齿轮锻件预锻坯尺寸计算

有轮辐的齿轮锻件在闭式模锻成形时有时需要先预锻,使坯料金属在终锻模膛中合理分布以利于成形。预锻坯尺寸是否合理对终锻成形有很大影响。如预锻坯外径过小,则轮缘难以充满;如预锻坯外径过大,则轮毂难以充满并产生较大毛刺。对于怎样确定预锻坯尺寸,许多人都是凭经验并在生产中进行调整,这就带有一定的盲目性,影响生产效率。造成不必要的浪费。本人根据金属变形特点和实践经验,总结出一套计算方法供大家参考。     

汽车前轴制坯辊锻工艺分析与模具设计

根据汽车前轴锻件的特点、技术条件与要求,对精密辊锻制坯工艺及模具设计进行研究,设计出前轴制坯辊锻、预成形辊锻和终成形辊锻模具,并分析了具有礼帽形型槽的异性截面和上压力札制方式对制坯辊锻工艺的影响和作用.     

基于数值模拟的叶片毛坯径向锻造成型分析

基于Simufact.Forming径向锻造模块对某叶片毛坯锻造成形过程进行数值模拟分析,研究了径向锻坯到叶片模锻的成型过程,获得了叶片锻坯在径向锻造过程中等效应变以及锻流线分布规律。深入分析锻坯锻透性,并对径锻成形过程进行理论计算和试验验证。结果表明:适当提高相对压下率能使锻坯变形均匀,采用拉打径向锻造方式能够有效保证锻坯成型的尺寸精度,得到的叶片锻坯模锻充型效果较好,飞边分布均匀,锻坯心部等效应力在锻打时有规律地发生波动,旋转锻打使金属材料沿周向流动,锻流线的扭转角与旋转角相一致,锻坯质量较好,无明显缺陷。     

控制锻件变形均匀性和变形力的锻造预成形多目标优化设计

以影响锻件质量的重要因素--锻造预成形模具形状为研究对象,对锻造过程展开同时包括锻件变形力和变形均匀性两个方面的优化设计的研究.研究目标是使锻件变形最均匀的同时变形力最小,即获得变形均匀性和变形力综合性能最好的终锻件.基于有限元数值模拟方法,采用有限元灵敏度分析方法,首次对同时控制锻件变形均匀性和变形力的锻造过程预成形进行多目标优化设计研究.给出总目标函数和各子目标函数的表达形式,并详细推导各目标函数相对于优化设计变量的灵敏度.利用自行开发的程序,对断面为H形的轴对称锻件进行预成形多目标优化设计,给出优化过程中总目标函数及各子目标函数、预成形模具形状、预成形件形状及终锻件等效应变和y向应力的分布变化情况.结果表明,通过对预成形模具形状进行优化设计,总目标函数、变形均匀性子目标函数和变形力子目标函数分别下降了13%,33%和6%左右,达到了同时对锻件变形均匀性和变形力进行优化的目的.     

基于有限元逆向模拟技术的预成形模具设计

介绍了基于刚一粘塑性有限元方法的正向和逆向模拟技术,并将该技术应用于链轨节锻件的复杂锻造工艺的预成形设计,实现了从理想形状的终锻件设计预成形件和预成形模具的目标。所设计的预成形件和预成形模具降低了终锻模具的磨损,提高了材料的利用率,保障了预成形件在后续模具中的定位稳定性,井应用于生产实际,取得了较好的经济效益。     

上海宝钢集团公司成功锻制特大高温合金锻件

2004年4月1日,国内最大的高温合金涡轮盘饼坯在宝钢集团上海五钢公司4000t快锻机上锻制成功。这块1950mm、厚190mm、重达4.4t的特大型合金锻件的诞生,凝聚着多项创新成果,为我国开发重型燃汽轮机用大型高温合金涡轮盘材料技术开辟了道路。五钢锻造厂和特钢技术中心高温合金研究室为锻制大型高温合金涡轮盘饼坯进行了精心组织和研究。他们大胆探索,精心实施,在4000t快锻机上成功实现了变形抗力特大锻件的历史性突破。其中“可粘贴绝热材料”、“保温锻造技术”、“多元分解锻造工艺”等工艺技术均为国内首创,尤其是“保温锻造技术”为后续…     

基于变形均匀性的锻造模具形状优化设计方法

以直接设计预成形模具形状为目标,提出并建立了一种控制变形均匀性的灵敏度分析理论和模具形状优化设计方法。以任意单元的等效应变与所有单元的平均等效应变的差值的平方和作为目标函数,Ｂ样条曲线表示模具形状,Ｂ样条曲线控制点坐标作为优化设计变量,优化设计的目标是通过设计预成形模具形状使目标函数最小,即使整个工件的变形尽可能均匀。给出了目标函数的表达形式,详细推导了目标函数、单元等效应变率和单元各应变率分量对优化设计变量的灵敏度,给出了优化设计的步骤。应用该方法对圆柱体平模镦粗工艺进行预成形优化设计,给出了相应的优化设计结果,并提出了一种检验优化结果的变形均匀因子,优化与未优化结果的比较表明优化取得了良好的效果。     

环件热辗扩温度场和应变场分布的研究

基于DEFORM3D平台,建立了环件辗扩三维刚-塑性热力耦合有限元模型,模拟分析了热辗扩过程中温度场和应变场的分布特征及其对成形的影响规律。结果表明：随着辗扩过程的进行,环坯等效应变呈阶梯状上升,温度呈波浪式变化;环坯外圈等效应变最大,中层最小;变形初始外圈温度变化最大,随着辗扩过程的进行,中层温度逐渐上升,内圈始终最小;随着初始辗扩温度的升高,辗扩力明显下降,但变化趋势保持一致。     

三开模块的互换性及其保证

在锻造双联齿轮和“工”字形盘形类零件锻坯时,通常采用预锻和终锻两次锻造工艺。即将棒料先预锻成“T”字形毛坯,再在三开模上终锻成“工”字形形状。三开模也就是锻造这类毛坯终锻成形的组合锻模,其结构如图1、2所示。在使用三开模终锻成形中,经常会遇到由于三开模块的互换性差,造成锻造毛坯表面有三条明显凸起的筋,甚至端面高低不平,外圆大小不一,严重地影响了锻坯表面质量,使锻坯尺寸达不到工艺要求,给机械加工带来困难。因此,如何解决三开模块的互换性问题对提高锻坯表面质量,提高劳动生产率,减少锻模损耗,降低产品成本,有极重要的意义。一、三开模块互换性分析三开模块的互换性有两种情况:一种是每副之中的三块互换;另一种是任意互换。解决了后一种情况,前者也迎刃而解了。为了解决三开模块的任意互换性问题,应先分析     

粉末高温合金盘的切削加工

介绍了粉末高温合金盘的应用和发展趋势,并通过和其他几种材料盘类零件的切削加工情况进行比较,指出了其制造和切削过程中存在的问题,同时探讨了提高粉末高温合金盘切削加工效率的几点措施,包括典型粉末高温合金盘的加工工艺路线以及粉末高温合金盘切削加工对刀具和设备的需求.     

Design optimization of extruded preform for hydroforming processes based on ideal forming design theory

The conventional practice to predict preform shapes in hydroformimg processes based on finite-element analysis and/or experiment is an iterative procedure and requires many trials. In this paper, a computationally efficient direct design method, which effectively improves the design procedure, was introduced. The direct design method based on ideal forming theory, which was successfully applied for the design of flat blanks for stamping processes, was extended for the design of non-flat preform for tube hydroforming processes. A preform optimization methodology for non-flat blank solutions was proposed based on the penalty constraint method for the cross-sectional shape and length of a tube. The hybrid membrane/shell method was employed to capture thickness effect while maintaining membrane formulation in the ideal forming theory. Several classes of examples were analyzed to verify the current formulation.     

A new method of preform design in hot forging by using electric field theory

The preform design in metal forging plays a key role in improving product quality, such as ensuring defect-free property and proper metal flow. In industry, preforms are generally designed by the iterative trial-and-error approach. This approach, however, leads not only to the increase of significant tool cost but also to the extended down-time of the production equipment. It is thus necessary to reduce time and man power through an effective method of preform design. In this paper, the equi-potential lines designed in the electric field are introduced to find an appropriate preform shape. The equi-potential lines generated between two conductors of different voltages show similar trends for the minimum work paths between the undeformed shape and the deformed shape. Based on this similarity, the equi-potential lines obtained by the arrangement of the initial and final shapes are utilized for the design of the preform, and then the artificial neural network is used to find the range of initial volume and potential value of the electric field.     

基于渐进优化的锻造预成形优化设计研究

体积成形的预成形设计及优化是金属多工序成形设计领域的难点之一,也是获得高质量产品的关键。借鉴渐进结构优化(Evolutionary structural optimization,ESO)的思想,并考虑体积成形特点,建立一种针对体积成形预成形设计的方法——拓扑优化法,并详细给出该方法的优化策略、单元增删准则、插值处理等关键技术。利用自行开发的优化程序,结合DEFORM-2D有限元模拟软件,以理想充填模膛、改善锻件变形均匀性为目标,以静水压力的大小作为单元的增删准则,对开式模锻下轴对称结构的盘形锻件预成形几何外形进行优化设计。优化结果表明,该方法算法原理清晰明确,实现方便,整个过程集成化以后,从模拟到优化均可实现自动进行,运行效率高,同时也有较高的优化精度,预成形结构比较理想。     

圆盘锻件纯形状锻造模具优化设计

在讨论圆盘锻件模具设计现状的基础上,提出了一种金属成形过程的有限元灵敏度分析方法和以此为基础的模具形状优化设计方法。对圆盘件锻造过程进行了灵敏度分析和模具形状优化设计。结果表明,采用优化设计的预锻模具,可得到侧面无鼓形的纯形状圆盘锻件,并且预锻模具形状光滑、简单、便于加工和锻造生产。为圆盘锻件的纯形状锻造模具设计提供了一种定量分析方法。     

Evolutionary forging preform design optimization using strain-based criterion

Preform design plays an important role in forging design especially for parts with complex shapes. In this paper, an attempt was made to develop a topological optimization approach for the preform design in bulk metal forming processes based on the bidirectional evolutionary structural optimization strategy. In this approach, a new strain-based element addition and removal criterion has been proposed for evaluating and optimizing the material flow in the forging process. To obtain a smooth preform boundary, a closed B-spline curve based on the least square algorithm is employed to approximate the uneven surface of the updated preform profile. A C# program has been developed to integrate the FE simulation, shape optimization, and surface approximation processes. Two 2D forging preform design problems are evaluated by using the developed method. The results suggest that the optimized preform with the strain uniformity criterion has shown better performance in improving the material flow and deformation uniformity during the forging process. The results also demonstrate the robustness and efficiency of the developed preform optimization method.     

A new approach of preform design based on 3D electrostatic field simulation and geometric transformation

Preform design is an important aspect of the research and development of the forging processes, which plays a key role in improving product quality, such as improving material filling capacity and reducing forming loads. In industry, preforms are generally designed by the iterative trial-and-error approach. This approach, however, leads not only to the increase of tool cost but also to prolonged production time. On the basis of the minimum energy principle and the minimum resistance law, a new approach by means of 3D electrostatic field simulation and geometric transformation is proposed in this paper to design the preform shape. Two axisymmetric (a disk and a blind-hole) forgings and a long-axis part are used to demonstrate this method, and finite element package DEFORM 3D is used to simulate the forming process for the purpose of verifying the validity and effectiveness of this approach.     

非等温成形过程中的预锻模具形状优化设计

采用塑性有限元、灵敏度分析和工程优化算法相结合的方法,对非等温成形过程中预锻模具形状进行了优化设计。预锻模具形状采用三次B样条函数表示,B样条函数的控制点作为设计变量,通过优化预锻模具形状,可实现净形锻造,得到无飞边完全充满模腔的合格终锻件。给出了模具形状优化设计步骤,推导了速度灵敏度方程和温度灵敏度方程。最后以一轴对称圆盘锻造过程为例,对预锻模具形状进行了优化设计。     

控制变形力的锻造预成形优化设计研究

以刚黏塑性有限元为基础,采用基于灵敏度分析的正向模拟优化法,以直接设计预成形模具形状为目标,提出并建立了一种控制变形力的灵敏度分析理论和模具形状优化设计方法。给出了目标函数的表达形式,确定了优化设计变量,推导了目标函数对优化设计变量的灵敏度,利用FORTRAN语言开发了变形力预成形优化设计程序,并对一平面应变变形的H形锻件进行了预成形优化设计,得到了目标函数及终锻件Y向应力分布随优化迭代次数的变化情况。     

多型腔锻造过程预锻模形状优化设计

采用刚粘塑性有限元,灵敏度分析和工程优化算法结合的方法,对一典型的多型腔齿轮坯锻件进行了预成形优化设计。通过优化预锻模具形状,可得到完全充满意型腔少无飞行的终锻件,给出了灵敏度分析的基本公式和优化迭代步骤,并提出了贮存灵敏度刚度矩阵,减小优化设计变量的方法,大大提高了程度和运行速度。     

基于数值模拟的锻造预成形优化设计系统集成

净形和近净形制造要求锻造预成形设计不仅要实现产品的形状,而且要实现材料、能耗、锻件质量等目标优化。仅仅依靠经验已不可能达到优化设计的要求,必须借助于数值模拟结果中包含的丰富的信息来指导设计。本文提出了基于数值模拟的锻造预成形优化设计系统框架,针对现有的设计和分析工具功能强大却相对独立的特点,提出了可实现预成形优化设计的设计和分析工具集成的方法。