大型钢锭内部孔洞性缺陷锻合过程的数值模拟和实验研究

本文是作者一篇论文的详细摘要。作者对锻件内部孔洞消除机制作了实验研究,对锻造过程孔洞压合和应变分布用塑性有限元法进行数值模拟,并对锻造坯料内部应变分布作了试验量测。研究结果表明:大锻件内部孔洞的锻合过程由变形、压合、焊合三个阶段组成,孔洞只有在高温下才能焊合;孔洞闭合度λ与最大压应变ε_1呈线性关系,孔洞的几何因素和工具接触表面摩擦不改变这种规律,但可使应变向坯料心部集中,有利于闭合心部孔洞;用平砧拔长时,砧宽比应取0. 51以上,而用FM 法时,砧宽比应大于0. 4。作者建议制定大钢锭锻造工艺时,要注意:1) 尽量使最大压应变ε_1的方向同内部孔洞的短轴相一致;2) 拔长时应使用合理的砧宽比;3) 压合内部孔洞要在较高温度下进行。     

大钢锭锻造时内部孔洞性缺陷压合的试验研究

对含有内部孔洞钢试件进行的热锻模拟实验结果表明,封闭孔洞在高温下锻造时,在一定的应力应变条件下,经过变形一压合一扩散焊合后可以消除,孔洞焊合后的部位为新的晶界所取代,应力和应变状态对孔洞闭合有明显的影响. 对不同砧宽比的平砧拔长过程内部的应变分布进行了量测和有限元法计算,结果表明拔长时坯料内部的变形分布很不均匀,大应变区只占小部分,且随砧宽比和压下量的不同而移动和变化.当砧宽比W/H<0.51时,最大应变区不在坯料中心.     

钢锭内部孔隙性缺陷锻合过程的数值模拟

通过比较圆柱体试样内部孔洞锻合过程的模拟计算结果和实验结果,确立了钢锭内部孔隙性缺陷锻合过程的模拟法,并对长孔型缺陷和短孔型缺陷的锻合过程进行了计算,得到各类孔洞的闭合规律,且定量给出了不同位置处孔洞闭合时所需的临界压下率。从孔洞闭合的力学本质角度,对钢锭内部的等效应变分布情况进行了研究。结果表明,孔洞的闭合完全是由于应力集中并达到一定程度的变形所引起的。其中,四面体孔最难闭合,为所有孔洞锻合所需临界压下率的上限值。锻合区域的给出,为制订锻造工艺提供了理论依据。     

V 型砧锻造时变形规律的云纹法模拟研究

本文用光电扫描云纹法对大型锻件的型砧拔长工艺进行了模拟研究。用新研制的气动装置测得了压合试件内部人工缺陷的“临界压下量曲线”和孔穴闭合规律;并用云纹法测得了 V 型砧拔长工艺锻坯内部应变分布规律。对孔穴闭合的内部原因作了分析,对最佳 V 型砧角度、砧宽比(W/D_0)、工厂现行工艺进行了探讨。     

上下平砧锻造过程中孔洞闭合的研究

通过镦粗内部带孔的圆柱体,并进行有限元法分析,可见等效应变与静水压力是控制孔洞闭合的两个主要因素。中心带孔圆棒料平砧间拔长的内部孔洞闭合的应力、应变,又受到砧宽、压下量,变形硬化系数的影响。本文分析方法用三维有限单元法作为钢锭开始的模型。通过三维分析,我们得到了闭合孔洞所需砧宽比与压下量的合理组合。     

不同型砧锻造变形规律的云纹法模拟

本文阐述了用铅试件对大型锻件的型砧拨长工艺所做的模拟研究.用新开发的临界压合气动装置测得了试件内部不同位置、不同方向孔隙的临界压合曲线及孔隙闭合规律.进一步用光电扫描云纹法测得了各种型砧拨长过程中锻坯横、纵截面上的应变分布,并以此为依据分析了孔隙闭合的内部原因.对最佳V型砧角度、砧形、砧宽比(W/D_0)等进行了探讨.在此基础上,对普通V型砧、大圆角V型砧、上平下V组合砧的拨长特点,使用范围等进行了综合分析,并取得了一定的成果.最后对工厂的现行工艺提出了一些建议.     

压实工艺对大型SA508Ⅲ钢铸锭内部孔洞闭合的影响

使用刚塑性有限元模拟分析了等效应变(ε_e)、应力三轴比(T_x)、静水压力积分值(Q)等三种孔洞闭合评价方法对孔洞闭合的影响。以Q作为孔洞闭合标准,对SA508Ⅲ钢大型铸锭内部孔洞压实工艺进行了优化。结果表明:Q值比ε_e、T_x更适用于评判孔洞闭合的效果,孔洞闭合临界值(Q_c)随着孔洞直径比R_v的增加而增加,当1%≤R_v≤4%时,Q_c值从0.313增加到0.529;当4%R_v≤8%时,Q_c值为定值0.529;当8%R_v≤10%时,Q_c值从0.529增加到0.754。"WHF(宽砧强力压下锻造)拔长+镦粗+二次WHF法拔长"工艺能有效实现SA508Ⅲ钢大型铸锭内部孔洞的压实,在R_v≤8%时,铸锭压实长度比(铸锭主体压实长度/铸锭主体总长度)为100%;当R_v由8%增加到10%时,铸锭压实长度比为87.5%。     

WHF锻造法的数学模拟研究

本文论述了应用刚塑性有限元方法,在M240-D 计算机上,对WHF锻造法进行数学模拟的研究结果。探讨WHF 锻造时的应力应变场,内部孔隙的闭合过程。研究了摩擦对空隙闭合、中心应变、中心应力和载荷大小的影响。还研究了孔隙尺寸对其锻合状况的影响,及WHF 锻造法的有关参数。     

宽厚板P20塑料模具钢成形仿真分析与试验研究北大核心CSCD

P20塑料模具钢锻件属于异形截面(中心凹槽),且吨位重、厚度和展宽尺寸大,采用传统的镦拔下料、压扁出成品的成形方法很难保证技术标准、锻透压实效果和金属纤维流线的延续性要求。通过综合分析宽厚板锻件成形方法和控制难点,提出“首次WHF法拔长(10趟)+二次WHF法拔长(6趟)+宽砧拔扁下料(6趟)+锻制凹槽”的压实成形方案和近净成形控制新方法;并结合工艺控制和难点分析,建立有限元分析模型,全流程仿真WHF法、宽砧拔扁法和心部凹槽锻制过程,预测工艺参数设计和过程控制成形效果和质量;最后,通过生产试制验证了工艺参数及成形工艺的合理性。     

大锻件锻造拔长砧型

利用有限元软件模拟了V型砧的锻造拔长过程,并对不同夹角的V型砧压下后锻坯塑性变形区内应力、应变的状态进行比较。结果显示,在117°～153°温度范围内,V型角越大,锻坯心部金属获得的变形量越大,但同时锻坯次表层金属的变形程度减小。为此,将V型砧夹角处的V型砧面改为凸型平砧面,提出了梯型砧锻造拔长工艺。结果表明,梯型砧工艺提高了锻坯内部的压应力水平,使锻坯心部和次表层金属同时获得了较大且均匀的变形,有助于扩大锻坯内部孔洞的锻合范围,改善大锻件的内部质量。     

FM锻造工艺高温云纹法模拟研究

应用高温云纹法对FM锻造工艺进行了接近生产实际条件的高温模拟试验,研究了锻件心部孔洞单砧锻合规律和内部变形规律.实验表明:采用高温云纹法研究热态下锻造工艺是可行的.高温时压合中心孔所需压下量比常温时小,单砧有效闭合区比常温时大,变形区深入心部的速度比常温时快,沿轴向的变形分布比常温时在轴线上一个较大范围内保持一个较大的值.就孔洞闭合而言,采用常温试验结果考虑高温下的锻造工艺是安全的.     

砧宽对磨辊轴拔长时孔洞闭合的影响研究

孔洞是大型锻件生产时常见的缺陷,严重影响锻件的质量,需要通过在锻造过程中合理控制工艺参数进行消除.砧宽比是影响着孔洞闭合效果的一个重要参数.通过运用不同砧宽对磨辊轴拔长时孔洞闭合的研究,得出了合理的砧宽,为实际生产提供了理论参考.     

整锻挤压辊两次镦拔新工艺的数值模拟

整体锻造挤压辊是整个辊压机的关键部件,形状短粗,是大型粗短轴类零件的代表,锻透性较差;空洞型缺陷是造成产品合格率低的一个重要因素,必须消除.本文利用Deform-3D模拟软件,对两次镦拔新工艺应用于RP170-110挤压辊的第1次镦拔过程进行了理论验证.通过对镦粗后采用WHF法和FM法拔长过程的数值模拟结果进行对比,说明两次镦拔新工艺中的第1次镦拔工艺-镦粗 WHF法拔长能够在足够大的三向压应力状态下,在再结晶温度以上愈合孔洞型缺陷,提高了大型短粗轴类锻件的锻透性.8件锻件全部试制合格的结果也证明了两次镦拔新工艺第1次镦拔的合理性.     

DEFORM模拟支撑辊的锻造

轧机中的关键零件之一支撑辊在轧制设备运行的过程中承受轧辊传来的交变应力。大型支撑辊由大型钢锭锻造而成,但大型钢锭中存在种种缺陷,给支撑辊的质量带来很多问题。针对此问题,采用WHF法能够锻合锻件内部组织缺陷,可改善锻件质量。采用DEFORM软件,模拟WHF法拔长,研究WHF法在锻造拔长过程中对锻件心部的作用。实验研究表明,WHF法在拔长的第3道次时,锻件心部的应力状态由拉应力完全转变为压应力。同时,到第6道次后,锻件心部等效应变达到1.2。通过锻件心部压应力和等效应变值可知,WHF法能够完全破碎锻件内部的组织缺陷,生产出质量合格的支撑辊锻件。     

改善轴类锻件力学性能的研究

比较新型凸面砧拔长与WHF法锻造后轴类件的各项力学性能发现,采用新型凸面砧拔长能更好的改善工件力学性能。     

宽砧强压锻造效果的常温模拟实验研究

本文运用密栅云纹法和孔穴临界闭合气动测定仪常温模拟研究轴类大型锻件宽砧强压锻造时的变形规律,得出单砧、连砧和翻转拔长时模拟孔穴临界闭合效果,以及应变分布特征,获得一些新的成果和新的认识。     

轴类件拔长V型砧和四砧径向锻造锻透性研究

轴类大锻件拔长可以采用V型砧、四砧径向锻造等。为了解这些拔长方式对锻件芯部变形的影响,应用有限元软件Super Form模拟了拔长锻造过程,对比分析了V型砧和四砧径向锻造两种工艺方法的锻透性。研究表明:V型砧拔长,锻后锻件内部等效应变分布不均匀,各处变形差异较大,经3道次拔长后,锻件芯部锻透性较好,给定条件下的累积等效应变约为1.6;四砧径向锻造,锻后锻件内部等效应变分布比较均匀,但锻件芯部锻透性较差,给定条件下芯部等效应变小于0.2,且端部一定长度范围内,芯部等效应变更小,经4道次拔长后,芯部累积等效应变为0.8左右。     

改进的WHF法在大型整锻支承辊上的应用

本文介绍了用改进的WHF法锻造φ1400mm整锻支承辊的生产过程。文中通过用改进的WHF法,取消镦粗,直接拔长1.6t钢锭的中间模拟试验结果,探讨了改进的WHF法在实际生产应用中的有关参数的选择问題。     

复合锻造的实验研究

此用塑性泥作模拟材料，进行了压扭复合锻造和不对称Ｖ型砧拔长的工艺实验。实验表明，压扭复合锻造的变形力伏为镦粗变形力的１／３－１／２。当Ｐ＇＝Ｐ／２，ψ＝４０．９°时，工艺效果很好，孔洞的闭合均匀，且不闭合率小。Ｖ型砧拔长时，当开口角为１１５°时，Ａ＝４５°，Ｂ＝７０°时的工艺效果最好。两种工艺均可实现小锻比、大变形，从而减小锻件的各向异性倾向。     

大锻件坯料拔长锻造时的应变分析

用光塑性方法模拟研究了FM、WHF等大转子拔长工艺在不同砧宽比、不同压下量时的应变分布，并进行了比较分析，为制定合理的工艺参数提供了科学依据。