多层金属热锻模的热机械疲劳寿命预测

热锻模服役环境恶劣,承受剧烈变化的循环热力载荷,极易导致热锻模型腔失效。采用多层金属结构可以显著提高热锻模的寿命与使用效果。以圆柱齿轮坯的锻造工艺为例,利用有限元软件Deform获得了多层金属热锻模在连续热锻条件下的循环温度场和应力分布;建立了多层金属热锻模热机械疲劳寿命预测方法与流程,利用热机械疲劳损伤预测模型对多层金属热锻模寿命进行了预测。结果可为多层金属热锻模的热疲劳寿命提供基础。     

多层金属热锻模在热锻服役下的循环载荷分析

热锻模在进行连续锻造时,型腔表层受到循环的机械载荷与激冷激热载荷,导致模具表层产生疲劳裂纹与失效。采用多层金属模具结构可以缓解热锻模所受热力载荷、提高热锻模的高温磨损性能以及热-机械疲劳磨损寿命。以直齿圆柱齿轮坯的锻造为例,利用有限元模拟和计算模型获得了均质热锻模和多层金属热锻模在连续热锻条件下的循环温度场和应力分布。结果表明,相对均质热锻模,以钴基合金为覆层、高速钢为过渡层的多层金属热锻模可以有效改善模具表层温度和应力分布;在一定程度上揭示了多层金属模具结构在热锻服役条件下的力学行为。     

石油钻杆接头闭塞挤压成形工艺数值模拟

石油钻杆接头是典型的空心轴类锻件。针对石油钻杆接头在热锻中存在的问题,提出了一种水平分模立式双向热挤压闭塞成形工艺。结合浮动凹模技术,利用有限元软件DEFORM-3D对钻杆接头成形过程进行了数值模拟,分析了金属流动规律、成形力及合模力。研究表明:立式挤压成形工艺方案可行,具有缩短工艺流程,降低成形负荷的显著优点。     

发动机连杆热锻模电解加工装置的设计

针对热锻模硬度高、形状复杂、表面质量要求高、脱模效果好的加工难题,提出了电解加工成形方法。以发动机连杆热锻模为研究对象,进行了热锻模主型腔和飞边槽的电解加工阴极及其装置的设计。结果表明,采用电解加工成形方法实现了高效率、低成本、无切削应力、型腔结构一次成形的热锻模生产加工,采用该热锻模生产的热锻件符合图纸加工要求,取得了显著的经济效益。     

基于Simufact的连杆热锻成形数值模拟

基于Simufact热锻模块对连杆热锻过程进行了数值模拟,分析了连杆锻造中的应力应变分布规律。结果表明:随着锻造的进行,锻件材料缓慢流动并逐渐充满腔体;锻造过程中飞边导致锻件在分模面产生应力集中;锻件折弯区域应变变化比较明显;锻件主体等效应力、应变等分布均匀且相对稳定。该研究结果能为连杆锻造成形及热锻工艺优化提供参考。     

38MnSiVS5非调质钢转向节的热锻成形数值模拟

以丰田IMV皮卡转向节的热锻工艺为研究对象,采用Deform-3D软件对38MnSiVS5非调质钢转向节的热锻成形过程进行有限元模拟,分析了该转向节辊锻毛坯头部直径的尺寸设计对成形载荷、坯料成形充模效果的影响,研究了阻力墙在热锻成形过程中对锻坯中金属流动和充填的作用。模拟结果表明:适当增加辊锻坯料的头部直径有助于金属充模,但直径过大会导致成形载荷急剧上升;为了促进转向节头部5个叉的成形,并避免辊锻坯料直径过大,有必要通过设置阻力墙迫使金属向合理方向流动。热锻成形试验表明,优化工艺后的转向节成形锻件的充填效果得到明显改善。     

热锻模的寿命

锻件的成本是锻造生产的重要经济指标之一,而其成本中锻模费用占有相当的比例,因此,锻模寿命的长短在锻件生产中显得尤为重要。本讲座以国内外对热锻模的试验研究、生产实践经验和调查统计资料为基础,简要阐述了热锻模的损坏形式和损坏机理,较全面的介绍了热锻模的寿命与锻模的质量、锻件、锻模使用、设备以及润滑等一系列因素的相互关系。本文可供锻造专业的工程技术人员作为设计锻模和掌握锻模损坏规律的参考资料,也可供具有一定实践经验的锻工作为锻模基本知识的进修读物。     

曲轴热锻过程数值模拟及中心疏松区追踪分析

以六拐曲轴为例,运用Transvalor Forge-3D有限元模拟软件模拟了曲轴热锻过程的温度场、应变场以及金属流动情况。研究表明,飞边区域分模面处的温度明显高于工件内部区域,应变较大,塑性变形激烈,金属流动较复杂。从三维角度观察热锻过程中金属的流向,发现原材料中心次优层金属在热锻过程中易流到轴颈内侧,使次优层金属暴露在锻件表层或近表层,从而出现磁痕。研究预测出现磁痕的位置与实际相符,并提出修改预锻型腔尺寸、提高锻造温度等预防出现磁痕的措施。     

某VCR发动机齿板热锻成形参数研究

对某VCR (Variable Compression Ratio,可变压缩比)发动机齿板热锻成形进行参数影响和优化研究,可为锻件质量控制提供理论依据。基于DEFORM-3D,建立了该过程的有限元仿真模型,研究了坯料始锻温度和上模下压速度等参数对金属填充模腔情况、成形载荷、终锻件温度和等效塑性应力分布等的影响。结果表明:在研究的参数范围内,金属填充模腔完整,无折叠缺陷;当坯料始锻温度升高或上模下压速度加快时,各工步所需载荷和终锻件的最大等效塑性应力均减小,终锻件温度升高。最终获得了较优参数,即坯料始锻温度为1050℃、下压速度为50 mm·s~(-1)时,终锻件温度分布合理、填充饱满、无折叠和表面过度氧化缺陷,且锻件应力和成形载荷小,并对较优参数进行了实验验证。     

分模位置对低筋、多筋铝合金锻件成形性能的影响

针对低筋、多筋铝合金锻件容易产生穿流缺陷的成形特点,采用有限元模拟方法分析了筋顶分模和中间分模对低筋、多筋锻件成形过程中金属流动行为的影响机理,对比了两种分模方式对锻件流线、穿流敏感度、模具磨损、材料率用率和成形力等的影响。结果表明:采用筋顶分模方式能从根本上消除锻件上与飞边相邻筋下的穿流缺陷,得到良好的金属流线,而其他性能与中间分模基本相同。因此,在模具深度和锻件出模容许的情况下,对于低筋、多筋圆饼类铝合金锻件应尽量采用筋顶分模进行模具的设计。