基于AFDEX的筒形件拔伸工艺数值模拟及试验研究

厚壁深孔筒形件常见成形工序为压型、冲盂和拔伸,拔伸时坯料变形剧烈、成形稳定性差,容易出现顺挤、偏心、表面拉伤等缺陷,故拔伸是筒形件成形的关键工序。基于理论分析、数值模拟和工艺试验,对筒形件单模圈和两模圈拔伸工艺和顺挤缺陷进行了研究。研究结果表明:拔伸时坯料所受轴向拉应力在模圈出口处Ⅱ-Ⅱ截面达到最大;拔伸模圈入模角为15°时坯料所受轴向拉应力最小,对成形最有利;模圈和坯料之间润滑状态越好,凸模和坯料之间润滑状态越差,坯料顺挤现象越严重;采用两模圈拔伸,模圈工作带直径分别为Φ47和Φ44 mm,模圈间距为105 mm,可获得平均壁厚差为0.82 mm的成形件。     

基于Deform的换向器座冷镦挤模具优化

利用Deform软件模拟不同模具圆角半径的冷镦挤成形,分析不同模具圆角半径在镦挤过程的载荷-行程曲线、等效应力、等效应变及金属流动速度的影响规律.通过64组镦挤过程的模拟数据表明,对于换向器座类零件冷挤压成形,当凸模圆角R1取3mn、R2取0mm,凹模工作区域顶端圆角半径R3取3 mm时,镦挤成形所需的载荷达最小值.     

主动螺旋锥齿轮镦挤成形方案的对比研究

根据"积极摩擦"原理论证了双向镦挤成形主动螺旋锥齿轮的工艺优于其单向镦挤成形。通过对4种双向镦挤方案进行数值模拟研究,发现成形过程中齿型腔可顺利填充,所成齿形良好。变形过程可大致划分为自由变形、充满、角隅充填3个阶段。通过对不同方案中坯料端面摩擦力及数值模拟结果对比分析发现,采用无齿凸模镦挤成形主动螺旋锥齿轮的载荷低于有齿凸模镦挤成形,其中无齿凸模双向镦挤是最优的一种方案。无齿凸模在模具结构方面优于有齿凸模,对应的凹模也无需做成内齿形状,进一步简化了模具结构,同时,其等效应力在模具承受范围内,可望提高模具寿命。通过物理模拟试验对无齿凸模双向镦挤方案进行验证,得到了无飞边、齿形充填饱满、轮廓清晰、无折叠、无开裂等缺陷的铅质主动螺旋锥齿轮。     

镁合金空心坯料挤压成形工艺研究

对挤压成形过程中的坯料尺寸及模具形状对成形的影响进行了计算机模拟。由模拟结果可知,在采用无芯轴凸模挤压时,挤压力随着行程的增加而增大,随着空心坯料内径的增大,挤压力增加的速度减慢,但最大挤压力变化不大。在采用带芯轴凸模挤压时,最大挤压力明显减小,随着芯轴直径的增加,最大挤压力是逐渐下降的,最大挤压力可以降低25%以上。     

旋转挤压过程中凸模结构参数对成形质量的影响

在Deform-3D有限元模拟过程中采用正交实验的设计方法,系统研究了双工作带凸模不同迎流面形态参数对AZ80镁合金内环高筋筒体旋转挤压过程中折叠与成形损伤的影响规律。结果表明:在变形温度为380℃,模具温度为410℃,变形速率为0. 5 mm·s~(-1),摩擦系数为0. 3的成形条件下,张开角α对折叠角γ有显著影响,但对损伤值的影响不显著;倾斜角β和倒角半径R对折叠角和损伤值的影响不显著。综合考虑,当迎流面相关参数分别为:张开角α为90°、倾斜角β为8°、倒角半径R为3 mm时,所得构件凹槽的相关性能最佳。同时,按照优化后的工艺参数进行了物理实验,证实了数值模拟的可靠性。     

不锈钢管的拉伸外翻成形研究

以Dynaform5.6为平台,采用有限元数值模拟的方法对不锈钢管拉伸外翻成形过程进行了研究.研究表明,利用拉伸模可以实现不锈钢管的外翻成形,且通过改变拉伸凸模的圆角半径可获得不同间隙值的双层管;管端法兰宽度和压边力对不锈钢管的拉伸外翻成形力的影响很小,但不能忽视它们对外翻变形的影响;凸模的圆角半径对成形力的影响很大,凸模圆角半径取2 mm时稳态成形力约为最小,当凸模圆角半径大于或小于2 mm时,稳态成形力都会增大.     

中厚板的反挤凸柱成形规律

运用有限元软件DEFORM-3D对5 mm厚的20钢中厚板进行了反挤凸柱成形模拟研究,对比分析了封闭式模腔、全开式模腔、半开式模腔挤压成形时材料的变形特点。研究揭示了3种成形方式下金属的流动规律、等效应力及等效应变的分布、载荷与行程的关系,从而可根据成形载荷、凸柱高度与凸凹模行程的关系来合理选择模腔形式。进而研究了凸凹模圆角半径、凸柱直径与坯料初始直径之比d/D、凸凹模下行速度等因素对于各挤压方式下凸柱高度的影响。最后,选取半开式模腔成形凸柱进行实验,实验结果和有限元模拟结果符合较好,验证了有限元模拟的准确性。     

基于数值模拟的大长径比筒形件正挤压成形工艺研究

基于DEFORM-3D数值模拟软件,以某深孔汽缸为研究对象,建立了大长径比筒形件正挤压成形的有限元仿真模型,研究入模角α、凹模圆角r、定径带长度h、挤压速度v等工艺参数对金属塑性变形的影响;以挤压力峰值Lmax、坯料损伤峰值Dmax和凹模磨损量W为优化目标,进行正交试验方案设计,分析各工艺参数对优化目标的影响规律,获得较合理的工艺参数组合。研究结果表明,当入模角α=90°、凹模圆角r=3 mm、定径带长度h=20 mm、挤压速度v=10 mm/s时,可有效降低挤压力峰值和凹模磨损量,保证了零件的成形质量与模具的使用寿命。     

扩隅凹模精密成形直齿圆柱内齿轮试验研究

为解决内齿轮塑性成形工艺中存在的角隅填充困难及成形力大等问题,在已有的扩腔凹模成形柱形齿轮的研究基础上进一步探索直齿圆柱内齿轮的扩隅凹模精密成形工艺。以模数为3 mm,齿数为18,外径为Φ80 mm的直齿圆柱内齿轮为研究对象,利用DEFORM-3D有限元软件和设计制作的试验模具对新成形工艺进行了数值模拟和物理模拟试验研究,初步探讨了扩隅空间几何参数(扩隅斜角α、扩隅空间齿宽方向尺寸b和扩隅空间齿高方向尺寸h)对内齿轮成形效果的影响。研究表明,新工艺成形载荷较闭式模锻工艺可降低约70%;α或(b,h)值越大,镦压成形力越大,而顶出成形力越小,角隅填充更加饱满,当α或(b,h)值过大时,内齿轮下角隅产生废料,当α取8°～14°,b取(1/4～1/2)齿宽B,h取(1/4～1/2)齿高H时,可获得成形质量良好的内齿轮锻件。等效应力分布均匀,无应力集中,且在模具承受范围之内。物理模拟试验得到了齿形饱满、轮廓清晰且无折叠等缺陷的铅制齿轮,与数值模拟结果吻合良好。     

齿轮冷挤压成形影响因素的数值模拟研究

采用数值模拟方法分析了齿轮冷挤压过程的影响因素。发现坯料的选择要考虑挤压力的大小,最好比齿顶圆大1~2 mm,坯料中带孔挤压比不带孔挤压降低挤压力约10%。带凸台的冲头的凸台高度要小于凹模入口角的高度。凹模的入口角尽量加大,以减小受力。挤压力随着凹模芯棒直径的增加而增加。采用复合挤压是一种很好的齿轮成形方式,能够降低材料消耗和后续的切削量。     

斜齿圆柱齿轮双向镦挤精密成形新工艺研究

为了克服斜齿圆柱齿轮(简称斜齿轮)现有工艺存在的模具结构复杂、成形力大等不足,在直齿形状凸模双向镦挤成形斜齿轮的基础上提出了斜齿凸模和无齿凸模双向镦挤两种成形方案。分析了不同成形方案下,端面摩擦力对载荷的影响。利用有限元模拟软件Deform-3D分别对三种成形方案进行了数值模拟。结果表明,采用无齿凸模镦挤成形斜齿轮在载荷及模具结构方面优于齿形凸模镦挤成形,其中无齿凸模双向镦挤较直齿凸模双向镦挤,最大载荷降低约25%;无齿凸模双向镦挤较斜齿凸模双向镦挤,最大载荷值降低约35%;无齿模具加工制造更容易,成形等效应力远小于模具材料许用应力。     

内斜齿轮冷挤压成形工艺方案

首先对内斜齿轮的几何特点进行分析,并针对内斜齿轮在冷挤压成形时存在的成形力过大、成形质量差、挤压件脱模困难等技术难点,提出了采用浮动凸模的工艺方案。利用有限元软件DEFORM-3D,对空心坯料冷挤压工艺进行数值模拟分析,分别研究了坯料内孔直径、入模半角和定径带长度对挤压成形载荷和性能的影响。研究结果表明:当坯料内孔直径尺寸为Φ72. 5 mm、入模半角选取45°、定径带长度为20 mm时,内斜齿轮齿形充填均匀,齿形饱满,成形载荷也相对较小。采用浮动凸模的工艺进行内斜齿轮冷挤压成形工艺试验,证明了该工艺方案的可行性和数值模拟结果的正确性。     

1100-H14铝合金板冷冲锻成形过程的有限元模拟

金属板材冷冲锻成形是近年来发展起来的复合成形新技术,其特点是板材冲锻时不但完成零件形状的成形,还兼有局部结构的体积成形,如凸柱成形.针对带有凸柱的散热板基座,通过对1100-H14铝合金板材冷冲锻成形有限元模拟,探讨坯料厚度、坯料形状、摩擦因数及模具结构对凸柱成形的影响规律.结果表明:坯料越厚,越有利于凸柱成形;摩擦因数越大,越有利于凸柱成形;圆形坯料形状及带有背压的模具结构有利于凸柱成形.模拟结果与实验结果吻合.     

In718合金反挤压成形数值模拟

本文基于粘塑性材料模型,应用有限元模拟技术对In718合金高温下的反挤压成形过程进行了数值模拟。分析了不同挤压工艺的金属流变行为和应力应变分布,得出:在高温条件下,In718合金进行等温反挤压,成形质量较好;摩擦不仅降低反挤压成形范围,并且加剧金属表面裂纹的产生;坯料的等效应力分布较均匀,最大等效应力值出现在凸模工作带端点处;无摩擦、凸模球心夹角=60°、反挤压成形温度T=1000℃时得到的等效应变值比较均匀,产品成形质量相对较好。     

一种锥台阶管卷制成形工艺初步研究

针对两步卷制锥台阶管易发生起皱等缺陷的问题,提出3步成形方案,即拱桥形成形U形成形O形成形;设计了相应模具,其中拱桥形成形和U形成形模具采用了压边块,O形成形模具采用了水平运动上凹模配合芯轴的结构;借助于Dynaform软件对成形过程进行了数值模拟,结果表明,拱桥形成形阶段是保证成形质量的关键步骤,且整体凸模成形难于控制起皱缺陷,进而采用分段差动凸模成形,减轻了起皱缺陷。为深入探索两端直径差异对成形质量的影响,取直径比值为0. 75、0. 60和0. 50,分别采用整体凸模和分段差动凸模进行成形试验,证明了制件两端直径比越小,越容易发生起皱;分段差动凸模成形可以有效减轻起皱问题;两种凸模引起的工件减薄情况差异不大。     

基于数值模拟的等速万向节滑套温反挤凸模结构优化

在等速万向节滑套温反挤成形工序中,凸模工作带不仅承受高载荷,还承受冷热循环和强摩擦作用,极易磨损。为了设计结构合理的凸模,建立了等速万向节滑套温反挤凸模的模拟模型,利用数值模拟技术分析了不同凸模圆角半径和凸模端面锥角对凸模载荷和温度分布的影响。通过分析得出凸模圆角半径R=5 mm、凸模端面锥角θ=10°时的凸模结构较为合理,为温反挤凸模结构设计提供一定的参考。     

基于数值模拟的等速万向节滑套温反挤凸模结构优化

在等速万向节滑套温反挤成形工序中,凸模工作带不仅承受高载荷,还承受冷热循环和强摩擦作用,极易磨损。为了设计结构合理的凸模,建立了等速万向节滑套温反挤凸模的模拟模型,利用数值模拟技术分析了不同凸模圆角半径和凸模端面锥角对凸模载荷和温度分布的影响。通过分析得出凸模圆角半径R=5 mm、凸模端面锥角θ=10°时的凸模结构较为合理,为温反挤凸模结构设计提供一定的参考。     

末端法兰热锻成形的数值模拟及工艺优化

针对末端法兰一次终锻成形出现的折叠缺陷问题,分析缺陷形成的原因,并基于Deform-3D有限元分析软件模拟末端法兰成形过程,结合正交试验优化工艺参数,提出制坯、预锻、终锻3步成形方法,调整坯料尺寸、摩擦系数、下压速度及终锻飞边厚度,有效地减小了锻件下模边缘、中孔和凸台的折叠角度,降低了开裂风险,最终锻出合格锻件。试验结果表明:当工艺参数满足坯料直径Φ50 mm、长190 mm、摩擦系数0.25、下压速度60 mm·s-1、预锻飞边4 mm、终锻飞边3.8 mm,并采用制坯-预锻-终锻3步成形方案时,锻件质量较优。通过实际生产验证了数值模拟结果的准确性和可靠性,获得了符合要求的产品。     

微反挤压数值模拟与实验研究

将退火后的T2紫铜圆柱坯料进行常温压缩实验,根据所得应力应变曲线,采用DEFORM-3D模拟杯壁厚度为0.5mm的杯形件的微反挤压成形过程。研究了凸模速度和摩擦系数对材料等效应变分布和凸模载荷的影响。结果表明,凸模速度越大,材料等效应变差值越大,变形越不均匀,但对凸模载荷无明显影响。摩擦系数越大,材料变形越不均匀,且凸模载荷明显增加。根据模拟结果选择合适的工艺参数进行微反挤压实验,实验所得杯形件晶粒变形较均匀,与模拟结果较吻合。     

40Cr凸轮轧槽不变轧制工艺的研究

针对凸轮常见生产方法存在的材料利用率过低、产量低、生产周期长等问题,尝试了轧制成形工艺。基于DEFORM刚塑性有限元法建立了凸轮轧槽不变,只改变辊缝的多道次轧制过程的三维有限元模型。模拟分析总延伸系数不同时轧件的孔型充满度,确定出最佳轧制道次为2;分析坯料直径不同时轧件的孔型充满度及变形均匀性,确定出最佳坯料直径为Φ72 mm。在Ф160 mm×200 mm两辊轧机上验证了在最佳轧制道次和坯料直径下,40Cr凸轮的轧槽不变轧制成形工艺。实验得到轧件横截面组织分布与模拟应变分布规律一致,证明了模拟结果的准确性。