基于铸辗复合成形的42CrMo钢环坯铸造工艺与试验研究

针对目前环形零件生产工艺流程长,加热次数多,浪费材料和能源等问题,提出和研究环形零件短流程铸辗复合成形新工艺。该工艺采用铸造环坯直接辗扩成形,具有节能、节材和缩短工艺流程等优点。在这种新工艺中,环坯的铸造质量、组织和力学性能对后续的辗扩工艺和环形零件组织、性能具有重要的影响。以轴承环件常用的42CrMo钢为研究对象,通过理论分析和模拟研究,提出高质量环形铸坯铸造工艺;并进行实际工业试验。通过试验研究和性能测试,表明该铸造工艺生产的环形铸坯具有良好的质量、组织和力学性能,可以为轴承环件铸辗复合成形提供高质量的铸坯。     

基于铸坯的42CrMo轴承环件辗扩成形工艺与试验

轴承套圈是轴承的核心组件。针对目前大型轴承套圈生产工艺存在的材料浪费多、生产效率低、加工能耗高等问题,以典型的42CrMo转盘轴承套圈为对象,开展铸辗复合成形大型轴承套圈加工新技术的研究。通过环件辗扩工艺理论分析,提出铸辗复合成形主要工艺参数的设计准则。根据热压缩模拟试验结果,得到铸态42CrMo钢的本构关系模型和动态再结晶过程的数学模型。建立套圈径轴向辗扩热力耦合有限元模型,模拟计算和预测环件在热辗扩过程中的动态再结晶体积分数和晶粒尺寸,得到初始辗扩温度和芯辊径向进给速度两个主要工艺参数对套圈材料微观组织演变过程的影响规律。根据模拟结果,设计并完成基于铸环坯的工业辗扩试验;对辗扩成形套圈进行力学性能测试和金相组织分析,得到铸辗轴承套圈的力学性能参数和金相组织结构。试验和测试数据表明:由铸辗复合成形技术成形的轴承套圈各项性能指标达到工业要求,新技术可以成功成形出合格的轴承套圈。该项研究实现了由铸造环坯直接成形大型轴承套圈的加工技术,可为大型环类零件的节能、节材和高效的先进制造提供有效的工艺理论指导。     

环形零件辗扩成形工艺研究现状与发展趋势

环形零件的辗扩成形工艺是一种局部加载连续成形工艺,成形过程中变形区材料在高温和外载荷作用下经历了非稳态、非线性的塑性变形。为探讨辗扩工艺中金属塑性变形机理,促进该工艺的改进、完善和推广新应用,国内外学者利用理论分析、数值模拟和试验研究等方法,对辗扩成形工艺过程、工艺参数及其对材料组织、性能的影响规律进行系统深入的研究。综合论述这种先进成形工艺研究现状;分析辗扩成形工艺参数理论与试验研究、环件辗扩过程组织演变规律数值模拟、环件辗扩成形过程成形/成性一体化调控等方面的发展趋势;针对目前环件辗扩成形工艺存在的流程长、能耗大、浪费材料等问题,提出环件短流程铸辗复合成形新工艺,并探讨这种新的短流程工艺的重点研究内容和推广应用前景。     

42CrMo钢铸造环坯辗扩成形理论与工艺分析

与目前常用的环类零件生产工艺相比,基于环形铸坯的短流程铸辗复合成形新工艺具有节约材料和能源、缩短工艺流程等优点。以轴承环件常用的42CrMo钢为研究对象,探讨基于环形铸坯的轴承环件辗扩成形机理和工艺。借助于热力模拟试验和组织测试分析,揭示42CrMo钢在热变形条件下组织演变机理和规律;通过理论分析与数值模拟,研究铸坯环件辗扩成形过程中变形工艺参数及其对金属变形和组织演变规律的影响,实现环形零件铸辗复合成形/成性一体化调控;在洛阳LYC轴承股份有限公司,完成轴承套圈铸辗复合成形工业试验。试件的力学性能测试结果表明,这种短流程铸辗复合成形新工艺生产的环形零件具有良好的力学性能指标,可满足工业使用要求。     

基于铸辗连续成形的42CrMo铸造环坯高温力学性能及临界应变计算

针对铸辗连续成形工艺中高温出模环形铸坯的易裂缺陷,采用Gleeble-3500热力模拟试验机对铸造42CrMo钢环坯进行高温拉伸试验,分析其高温强度、热塑性等力学行为,预测高温易裂敏感温度区。结果表明:铸造42CrMo钢的抗拉强度随温度的升高及应变速率的减小而减小。断面收缩率随应变速率增大而增大。1 100℃时,试样开始发生动态再结晶。试验条件下,材料存在两个脆性温度区,分别为红脆性温度区和高温脆性温度区。高温脆性是导致铸造42CrMo高温出模环坯产生裂纹的内在原因。能谱分析表明:硫化物、氧化物等夹杂物极易诱发裂纹的发生。根据试验结果,建立铸造42CrMo钢的峰值流动应力模型及产生裂纹的临界应变模型,该模型可为优化铸辗连续成形工艺,避免铸造缺陷,提高铸件质量提供指导。     

铸辗复合成形法兰坯高温变形行为及加工图

环件铸辗复合成形工艺具有缩短工艺流程、高效和节能节材等优点,研究铸态环坯在铸辗复合成形工艺下的高温变形行为,揭示其组织演变机理,是实现材料在该成形工艺中成形与成性的关键。在不同变形条件下对砂型铸造和离心铸造Q235B法兰坯进行高温压缩试验,分析其流变应力的变化,推导出二者的本构方程。综合变形温度和应变速率对材料微观结构与性能的影响,建立基于动态材料模型的加工图。试验结果表明:二者的流变应力随着应变速率的增加和变形温度的降低而增大。离心铸造法兰坯的流变应力较低,动态再结晶易于发生,且功耗效率值及其变化幅度都要大于砂型铸造,表明了其显微组织变化剧烈,演变更加充分。结合二者的热加工图及其识别出的典型区域显微组织,获得了适合该法兰坯辗扩工艺的热力参数范围,离心铸造可为法兰坯铸辗复合成形工艺提供高质量的铸坯。     

沟球断面环件冷辗扩三维有限元模拟与工艺设计

沟球断面环件冷辗扩是滚珠轴承套圈制造新工艺。以有限元软件Abaqus为平台,根据冷辗环机实际工作条件,建立从矩形断面毛坯冷辗扩成形沟球断面环件的三维弹塑性动力显式有限元模型。通过动力显式有限元数值模拟,研究沟球断面环件冷辗扩变形过程,揭示出该环件冷辗扩中直径增长和圆度变化规律。基于数值模拟结果,优化设计矩形断面环件毛坯尺寸和冷辗扩工艺参数。在D56G90冷辗环机上进行沟球断面环件冷辗扩试验,验证了数值模拟结果,并采用矩形断面环件毛坯成功冷辗扩出了沟球断面轴承套圈。     

梯形轴承外圈冷辗扩的有限元模拟

基于阶梯形环件轧制理论,初步设计模具、毛坯和工艺参数,应用Abaqus软件建立轧制的三维模型,并利用Abaqus/Explicit显式算法对阶梯形环件轴承外圈的冷辗扩成形进行模拟分析,揭示出梯形环件轧制缺陷的成形机理和轧制过程中金属流动的特性.并在KKD160精密辗环机上进行轧制试验,验证了毛坯和模具的形状合理.     

铝合金薄壁异形截面辗扩成形宏微观模拟

环件轧制作为一种无缝环筒类构件先进塑性成形技术,目前还难以实现铝合金薄壁带筋锥筒构件的近净成形制造.针对2A14铝合金薄壁异形截面环件,建立其辗扩成形宏微观耦合分析有限元模型,选用矩形截面环件作为坯料,基于有限元模拟获得了优化后的轧制孔型,并探究坯料初始温度及芯辊进给速度对材料成形性和微观组织演变的影响规律,得到微观组织均匀且孔型填充性良好的辗环工艺参数.环坯温度为470℃,芯辊进给速度为1.2mm/s,主辊旋转转速为30 r/min,上锥辊的压下速度为0.6 mm/s为最优工艺参数,能够满足2A14铝合金异形截面辗扩形/性控制要求,可为实际生产提供理论指导.     

环件宽径比对环件冷辗扩工艺的影响规律研究

基于Abaqus/Explicit提供的显式动力学有限元算法,对矩形截面环件冷辗扩进行了有限元数值模拟,揭示了环件宽径比对环件冷辗扩过程中环件端面质量、轴向宽展率、辗扩力、辗扩力矩以及金属流动特性的影响规律,并从金属塑性成形原理和塑性加工力学等角度对这些规律进行了合理的解释,从而获得了环件宽径比对冷辗扩成形的影响规律,为环件冷辗扩在实际应用中环件宽径比的选择提供了依据,对揭示冷辗扩成形机理也具有十分重要的意义.     

异形坯连铸离线动态二冷控制模型的研究与开发

针对异型坯连铸二次冷却过程,基于凝固传热理论建立其二维凝固传热模型,采用非等间距网格离散空间区域,采用显式有限差分算法离散传热方程。以铸坯温度为控制目标建立了PID反馈控制模型。应用Visual Basic 6.0程序设计语言,开发了连铸二冷区离线动态配水控制软件,在铸坯拉速、浇铸温度和钢种发生变化后,该配水控制软件能够对进入二冷区的铸坯信息实行全程跟踪、记录、显示并动态地分配二冷各区的水量,保持铸坯温度分布的稳定。该软件界面友好、通用性强,运行结果证明其控制效果良好,从而为异型坯二冷水量实时动态控制系统的开发奠定了基础。     

测定炉温均匀性,优化轴承钢加热工艺

通过对步进式加热炉炉温进行均匀性测试分析铸坯各点温度与炉气温度差值,优化加热工艺参数,达到提高铸坯内部质量的目的。     

基于加工特征的铸造毛坯生成与合理化

针对现有的CAPP研究很少涉及到铸造毛坯的设计问题,且一般毛坯模型的生成过程比较简单,甚至常常忽略铸造工艺对铸造毛坯制造的要求.以某齿轮箱生产企业的齿轮箱下体箱零件为例,基于该零件的加工特征,在毛坯初始尺寸计算的基础上,将铸造工艺知识引入到CAPP的工艺决策过程,生成初始毛坯的合理化尺寸,并进行合理化修改.同时,对生成的零件加工特征文件进行直接操作,方便快捷地生成合理化的毛坯特征文件,有力地支持了铸造毛坯的设计,实现了CAPP向铸造毛坯领域的有效拓展.     

基于毛坯模型的自动工艺规划

针对大多数现有CAD／CAM系统还不能自动获取并处理尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等制造信息，在完成产品设计后无法自动生成相应工艺规划的现状，着重研究对零件设计模型补偿面、体加工特征自动生成毛坯模型后，基于毛坯模型自动提取面、体制造特征的工艺约束信息参数，毛坯模型总体信息参数，结合制造资源数据库、工艺知识库完成工艺规划。将毛坯模型逆变换为设计模型，实现了加工工序过程的拟实验证。     

Advances in compact manufacturing for shape and performance controllability of large-scale components-a review

Research on compact manufacturing technology for shape and performance controllability of metallic components can realize the simplification and high-reliability of manufacturing process on the premise of satisfying the requirement of macro/micro-structure. It is not only the key paths in improving performance, saving material and energy, and green manufacturing of components used in major equipments, but also the challenging subjects in frontiers of advanced plastic forming. To provide a novel horizon for the manufacturing in the critical components is significant. Focused on the high-performance large-scale components such as bearing rings, flanges, railway wheels, thick-walled pipes, etc, the conventional processes and their developing situations are summarized. The existing problems including multi-pass heating, wasting material and energy, high cost and high-emission are discussed, and the present study unable to meet the manufacturing in high-quality components is also pointed out. Thus, the new techniques related to casting-rolling compound precise forming of rings, compact manufacturing for duplex-metal composite rings, compact manufacturing for railway wheels, and casting-extruding continuous forming of thick-walled pipes are introduced in detail, respectively. The corresponding research contents, such as casting ring blank, hot ring rolling, near solid-state pressure forming, hot extruding, are elaborated. Some findings in through-thickness microstructure evolution and mechanical properties are also presented. The components produced by the new techniques are mainly characterized by fine and homogeneous grains. Moreover, the possible directions for further development of those techniques are suggested. Finally, the key scientific problems are first proposed. All of these results and conclusions have reference value and guiding significance for the integrated control of shape and performance in advanced compact manufacturing.     

PLC在宣化钢铁厂连铸出坯系统中的应用

本文结合宣钢连铸生产过程中出坯控制系统典型实例，较详细地介绍了ＰＬＣ控制系统的结构特点及硬件和软件的设计方法。     

铸坯内部夹杂物的超声检测评价

介绍采用聚焦声场实现对铸坯内部夹杂物进行检测评价的设备和方法,以及相关应用案例的效果。结果表明,采用聚焦声场能够高效的实现对铸坯内部夹杂物的检测评价。     

离心熔铸非球面镜镜胚面形偏差工艺参数的敏感性研究

离心熔铸技术在大口径非球面镜镜胚的制造方面具有独特优势。本文通过自行研制的缩比模型实验机进行试验,深入研究了离心熔铸工艺及成型镜胚质量,详细介绍了模具涂层的制备、离心熔铸的加热及冷却等工艺过程,制备了非球面镜镜胚模型。采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对所得镜胚面形偏差工艺参数的敏感性进行了研究。分析了模具的热膨胀系数、镜胚冷却速率、直径及加热温度对面形偏差的影响,得到了偏差工艺参数的敏感性规律。通过对面形偏差进行两次迭代补偿,面形偏差值从-84μm降到33μm,补偿后的结果满足设计要求。采用离心熔铸技术,可以制备满足上表面垂直偏差在30~40μm范围内的非球面镜镜胚。     

风电齿轮箱行星齿轮用连铸坯的试验研究

为了验证合金钢连铸坯作为兆瓦级风电齿轮箱行星齿轮原材料是否能满足设计要求,在控制合金钢连铸坯冶金质量的前提下,进行试验研究.具体试验包括旋转弯曲疲劳试验、齿根弯曲疲劳试验、齿面接触疲劳试验等.最终得到的试验数据表明,对于内孔不小于300 mm的行星齿轮而言,使用合金钢连铸坯作为原材料,能够满足设计要求.