钛合金叶片坯料的响应面(RSM)优化方法

生产高质量的钛合金叶片设计是关键。提出了将响应面法(ResponseSurfaceMethod,RSM)和数值模拟(Finite element method,FEM)相结合以优化叶片类锻件用坯料的方法,详细描述了该方法的求解过程,构造了表征叶片各部分应变和温度均匀性的函数。将此方法应用于带阻尼台的钛合金风扇叶片预成形坯料的优化,确定出了最优坯料的形状。用该方法确定出的最优坯料能得到满意的成形效果和组织均匀性。     

基于BP-GA的大锻件过渡区宏观成形性能优化

针对铝合金大型锻件局部加载成形工艺下过渡区筋部充填不满的问题,借助于BP神经网络和GA遗传算法与数值模拟技术相结合的策略对锻件的局部加载成形工艺参数进行了研究。以锻件过渡区填充性作为质量评价目标,建立了坯料温度、压力机加载速度、第1道次压下量、进给量与质量指标之间的关系模型,利用遗传算法求解得到了合理的工艺参数:坯料温度为435℃,压力机加载速度为5 mm·s-1,第1道次压下量为18 mm,进给量为1165 mm,并将得到的工艺参数进行再模拟,并应用于生产试制,生产后的锻件筋部过渡区充填完整,对比模拟结果,表明所提出的策略能有效对大型锻件局部加载成形过渡区充填问题进行控制。     

基于响应面法的喷射成形7055铝合金飞机轮毂锻造工艺优化北大核心CSCD

针对由于飞机轮毂形状复杂而导致的轮毂锻件充填不完整和模具磨损等问题,在某型号飞机起落系统的轮毂锻造中,采用喷射成形7055铝合金挤压棒,并采用热模锻方式和增加锻件预成形设计,建立以锻件的终锻充填率和终锻力为优化目标、以坯料预锻压下量、坯料加热温度、模具预热温度和模具下压速度为设计变量的响应面模型。利用二阶响应面法与Design Expert软件相结合,对轮毂锻件的工艺参数进行优化,确定最佳参数为:坯料预锻压下量为45.30 mm、坯料预热温度为430℃、模具预热温度为447℃、模具下压速度为5.00 mm·s。生产验证表明,改进后的预成形方案与工艺参数可以在较低的终锻力下,解决充填不完整的问题,生产出合格的产品。     

基于RSM与PSO结合的同步器齿环热精锻工艺参数优化

为提高同步器齿环热精锻成形的材料利用率,提出一种基于响应面模型(Response Surface Method,RSM)与粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)结合的工艺参数优化方法。分别选择坯料始锻温度、压制速度、摩擦因子和坯料高度作为设计变量,并借助数据归一化法和线性加权法等数据处理方法,建立齿环热精锻成形综合加权评分值与主要工艺参数的响应面模型,在可行域范围内,采用粒子群算法,寻找响应面模型的最优解。结果为:坯料始锻温度T=725℃,压制速度v=200 mm·s-1,摩擦因子μ=0.4,坯料高度h=15.5 mm。最后,通过CAE分析和生产试制进行验证可知,齿环锻件充填饱满,未见折叠缺陷,材料利用率提高了9.44%。     

基于响应面法（RSM）的锻造预成形多目标优化设计

以航空发动机涡轮盘锻件为研究对象,应用响应面法(Response surfce Methodology,RSM)和有限元数值模拟(FEM)对锻造过程预成形设计的多目标优化问题进行了研究.首先以模具充填完整和提高锻件内变形均匀性为目标,建立了有限元数值模拟与响应面法相结合的二阶分析模型,并对优化结果进行了讨论.其次,在原优化设计的基础上以降低锻造过程的成形载荷为目标进行了预成形再设计.结果表明,应用响应面法可灵活有效的对难变形材料锻造预成形坯料形状进行多目标优化设计.     

基于响应面法的汽车法兰盘终锻模具磨损分析与预测

某公司采用两次预锻、一次终锻成形汽车法兰盘锻件,但在生产中发现终锻凹模的寿命明显低于预锻凹模,因此为提高终锻凹模寿命,采用 Deform-3D 软件对法兰盘终锻过程进行了数值模拟,并引入 Archard 磨损模型,对凹模磨损情况进行了研究。并选取打击速度、凹模硬度、坯料温度以及模具预热温度作为优化参数,以凹模磨损深度最小作为优化目标,通过响应面法,获得了关于实验优化参数与凹模磨损深度的二阶响应面模型及最佳参数组合方案,即打击速度为38. 5 mm·s^-1、凹模硬度为60 HRC、坯料温度为 400 ℃ 、模具预热温度为 360 ℃ 。通过 Deform-3D 对优化后的参数进行了验证,结果表明凹模磨损深度与优化前相比得到了明显降低。基于优化结果,对法兰盘进行了试生产,获得的锻件的尺寸和性能均能满足设计要求,凹模寿命从3200 件提高至 5430 件,与模拟预测结果相近,表明 CAE 分析与 RSM 的结合应用能够有效地解决模具磨损问题。     

大型铝合金航空模锻件局部加载成形工艺研究

提出了超大规格铝合金航空模锻件局部加裁成形工艺方案,利用三维有限元软件Deform-3D对锻件分段局部加载成形载荷、两道次之间变形量分配、变形均匀性进行了仿真分析.结果表明:大型锻件局部等温加载工艺可有效降低成形载荷,最大锻造压力均可控制在300MN以内,局部加载2个道次较适合超大规格航空模锻件生产;各道次成形过程锻件温度场均匀,平均等效应变值达到3.6,锻件变形充分;第1道次变形量为40％时锻件等效应力分布最均匀,上模所受侧移力最小;总变形量为55％、第一道次取40％,第2道次取15％时是该锻件等温局部加载最优变形工艺.     

基于响应面汽车变速器螺旋伞齿轮精锻成形工艺优化

针对螺旋伞齿在精锻时齿形成形质量差、成形载荷过大等缺陷,以某汽车变速器螺旋伞齿轮为研究对象,建立了以坯料始锻温度、摩擦系数以及压力机速度为设计变量,以最大成形载荷和终锻填充率为目标函数的二次多项式响应面模型,结合数值模拟方法以及Matlab优化工具箱,得到了优化的成形工艺参数为:坯料初始温度1000℃、摩擦系数0.3和摩擦压力机的成形速度200 mm·s-1.最后基于优化后的工艺参数,通过工艺试验验证了该模型的有效性,试验获得的螺旋伞齿齿形饱满,设备成形载荷满足要求.     

变形工艺参数对钛合金框锻件等温成形变形均匀性的影响

基于Deform 3D平台,对钛合金大型框锻件等温成形过程进行了数值模拟,分析研究了变形工艺参数(变形温度、变形速度及摩擦)对变形均匀性的影响。引入变形均匀性参数对变形均匀性进行分析,结果表明:变形工艺参数对TC4钛合金大型框锻件等温成形过程具有显著影响,在锻件成形过程中应适当增加变形温度、降低加载速度和保持良好的润滑条件,以期提高坯料变形的均匀性。     

半固态触变模锻7A04合金的力学性能

采用2000 kN压力机,对半固态7A04合金进行了触变模锻实验.结果表明:半固态触变模锻成形可以获得组织致密、轮廓清晰、充型完整的成形件;半固态触变模锻件的微观组织和力学性能与坯料的制备方法有关,采用SIMA法所获得的成形件的微观组织为晶粒细小、均匀的再结晶组织,因此其组织致密,在拉伸过程中部分晶粒发生塑性变形,断口中多处出现撕裂棱,其力学性能明显好于挤压态坯料;在加热温度为600℃、保温时间为10 min时SIMA坯料模锻件的伸长率和抗拉强度最高,接近于热挤压态棒料的力学性能,优于同等条件下挤压态合金的半固态模锻成形件,其抗拉强度和伸长率分别提高11.8％和78.5％.     

STUDY ON THE NUMERICAL SIMULATION OF MULTI-STAGE ROTARY FORGING OF A NON-AXISYMMETRIC PART AND THE CAE ANALYSIS OF THE DIE STRENGTH

Traditionally a rotary forging process is a kind of metal forming method where a conic upper die, whose axis is deviated an angle from the axis of machine, forges a billet continuously and partially to finish the whole deformation. For the rotary forging process simulation, more researches were focused on simulating the simple stage forming process with axisymmetric part geometry. Whereas in this paper, the upper die is not cone-shaped, and the billet is non-axisymmetric. So the movement of the punch is much more complicated than ever. The 3D FEM simulation models for the preforming ＆ final forming processes are set up aider carefully studying the complicated movement pattern. Deform-3D is used to simulate the material flow, and the boundary nodal resisting forces calculated by the final stage process simulation is used to analyze the final forming die strength. The CAE analysis of the die shows that the design of the final forming die is not reasonable with lower pre-stress which is easy to crack at the critical corners. An optimum die design is also provided with higher pre-stress, and verified by CAE analysis.     

机匣体多向模锻的热力耦合数值模拟

机匣体是枪械上的一个关键零件,其质量对枪械的整体性能有着非常重要的影响.机匣体的材料为LC4超硬铝合金,该合金的塑性差,变形流动阻力大,且具有速度敏感性.对机匣体锻件的结构特点及相对尺寸关系进行了分析,指出多向模锻是成形该锻件的优选工艺方案.制定了多向模锻工艺方案,设计了辊锻毛坯和多向模锻模具,并采用DEFORM-3D对终锻成形过程进行了数值模拟,分析了变形过程及温度场的变化规律.根据模拟结果进行了工艺试验,最后得到了合格的样件.证明了采用该工艺方案可以很好地保证成形温度,提高材料塑性,解决其成形困难的问题,同时也证明数值模拟的正确性.     

矩形花键冷挤压成形工艺参数多目标优化

针对矩形花键冷挤压成形中出现齿形充填不饱满和成形力过大的缺陷问题,以x1(坯料直径)、x2(坯料初始倒角)、x3(入模半角)为优化变量,采用响应面法结合有限元数值模拟对花键冷挤压成形工艺参数进行多目标优化。根据实验设计结果分别建立了两个目标函数的二阶响应面模型,方差分析结果表明,模型预测精度高并能够较好地描述两个目标函数关于设计变量的响应。在优化范围内得到矩形花键轴成形最优工艺参数为:x1=Ф48.5 mm,x2=20°,x3=15°。将优化后的工艺参数进行实际验证,结果表明:前端塌角量降至0.27 mm,最大成形力降至1300 k N。工艺试验证明了采用多目标优化得到的工艺参数可以获得合格的产品。     

曲轴TR镦锻模具CAD／CAE系统开发与应用

开发了一个曲轴TR镦锻模具CAD／CAE系统,该系统的功能包括锻件设计、毛坯设计、模具设计、图纸输出以及与CAE软件的接口。介绍了系统开发的流程及方法。系统开发的关键技术包括建立参数化图库、图形自动绘制和成形过程模拟等。作为应用实例,采用该系统完成了某型号曲轴的全部设计流程,通过对曲轴锻造过程的有限元模拟优化了毛坯尺寸,从而验证了系统的可行性。     

The Effect of Temperature Condition on Material Deformation and Die Wear

The characteristics of temperature change on die and billet are very complex during the deformation process because of the interaction between them and some unstable external factors. In this paper, the numerical simulation model for the crank shaft die forging was established by means of the rigid-plastic FEM method. The model was validated by optical non-contact 3D measurement—ATOS. Based on available research results, this paper explored the effect of temperature conditions on material deformation and die wear. Three parameters, press velocity and initial temperature of billet and die, were chosen to illustrate the effects. From the experimental results, the effect of process parameters on deformation ability of the material is simple, while the effect on die wear is relatively complicated. The press velocity plays an important role on die wear when the initial temperature of the billet has larger influence on material deformation. A conclusion can be drawn that when the initial temperature of the billet is 1100 °C, the initial temperature of the die is 250 °C, and the velocity is kept in the range of 200-300 mm/s, the optimum solution for deformation ability of the material and die wear can be obtained. It is possible for the conclusion to be extended further for the control of temperature condition to optimize die life and material deformation.     

基于响应面法的汽车发电机磁极锻造成形工艺多目标优化

针对汽车发电机磁极锻造成形过程中出现的填充不满、成形载荷过大、局部应力过大等缺陷,采用Deform软件对磁极锻造成形过程进行数值模拟分析。以降低未填充率、成形载荷和局部应力最大值为优化目标,以坯料直径、锻件温度、挤压速度和摩擦条件为优化变量,通过4因素5水平的中心复合试验,采用响应面法进行建模分析,最终得到3个优化目标的二阶响应面模型;对所建立的模型进行方差分析,通过模拟试验验证了该模型的准确性和可靠性。实际生产表明:采用优化工艺参数组合可以得到成形缺陷较小的磁极锻件,锻件成形精度可以达到±0.5 mm;成形载荷和局部应力最大值得到降低;提高了模具寿命及生产效率。     

成形速度对转向节热挤压系统的影响

针对转向节热挤压模具寿命普遍低下的问题,采用有限元数值模拟方法研究了不同成形速度对热挤压系统力、热两方面的影响规律。结果表明:在转向节热挤压过程中,最大挤压力、凹模应力集中区最大主应力、挤压锻件最高温度、模具表层最高温度均随成形速度的增加而增大。这对如何减缓模具失效、提高模具寿命提供了理论参考。     

小规格TiNiNb管材的反向挤压成形工艺参数

针对44 mm×10.5 mm小规格Ti Ni Nb管材反挤压成形试验的工艺参数确定和模具设计问题,采用有限元热力耦合数值模拟和单因素轮换法,分析在满足制件成形质量(挤出温度低于共晶熔点)的前提下,挤压力与凹模模角和定径带长度、凹模和挤压筒温度、毛坯初始温度、挤压速度及摩擦因子等工艺参数和模具结构参数之间的关系,确定影响挤压力的主要工艺参数和模具结构参数分别为凹模模角、初始坯料温度、挤压速度和摩擦因子,并给出上述参数的取值范围。通过基于数值模拟的正交试验方法,得到了主要工艺参数和模具结构参数的最佳组合,即在保证润滑效果的前提下,取凹模模角110°、毛坯初始温度为950℃、挤压速度为50 mm/s。利用铅和45号钢毛坯在6.5 MN多向模锻挤压液压机上进行了验证实验。