发动机连杆热锻模具结构分析及优化设计

目的以1KD发动机连杆的热锻模具为研究对象,对其进行结构分析和优化设计。方法采用DEFORM3D模拟1KD连杆热锻成形过程,重点关注与模膛布局相关的中心飞边仓深度、模膛的中心距和旋转角度等3个参数,对成形载荷、锻件折叠和模具磨损的影响。结果采用两次预锻加终锻的生产工艺,可以达到分配坯料质量、降低载荷的目的;模膛中心距和模膛旋转角是影响成形载荷的主要因素,而中心飞边仓深度对模具磨损有显著的影响。结论最终获得了3个参数的优化组合:模膛中心距为32 mm,模膛旋转角为12°,中心飞边仓深度为10 mm,对模具设计和实际生产有一定的参考价值。     

Ti–6Al–4V钛合金筋板类吊挂锻造成形工艺优化及模具磨损研究

目的 改善Ti–6Al–4V筋板类吊挂锻件成形缺陷,降低模具磨损。方法 通过对原始工艺中存在的折叠、充填不满等缺陷进行分析,揭示局部飞边高度对锻件充填的影响,进而优化终锻模具局部飞边高度;通过增加预锻件筋条等几何特征,对预锻模具结构进行优化设计,并分析塑性变形时筋条区域金属材料的流动情况。结合BP神经网络技术,分析锻造工艺参数对终锻模具磨损的影响,并对工艺参数组合进行优化设计。结果 基于局部飞边高度对锻件充填效果的影响规律,确定最佳局部飞边高度为4mm;通过增加预锻筋条优化预锻件结构,从而有效避免折叠缺陷;将BP神经网络技术与数值模拟结合,得到了最优工艺参数组合,有效降低了锻造模具的磨损量。结论 通过实际锻造生产试验对模拟分析结果进行了验证,固化了最佳模具结构与工艺参数组合,获得了变形均匀且无工艺缺陷的钛合金发动机吊挂锻件。     

轮毂轴管终锻成形模拟研究

根据某规格汽车轮毂轴管零件的形状尺寸特点,设计了预锻毛坯和2种终锻成形方案,并对所制定的2种终锻方案进行了工艺和模拟分析。2种方案的模拟结果显示,顺序成形过程稳定,变形只局限于端部;一次镦粗变形不局限于变形的端部,在变形结束时有少量金属流入杆部,这将会使端部缺料和杆部出现折叠和缩径缺陷。顺序成形可改善模具的受力状况,成形力有所降低,提高了模具寿命。根据力-行程曲线,应严格控制变形部位金属的体积,实现小飞边精密锻造,避免成形力在成形最后阶段急剧增大,以致损坏模具和设备。     

汽车盘体零件小飞边模锻成形工艺开发及数值分析

汽车盘体零件通常采用机加工成形或者两步锻造成形(预锻+终锻),而机加工成形的效率和材料使用率较低、两步锻造成形的设备及模具成本较高,因此对该盘体零件的一步锻造成形的可行性进行了研究。根据汽车盘体零件的结构特征,设计了3种不同形式的飞边槽结构,并通过有限元分析软件Deform-3D分别进行了建模及数值分析,对比了不同飞边槽结构对汽车盘体零件填充质量、锻造成形力及锻模磨损的影响。最终得出了采用沟式飞边槽结构更优的结论,同时从等效应力分布规律和温度分布规律两方面分析了该结构下锻后零件的质量。结果表明:采用沟式飞边槽结构能得到填充完整、质量好、无瑕疵的汽车盘体零件,并通过生产实践进行了验证,提高生产率的同时有效降低了材料成本、模具成本、设备成本。     

汽车转向节热锻工艺分析及模具结构优化设计

目的以某皮卡转向节的热锻模具为研究对象,基于热锻成形工艺分析对其模具结构进行优化设计。方法采用DEFORM 3D模拟转向节热锻成形过程,获得金属流动的规律,得到锻件难以充填的原因。继而采用阻力墙结构改进模具,并分析阻力墙对转向节成形过程的影响。结果原始模具长叉外围桥口阻力太小,致使预锻和终锻时长叉处金属过早流向飞边,坯料补给不足,导致长叉未能完全充满,形成塌角。结论"大小台阶"式阻力墙相配合,可以合理设置各方向上的成形阻力,使金属变形均匀,并能在保证成形载荷波动不大的前提下获得较好的充填效果,解决了长叉充不满的问题。     

基于响应面法的连杆模锻成形载荷影响因素研究

目的 解决42CrMo连杆预锻成形过程中因成形载荷较大导致的模具损坏风险较大和使用寿命低的问题。方法 构建连杆预锻成形的仿真模型,分析不同坯料温度、模具温度、模锻速度、摩擦因数对成形载荷的影响规律,基于Box–Behnken试验设计与响应面法对连杆预锻的成形载荷进行研究,并结合多岛遗传算法进行优化。结果 在多因素交互下,各工艺参数按对成形载荷显著性影响由大到小的顺序依次为：坯料温度、摩擦因数、模锻速度、模具温度。当坯料温度为1 190℃、模具温度为350.7℃、模锻速度为532.5 mm/s、摩擦因数为0.1时,成形载荷为3 226.6 kN,相比原工艺的成形载荷降低了50.74%。模锻试验后成形效果较好,说明了优化工艺参数的合理性。结论 优化后的工艺参数可使成形载荷明显降低,该研究可为连杆实际模锻成形的生产提供有效指导。     

曲轴模锻成形工艺分析及模具优化

采用有限元方法对曲轴锻造成形工艺过程进行数值模拟,主要分析不同的飞边槽结构对曲轴预锻成形中坯料的充填情况及成形载荷的影响。根据模拟结果可知,在飞边槽桥部合理增设阻力沟或阻力墙,将对曲轴平衡块的充填性有很大程度的改善,并优化了毛坯尺寸。     

中、小曲轴精锻件锻造新工艺的探讨

通过对中、小曲轴精锻件的结构及锻造工艺性分析,在预终锻热锻件图设计上,增加平衡板的宽度、增大预锻模平衡板的圆角;预终锻模模具结构的设计上,在模平衡板上下模桥部,特别在小头处设计了阻力墙,增大金属流向桥部的阻力;在终锻平衡板最深处作排气孔,能让金属充满型腔;严格控制热处理温度和时间;制定出合理的模锻工艺流程,达到了提高材料利用率、合格率、模具寿命和降低生产成本的目的.     

轿车左转向节锻造工艺的模拟研究

针对轿车左转向节是带细杆的叉形件,同时兼有叉类、盘类和杆类零件的外形特点,分析其成形的工艺特点,进行工艺计算,确定工艺方案为头部镦粗—杆部拔长—预锻—终锻.利用有限元软件对成形过程进行模拟,得到飞边均匀的终锻成形件,并对模拟得到的应力场、应变场和载荷等信息进行分析.结果表明,各工序变形较为均匀,应力变化正常,没有出现破坏现象;最终锻件完全充满终锻模膛,没有出现缺料、折叠等缺陷,而且飞边均匀.     

新能源汽车4032铝合金轴承座闭塞式背压成形工艺数值模拟和实验研究

目的新能源汽车空调压缩机轴承座有着薄壁、多阶梯、外形复杂的特点,极易在成形过程中产生充填不满、折叠和拉裂等质量问题,为提高其成形质量,对其成形工艺进行仿真和优化。方法对"T"形和"帽"形两种预锻坯料采用闭塞式背压成形工艺的成形情况进行模拟,依据所得结果对相关工艺参数和配套模具进行相应的优化。结果在有背压力的情况下,"T"形预锻坯料的最大成形载荷由无背压时的927t降低至78.2t,并且载荷上升稳定,各成形阶段过渡平滑,易于调控。"帽"形坯料在成形过程中金属的流动更加充分,模具型腔充填得更加饱满,无"T"形坯料成形过程中的充不满等情况。材料的Si颗粒偏聚也得到了改善,晶粒得到细化。结论背压力的存在和预锻坯料形状的调控,使最终的成形载荷、成形质量以及零件的微观组织有了极大的改善。     

基于类等势场和响应面法的复杂锻件预成形优化设计

为实现复杂锻件的预成形设计,以连杆的热锻预成形设计为研究对象,建立基于类等势场和响应面分析的三维复杂锻件的预成形设计方法。在分析毛坯与终锻件间等势场分布规律与特点的基础上,采用逆向拟合法提取等势面及线面光顺处理,实现等势面的高效精确重构。针对长轴类锻件的预成形设计要求,提出沿零件的长、宽、高分别设置合理的缩放因子的非均匀缩放方法。实现了预成形件材料分布的合理调控,获得了优化的预锻件和辊锻毛坯,最终获得了充填完整、无任何成形缺陷且飞边小的连杆终锻件。数值模拟结果表明,所建立的方法能较好实现复杂锻件的预成形优化设计。     

Influence of the forming angle in cross wedge rolling on the multi-directional forging of crankshafts

In each industrial process for the production of crankshafts a low energy demand and a fast processing time are required. Crankshafts have a very complex geometry and are forged with a high percentage of flash compared to other forging parts. Recent research showed the feasibility of a flashless forging of crankshafts. One way to forge a flashless crankshaft within three steps is to use cross wedge rolling, multi-directional forging and final forging. This paper presents the investigation results regarding the influence of the forming angle α in cross wedge rolling on different parameters at multi-directional forging. First, the state of the art is presented. As a basis for the investigations the process development and tool design of cross wedge rolling and multi-directional forging are described. Afterwards the paper’s results regarding the influence of the forming angle α on flash generation, billet temperatures, forming degree, forming forces and effective strain will be presented as a parameter study. Generally, flash is generated because a rotation-symmetric billet is forced into an asymmetric movement. The influence of an increasing forming angle leads to a higher amount of flash at the bottom of the crankwebs.     

Powder Forging of a Motorcycle Connecting Rod

A motorcycle connecting rod is one of the major moving parts affecting the engine performance.The traditional manufacturing process results in material waste and excessive machining.A new method of hot forging P/M has been proposed and studied experimentally.In order to achieve uniform density,the punch was divided into three parts to consolidate the loose powder.The multistage movement of the three parts of the punch,called synchronous compaction,results in the desired uniform density.Powder flow during consolidation was illustrated and the density distribution of the compacts was measured.A set of forging dies with flash was used to produce densification and deformation of the sintered compact.Then a set of flashiess forging dies was designed to obtain the desired shape and dimensions of the connecting rod.The effects of forging temperature and initical compact density on densification were evaluated through hot forging experiments.Based on properties achieved.Fe-C-Cu-Mo was selected as the alloy powder.Through testing and metallographic observation the physical and mechanical properties of the conncting rod produced by the P/M hot forging were found to be superior to those manufactured by the traditional method.     

阀盖模锻成形模拟分析与试验验证

目的 某型号不锈钢阀盖是一种典型的长肋条内空型零件,在模锻制造过程中,阀盖锻件容易出现不同程度的折叠和裂纹缺陷,亟需改进成形工艺以提升合格率.方法 采用有限元方法分析坯料在制坯/预锻/终锻全流程的金属流动规律和终锻件成形质量,得到最佳成形工艺方案.结果 方坯在后续成形时易产生横向流动,且局部充型不饱满;六边型坯在预成形和终成形时流动均匀、横向流动小,且有效抑制了充型不饱满缺陷;预制坯在过渡区长度过短,产生了折叠缺陷;采用六边形坯料和增加过渡区长度可以获得无缺陷阀体锻件.结论 采用新工艺制备的阀盖锻件合格率达到了100％,通过全流程工艺分析,能够得到金属流线规律,进而优化模锻成形方案,改善成形质量.     

转向节预锻件坯料的优化

以汽车转向节为研究对象,以转向节终锻件为目标,运用计算截面积的方法对获得终锻件飞边截面积的大小进行修正,从而修改预锻件对应截面的截面积大小以达到优化预锻件的目的.通过反复的修正和修改,最终获得最优的预锻件,提高了材料利用率和模具寿命,对复杂锻件的坯料优化具有借鉴作用.     

连杆断裂失效分析及锻造折叠缺陷控制研究

目的 确定连杆断裂失效模式、机理和原因,找到有效预防连杆锻造缺陷的措施。方法 针对连杆断裂失效问题,在对连杆合格件和故障件进行符合性对比试验分析的基础上,对故障件进行断裂失效模式、机理和原因分析,并对连杆锻造折叠缺陷产生类型、机理、原因、条件和时段进行分析。结果 只有在连杆制坯坯料形状与尺寸不合理、制坯坯料在预锻模膛中位置不合理、预锻形状与尺寸不合理、预锻成形打击力或变形速度不合理、终锻形状与尺寸不合理、锻模导向功能失效等多种极端不利因素同时存在的条件下,才具有产生复合型锻造折叠缺陷的可能性。结论 通过连杆锻造过程控制和锻造首锻控制,可有效预防锻造折叠缺陷产生,满足锻件高优质性、高可靠性和高有效性要求。