件是工业装备中的关键零部件,文章采用多楔楔横轧成形该类零件。首先,推导多楔楔横轧长轴空心件的侧楔偏转角公式,为多楔楔横轧模具的设计奠定了基础。然后,研究展宽角对单楔楔横轧厚壁空心件的影响规律,发现相对于轧制小直径空心轴,展宽角的选择范围可以扩大,内孔椭圆度也能得到控制。同时发现模具的顶面脱空也能控制内孔椭圆度。最后,建立双楔楔横轧轧制大型厚壁空心长轴类零件的有限元模型,模拟了成形过程,监测对称面的内孔椭圆度,有限元计算的内孔椭圆度为4.98%,轧制实验值为5.56%。表明：双楔楔横轧大型厚壁空心长轴类零件是可行的。     

多楔楔横轧42CrMo4大型空心长轴类零件分析（英文）

大型厚壁空心长轴类零件是工业装备中的关键零部件,本研究采用多楔楔横轧成形该类零件。首先,推导多楔楔横轧长轴空心件的侧楔偏转角公式,为多楔楔横轧模具的设计奠定了基础。然后,研究展宽角对单楔楔横轧厚壁空心件的影响规律,发现相对于轧制小直径空心轴,展宽角的选择范围可以扩大,内孔椭圆度也能得到控制。同时发现模具的顶面脱空也能控制内孔椭圆度。最后,建立双楔楔横轧轧制大型厚壁空心长轴类零件的有限元模型,模拟了成形过程,监测对称面的内孔椭圆度,有限元计算的内孔椭圆度为4.98%,轧制实验值为5.56%。结果表明:双楔楔横轧大型厚壁空心长轴类零件是可行的。     

工艺参数对闭开联合楔横轧轴件端部质量的影响

为了精确控制楔横轧轴件端部质量,实现无料头精确成形,提出了闭开联合楔横轧轧制新方法。采用DEFORM-3D有限元软件研究了闭式阶段不同工艺参数对轧件端部质量的影响规律及影响程度。结果表明:凹心值随着闭式成形角、展宽角和台阶长度的增大而减小;随端部轧制长度的增大而增大;随断面收缩率的增大先增大后减小;且影响因素的主次顺序为端部轧制长度、断面收缩率、闭式展宽角、闭式成形角、台阶长度。并对模拟结果进行了实验验证。     

楔横轧轧件扭转变形影响因素的研究

应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对楔横轧轴类件进行轧制过程的模拟,分析了轧件扭转变形的形成原因,总结出成形角、展宽角、断面收缩率、摩擦系数及模具脱空宽度对轧件扭转变形的影响规律,指出采用脱空模具是降低轧件扭转变形的最有效措施.本研究为合理确定楔横轧工艺参数,改善轧件的质量提供了重要的理论依据.     

轴向移动量程序化计算及工艺参数对轴向移动量的影响

本文在综合楔横轧轧制过程不同阶段轴向移动量计算规律的基础上,开发并编制出轴向移动量计算机源程序,并用该程序定量地分析了断面收缩率、展宽角、成形角和轧件直径工艺参数对其轴向移动量的影响规律,为楔横轧多楔模具优化设计与仿真提供高效的计算手段和重要的理论依据。     

小断面收缩率轴类件楔横轧过程的数值分析

使用Deform软件,对楔横轧小断面收缩率轴类件进行模拟分析,得到了小断面收缩率轴类件的应力-应变规律。模拟结果显示：楔横轧小断面收缩率轴类件的主要成形发生在展宽段,在轧件与模具接触的区域,轧件的三向应力均为压应力,且压应力的值较大,在轧件的中心区域,横向应力为拉应力,其值达到25 MPa左右,轴向应力为拉应力,其值达到35 MPa左右,轧件易产生缩松、裂纹等缺陷;小断面收缩率轴类件的对称横截面出现椭圆化,椭圆度值可达到2．28%;对楔横轧小断面率轧件进行金属流动性分析,发现轧件的变形主要发生在轧件的外层附近,在不同的横截面上,截面离对称横截面越远,轴向位移的值越大;在轧件的端面上选取P1, P2, P3, P4这4点,轧件的外层P4处轴向位移大,轧件的心部P1处轴向位移小,导致轧件出现了凹心现象。     

空心轴类件楔横轧仿真及壁厚变化规律

基于Deform-3D软件,建立了平楔楔横轧成形空心轴类件三维刚-塑性大变形热应力耦合有限元模型.通过模拟仿真与实验数据对比,验证了该模型的正确性,并在此模型基础上,应用楔横轧各工艺参数的正交试验,分析了空心坯料的成形性及壁厚的变化规律.结果表明:所轧空心轴类件的壁厚对比度与成形角、展宽角成正比,与断面收缩率成反比.研究结果对轧制空心阶梯轴的应用以及准确预测空心轴类件壁厚的变化具有指导意义和实用价值.     

工艺参数对楔横轧一次成形气门毛坯螺旋痕的影响

采用楔横轧工艺,在轧制过程中轧件的已轧表面经常产生带倾斜角螺旋状凹痕缺陷。为解决气门毛坯材料5Cr21Mn9Ni4N应用楔横轧轧制更易出现表面螺旋痕的问题,以DEFORM-3D 6.0软件为有限元模拟工具,对不同工艺参数下轧件跟踪点的应力场进行研究。在楔横轧H500轧机上进行不同工艺参数轧制实验,计算每个轧件螺旋度,并对其进行比较分析。由有限元模拟结果和实验结果得出,对轧件表面螺旋痕影响最大的是成形角,其次是斜楔尖部圆角,再其次是展宽角。工艺参数对表面螺旋痕影响规律是,随成形角的增大,表面螺旋痕先减小,后增大;随斜楔尖部圆角和展宽角的增大,表面螺旋痕减小。并得出,在其他参数已确定的情况下,成形角取28°、展宽角取8°40′、斜楔尖部圆角取10mm时,楔横轧轧制气门毛坯不容易形成表面螺旋痕。     

工艺参数对楔横轧GH4169合金轴类件力能参数的影响

利用DEFORM-3D有限元软件建立了其三维刚塑性有限元模型,通过仿真与实验相结合的方法,分析展宽角、成形角、断面收缩率对GH4169合金成形过程中力能参数的影响规律。结果表明在展宽段有:随着成形角的增大,径向力、横向力和轧制力矩均减小,轴向力略增大,但增大幅度不明显;随着展宽角的增大,径向力、横向力和轧制力矩均增大,轴向力减小;随着断面收缩率的增大,径向力、横向力和轧制力矩先增大后减小,轴向力增大。采用无量纲影响因子法,综合分析获得了工艺参数对力能参数影响的主次顺序。在此基础上,进行了1∶1楔横轧GH4169合金实验,得到轧制力矩与数值模拟结果相对误差在10%以内。研究结果为GH4169合金轴类件楔横轧成形合理选取工艺参数和轧机设计力能参数确定提供参考。     

楔横轧大断面收缩率一次楔成形轧件心部质量规律及原因

为确定楔横轧大断面收缩率一次楔成形工艺心部质量的加工界限,对大断面收缩率下轧件心部质量规律进行了深入探索。采用实轧实验方法得到轧件心部最大孔洞面积数据;对比常规断面收缩率下轧件心部最大缺陷尺寸数据,得到大断面收缩率一次楔成形轧件的心部质量规律;并利用有限元数值模拟方法对大断面收缩率与常规断面收缩率轧件心部应力、应变进行对比分析,找出规律的原因。所得规律为,大断面收缩率轧制轧件心部质量整体好于常规断面收缩率轧制,另揭示出其原因为,大断面收缩率轧制轧件金属瞬时轴向流动量大,杆部中心剩余金属少,可供缺陷发展的空间也较小;不利于轧件心部质量的应力应变作用的时间较短,与工艺时间相同时刻常规断面收缩率的应力应变最大值相差比例也较小,静水压力在整个轧制过程中有利于轧件心部质量。     

模具参数对楔横轧铝合金轧件内部空洞的影响(英文)

通过分析楔横轧内部空洞(疏松)缺陷的物理性质和形成特征,将内部空洞视为多孔材料,利用多孔材料的刚塑性有限元方法,建立7075铝合金坯料内部空洞缺陷的数值模型。采用相对密度研究成形角、展宽角、断面收缩率对内部空洞缺陷的影响规律。结果显示:内部空洞的扩展主要发生在展宽段,楔入段对它的影响很小。展宽角是影响内部空洞产生的主要因素,而断面收缩率的影响较小。成形角、展宽角、断面收缩率越大,越不易发生内部空洞缺陷。在模具设计时,为了防止铝合金坯料轧制后产生内部空洞缺陷,断面收缩率应选择在55%～65%之间,展宽角在8°～10°之间,成形角在29°～32°之间。     

芯棒对楔横轧厚壁空心轴成形质量及轧制力的影响

针对楔横轧厚壁空心轴的变形特点,采用DEFORM-3D建立热力耦合数值模型,实现轧制过程的精确模拟,分析了芯棒直径对轧件不圆度及损伤系数的影响。结果表明,轧件不圆度与芯棒直径的变化成正比,轧件的损伤状况与芯棒直径的变化成反比。带芯棒轧制时,轧件在质量上优于无芯棒轧制。轧制实验测量了带芯棒轧制厚壁空心轴的最大轧制力,研究结果为合理选择工艺参数及轧机设计提供了依据。     

Analysis of interfacial slip in cross-wedge rolling: a numerical and phenomenological investigation

Friction and slip between the workpiece and the tool in metal forming processes are important issues in tool design and product development. This paper characterizes the tool–workpiece interfacial slip in a flat-wedge cross-wedge rolling process (CWR) using an explicit dynamic finite element method. An experimentally validated finite-element model of CWR is used to investigate the effects of the friction coefficient, the forming angle, and the area reduction on the tool–workpiece interfacial slip. A total of 14 rolling conditions are analyzed. An analytical CWR model for the workpiece rotational condition, which predicts the onset of rotation, is derived. Using this model, the critical area reduction and friction coefficient are compared with the failure conditions that occurred in the finite-element modeling and the prototype experiments. The variation of interfacial slip with CWR design parameters is found to provide insight regarding the CWR process design.     

Influence of tool parameters on internal voids in cross wedge rolling of aluminum alloy parts

The internal void of cross wedge rolling (CWR) part can be treated as porous material due to their similar physical property and deformation characteristics. Aiming at the CWR process of aluminum alloy 7075 workpiece, the numerical simulation model for internal void was established by means of the rigid-plastic FEM method for the porous material. The relative density was used to research the influence of three primary parameters on the internal void in CWR process, including the forming angle α₁, the stretching angle β and the area reduction ΔA. The experimental results show that the expansion of internal void occurs in the stretching zone, and the knifing zone just has a little influence on it. The stretching angle has a great influence on the internal void, while the area reduction has a small influence on it. The size of internal voids decreases with the increase of area reduction, stretching angle and forming angle. When designing the CWR tool geometry and operating conditions, to prevent the internal void, the area reduction is suggested to be 55%–65%, the stretching angle to be 8°–10°, and the forming angle to be 29°–32°.     

非调质钢F40MnV三辊楔横轧的实验研究

针对非调质钢F40MnV空心轴类件楔横轧成形问题,为获得最佳轧制与冷却工艺制度,在三辊楔横轧机上开展了轧制与冷却实验研究。利用正交法制定实验过程工艺参数,并将带有热电偶的试件进行轧制。轧后采用水冷,水冷加空冷,风冷,空冷4种方式进行冷却,得到相应的温度变化曲线。基于实验结果,采用金相分析和性能实验手段研究了温度、断面减缩率和冷却介质对F40MnV钢轧后冷态力学性能的影响。结果表明采用水冷加空冷、断面减缩率35%、轧制温度为950℃时的成形工艺可得到较为优良的力学性能。     

滚轧轮运动方式对减速机蜗杆滚轧成形的影响

研究了减速机蜗杆零件滚轧成形过程中滚轧轮运动方式对成形的影响。首先根据蜗杆零件特点,设计了轴线平行的两滚轧轮滚轧方式,并确定了滚轧轮的具体结构参数。然后进行了蜗杆材料20Cr Mn Ti钢的热压缩实验,在应变速率分别为0.1,1,10和30 s~(-1),实验温度分别为800,900和1000℃的情况下,得到了材料的应力-应变曲线。最后通过数值模拟研究了蜗杆滚轧过程中两种滚轧轮运动方式的成形结果,并进行了实验验证。结果表明:当两个滚轧轮顺时针单向旋转时,数值模拟中工件轴向位移达到6.48 mm,实验件达到2.66 mm;当两个滚轧轮先顺时针、再逆时针往复旋转时,工件的轴向位移矢量和接近零。滚轧轮往复旋转的滚轧方式能够有效避免蜗杆工件轴线位移严重的问题,保证了滚轧的顺利进行。     

电磁-斜槽复合法制备铝合金半固态浆料

采用自制的电磁-斜槽复合浆料制备装置,制备了半固态AlSi9Cu3合金浆料.选取斜槽角度、浇注温度和电磁搅拌电压为试验因素,用正交试验法进行了工艺参数分析.结果表明,对半固态组织初生相平均等效直径的影响顺序为:浇注温度、斜槽角度、搅拌电压;对半固态组织初生相平均圆整度影响的因素顺序为:电磁搅拌电压、斜槽角度、浇注温度.通过试验得到的最优工艺参数:斜槽角度为25°～35°,浇注温度为650℃,电磁搅拌电压为200～300 V.     

输出轴楔横轧成形空心缺陷的研究

针对输出轴轧件出现的空心缺陷现象,采用有限元与实际轧制相结合的方式,对楔横轧轧件成形过程中应力应变场进行了分析,发现轧制过程中轴向金属运动阻力太大,是引起工件出现空心缺陷的原因。通过将二次轧制模的基圆高度整体降低,减小了金属轴向流动的阻力,从而避免了轧件空心缺陷的产生。     

响应面法在大锻件微观组织质量控制中的应用

以某T型截面大锻件分段多道次成形工艺为研究对象,引入数学统计工具-响应面法(RSM)对该分段、不连续变形下的组织均匀性控制问题进行了研究。将工艺条件-道次进行参数表征,采用有限元方法 (FEM)和响应面法相结合,建立了以改善锻件微观组织质量为评价目标,以坯料温度、压力机速度、上模斜角角度和道次表征量为设计变量的二阶响应模型。研究了设计变量与评价目标之间的作用规律,通过Matlab软件得到了最优锻造工艺和工艺参数组合,即采用3道次成形工艺,坯料温度为440℃,压力机速度为8 mm·s-1,上模斜角角度为160°。采用优化结果进行大锻件的生产试制验证,金像分析显示所成形锻件内部组织均匀,表明了应用RSM和FEM可以有效地对分段多道次成形工艺下的锻件组织均匀性进行控制。