数值模拟技术在锻造成形中的应用

锻造成形过程是一个非常复杂的弹塑性大变形过程,有限元法是用于锻造成形过程模拟中一种有效的数值计算方法。本文介绍了数值模拟技术在金属锻造成形中应用的基本理论、模拟中的关键技术,阐述了锻造成形数值模拟技术的现状及发展趋势。     

轿车行星锥齿轮冷闭式锻造数值模拟分析

以轿车差速器行星齿轮为例,对冷闭式锻造成形过程进行了数值模拟,揭示了轿车行星锥齿轮冷闭式锻造成形规律,数值模拟结果为轿车行星锥齿轮冷闭式锻造工艺与模具设计提供了有效参考.     

齿轮锻造模具及工艺优化的模拟式设计

齿轮锻造的经验设计方法难以进行锻造模具及工艺的最优化设计,造成了过多的废料和能量消耗。本文根据金属塑性成形理论基础上的上限元模拟技术,通过对齿轮锻造过程的模拟,实现了对齿轮锻造模具及工艺的优化设计,从而大大减少了飞边废料的体积和锻造能耗。     

数值模拟在锻造成形中的应用

介绍了锻造成形数值模拟中的刚(粘)塑性有限元基本理论、模拟中的关键技术和实现过程，阐述了锻造成形数值模拟的现状及发展趋势。     

不同初始条件下粉末锻造镦粗成形致密过程的数值模拟

运用有限元软件MSC.MARC对多孔体粉末烧结材料锻造镦粗成形致密过程进行了数值模拟,研究了不同初始条件(相对密度、高径比、摩擦因子)对粉末锻造成形致密规律及致密机制的影响,并对其结果进行了分析,为预成形坯和模具的优化设计提供理论依据.     

TC4钛合金管径向温锻成形工艺仿真

研究了钛合金管材的径向锻造成形，运用DEFORM(有限元模拟软件)模拟分析了模具锥角、径向进给量、锻造模具的形状结构等参数对TC4钛合金径向锻造成形的影响。采用有限元数值模拟仿真技术与理论计算相结合的方法，确定了该零件采用径向温锻成形所需要的关键参数。     

直齿圆锥齿轮精锻成形工艺数值模拟研究

齿轮锻造成形是一个复杂的塑性大变形过程.传统的理论分析方法难以很好地分析其复杂的成形过程及成形规律,而有限元数值模拟可以弥补这一不足.通过基于刚塑性/刚粘塑性有限元方法的计算机模拟对直齿圆锥齿轮的温锻和冷锻过程进行了分析,对两成形方法中的模具载荷、应力和应变分布及温度场分布进行了比较.结果表明,温锻成形具有成形载荷小、应力数值小、温度分布均匀等优点.进行了相应的温锻工艺试验研究,为温锻成形技术在工业生产中的应用提供了理论依据.     

粉末注射成形两相流动三维数值模拟及粉末与粘结剂的分离

分析齿轮零件粉末注射成形(PIM)实验成形坯密度分布以及成品容易出现飞边和塌陷的位置特点。根据粉末注射成形技术工艺过程的特点给出PIM的双流体模型及初边界条件,基于计算流体力学软件CFX对I型拉伸试样和齿轮零件的PIM两相流动过程进行三维数值模拟。根据数值模拟结果,对PIM充模流动过程中粉末和粘结剂两相速度的变化曲线进行对比分析,证实I型拉伸试样和齿轮零件的PIM充模过程中多个位置发生过不同程度的粉末与粘结剂两相分离现象。对模腔中多个不同结点处发生粉末与粘结剂两项分离的现象进行分析比较。结果表明:PIM充模过程中位于远离浇口狭窄模腔内的点容易产生两相分离现象,粉末与粘结剂两相分离现象只发生在相应位置被充填初期的一段时间内,且不同位置发生的两相分离持续时间也不同。     

轿车差速器行星与半轴齿轮冷闭塞锻造成形研究

对轿车差速器行星齿轮与半轴齿轮进行了冷闭塞锻造精密成形工艺研究与有限元数值仿真分析,研究设计了专用液压模架系统。结果表明：闭塞锻造工艺与模具设计合理;数值模拟分析准确;液压模架系统工作可靠,可实现合模力与塞挤力的合理分配。为该项新工艺的工程应用奠定了基础。     

锻钢活塞预成形过程的数值模拟分析

锻造成形过程是一个非常复杂的弹塑性大变形过程,有限元法是用于锻造成形过程模拟中一种有效的数值计算方法。通过数值模拟技术分析锻钢活塞的预成形过程,优化预成形模具型腔,获得了合理的生产工艺,达到减少成形工步、提高原材料利用率并获得合格终锻件的目的。     

可压缩粉末烧结材料塑性变形与屈服条件

本文分析了粉末烧结材料塑性变形的基本规律 ,指出了现有粉末烧结材料屈服条件与实际情况不相符的问题。通过烧结铜圆柱体试样单向压缩实验 ,确定了粉末烧结材料真实应力应变关系 ,建立了普适的粉末烧结材料屈服条件和塑性本构关系。本文的屈服条件不仅用统一的函数形式表示了粉末烧结材料初始屈服和后继屈服 ,而且综合反映了粉末烧结材料原始状况和变形致密强化对屈服的影响     

Plastic deformation and yield criterion for compressible sintered powder materials

This paper analyses the basic aspects of plastic deformation behaviours of compressible sintered powder materials, such as plastic volume change, mass constancy, small Poisson's ratio and the effect of hydrostatic pressure on yield. Based on the uniaxial compression tests using sintered powder copper as a model material, the true stress–strain equation, a generalized yield criterion and some plastic constitutive equations for compressible sintered powder materials are proposed. The proposed generalized yield criterion can depict both the initial yield and successive yield of compressible sintered powder materials in the form of unified yield function, and reflect comprehensively the effects of initial density and deformation strengthening on yield of compressible sintered powder materials as well. Experiments show that the generalized yield criterion can be applied to materials with various densities from loose powder to fully dense metal.     

粉末烧结材料闭式模锻充满过程实验研究

通过烧结紫铜圆柱体试样闭式模锻实验,研究了充满模腔过程的变形与致密规律。得出了烧结紫铜闭式模锻充满模膜过程中,轴向应变与相对密度呈线性关系,模锻变形力与相对密度呈幂函数关系,为粉末烧结材料闭式模锻工艺设计提供了实验依据。     

可压缩烧结材料轴对称变形上限元法（Ⅱ）

本文提出了可压缩烧结材料轴对称变形ＵＢＥＴ方法的三角形单元，导出了其动可容速度场和上限功率计算式。应用可压缩烧结材料ＵＢＥＴ方法分析了烧结铜轴对称挤压变形，并与实验结果作了比较。     

Modeling and Analysis of Deformation for Spiral Bevel Gear in Die Quenching Based on the Hardenability Variation

Spiral bevel gears are widely used to transmit energy between intersecting axes. The strength and fatigue life of the gears are improved by carburizing and quenching. A die quenching process is used to control the deformation of the gear. The deformation is determined by the variations in the hardenability for a certain die quenching process. The relationship between hardenability, phase transformation and deformation needs to be studied to minimize deformation during the adjustment of the die quenching process parameters. In this paper, material properties for 22CrMoH steel are determined by the results of Jominy tests, dilatometry experiments and static mechanical property tests. The material models were built based on testing results under the consideration of hardenability variation. An finite element analysis model was developed to couple the phase transformation and deformation history of the complete carburizing and die quenching process for the spiral bevel gears. The final microstructures in the gear were bainite for low hardenability steel and a mixture of bainite and ferrite for high hardenability steel. The largest buckling deformation at the gear bottom surface is 0.375 mm at the outer circle for the low hardenability gear and 0.091 mm at the inner circle for the high hardenability gear.     

粉末烧结材料屈服函数形状

正确认识粉末烧结材料屈服函数形状和性质 ,对于其塑性变形分析有重要意义。本文通过空间解析几何分析 ,证明了粉末烧结材料屈服函数在n平面、Pπ 平面和Pσ 平面上的粉末烧结材料屈服面截面轮廓曲线都为椭圆 ,在主应力空间中形状为椭球面。揭示了粉末烧结材料屈服函数与简化屈服函数之间的关系 ,并指出简化屈服函数的形状分别为双椭圆锥面和双六棱锥面。     

纯钼粉末多孔烧结材料ECAP的数值模拟及实验

采用DEFORM-3D软件对纯钼粉末多孔烧结材料等径角挤压过程进行单道次三维有限元模拟和实验研究,获得变形过程中试样的应力、应变、致密行为等相关场量变化规律.模拟结果表明:等径角挤压工艺对粉末材料具有强烈的致密效果,整个变形过程可分为3个阶段,即初始变形、过渡变形及稳定变形;试样纵横截面上,等效应变均存在不均匀分布现象,靠近模具内角和上表面处试样所获应变较大,相对密度也较高.试样不同部位所处应力状态及应变速率分布状态的不一致是导致其应变分布不均匀的根本原因.单道次挤压实验结果与模拟结果具有较好的一致性,证明了所建立有限元模型的可靠性.     

少齿数齿轮轴扭转变形及破坏分析

以顺、逆螺旋方向进行了少齿数齿轮轴的扭转试验,得到了顺逆向扭转变形和破坏的独特现象,探讨了扭转变形和破坏的原因.提出了少齿数齿轮设计时应考虑扭转失效破坏的因素.     

轧辊变形对环件精度的影响及其补偿

分析了环件轧制中轧辊变形及其对环侏精度的影响规律,提出了补偿轧辊变形改善环件精度的两种方法,并用于汽车齿轮锻件轧制生产。     

改善齿轮钢SAE8620H碳偏析的连铸工艺研究及应用

齿轮钢宏观碳偏析会加重带状级别,影响齿轮热处理变形。最根本解决方法是控制连铸坯碳偏析,在合适的连铸工艺拉速下采用优化结晶器电磁搅拌参数、动态末端电磁搅拌、控制钢水过热度及优化二冷配水的技术手段改善了连铸坯截面碳偏析指数及碳极差。实践结果表明,选择合适的连铸工艺参数及动态末搅技术能够大幅度提升铸坯内部质量,降低齿轮钢SAE8620H宏观碳偏析,达到9点碳极差不高于0.025%、碳偏析指数为0.95～1.05的水平,有效降低了齿轮钢带状级别。同时,轧制圆钢加工成齿轮后热处理变形量小、变形趋势好,产品质量得到了客户的认可。