大规格电镦成形折叠缺陷分析及改进措施

针对原大规格电镦工艺方案成形与砧块接触面出现折叠缺陷,通过电镦过程观察和有限元分析模拟确定折叠产生于电镦开始时因电流和顶锻力发生变化产生小台阶,后续电镦过程的顶锻力持续施加并致使有小台阶的变形部位逐渐向砧块靠拢,并受砧块表面约束,坯料受反作用力将材料压凹陷形成凹坑,并在模锻时形成折叠缺陷,为提高电镦成形质量和避免模锻成形缺陷,提出初始电镦阶段采用多分段成形渐变工艺。有限元分析模拟显示,采用多分段成形渐变工艺锻造流线连续,未出现折叠缺陷。生产实践表明,改进方案可以避免折叠缺陷产生,能够满足实际生产需求。     

核电管板镦粗成形中偏析缺陷的数值模拟

区域偏析是一种常见的冶金缺陷,它会导致锻造缺陷。以某公司生产的超大型核电管板为研究对象,综合利用matlab、Deform和Hypermesh软件对核电管板镦粗成形中偏析缺陷进行了数值模拟,从金属塑性成形力学的角度对偏析缺陷进行了定性分析。结果表明:锥板镦粗开始阶段是锻造裂纹产生和扩展的危险阶段。最后提出了预防和减小偏析缺陷的措施。     

锻铝控制臂失效分析

某车型采用锻造铝合金控制臂,控制臂在下线路试动检过程中发生断裂。利用直读光谱分析仪、电子万能试验机、金相显微镜等设备和CAE模拟分析软件,对材料的理化性能和零件的成形过程进行分析。结果表明:材料的化学成分和力学性能均满足相关技术要求;零件金相组织无热处理过烧现象,但零件内部存在明显的锻造缺陷;锻造过程中由于弯曲工序定位不准确,产生折叠缺陷,锻造折叠缺陷最终导致本次控制臂断裂失效;通过在锻造弯曲工序中增加定位挡板和调节螺栓的方式,将预弯坯料偏离定位点的间距控制在5 mm以内,可以有效地避免锻造折叠缺陷的产生;在零件质检工序对所有零件进行表面荧光渗透探伤,可以防止问题零件的流出。     

基于一种预制坯形状下铁座多向锻造成形缺陷分析

设计了某预制坯形状下的铁座多向锻造成形工艺,通过工业试验得到了铁座样件,针对铁座零件在多向锻造成形过程中产生的折叠、毛刺等缺陷的产生原因进行了分析。通过建立有限元模型,选择合理的模拟参数,采用Deform体积成形软件对铁座多向锻造成形工艺过程进行数值模拟,并结合Deform软件后处理中的点跟踪功能对成形过程中金属的流动规律进行了有限元分析。结果表明:铁座样件粗大毛刺产生的根本原因是试验模具结构设计不合理导致的成形上模合模力剧增,增加量高达3776.82 k N,成形载荷超出了设备的能力范围,使模具在成形过程中未完全打靠;铁座折叠缺陷产生的临界压下量为14 mm,试验过程中9 mm的压下量不足以产生折叠缺陷,折叠缺陷产生的根本原因是热态下铁座预制坯两侧体积块与上模的初始装配间隙过小,上模下行与预制坯一接触便产生了干涉。针对铁座样件缺陷产生原因的分析提出了解决方案,并在模拟条件下得到了成形良好的铁座锻件,验证了预制坯形状的合理性及成形工艺的可行性。     

TA15钛合金锻件裂纹分析

TA15钛合金锻件在加工过程中,发现加工表面存在裂纹。通过对裂纹形态、裂纹断口的宏微观特征、裂纹金相、材质组织及硬度等检测与分析,得出了裂纹性质及产生原因,并通过裂纹断口温色对比分析以及断口微区成分分析,获得了裂纹产生的温度范围。结果表明,TA15钛合金裂纹为锻造折叠裂纹,折叠裂纹在锻造过程中发生了扩展。裂纹主要是由于表面没有清理干净的氧化皮卷入所致。裂纹左侧棕红色断口形成温度高于800℃,右侧灰色断口形成温度不高于500℃。     

汽车前轴用40Cr钢锻件开裂失效分析

利用化学成分、显微组织以及硬度分析等方法,对汽车前轴用40Cr钢锻件的开裂原因进行了分析。结果表明:裂纹位于锻件的R角处,为淬火裂纹;锻件R角处的元素偏析造成淬透性显著高于周围其它位置,锻造过程中产生了表面缺陷,使得淬火时马氏体相变产生的体积内应力超过了材料的强度,造成了淬火裂纹的产生;通过增大R角半径、控制原材料的成分偏析以及调整锻造工艺等措施,能够减小汽车前轴用40Cr钢锻件热处理后淬火开裂的风险。     

利用有限元分析消除轴箱拉杆体折叠现象

针对轴箱拉杆体生产时出现杆部筋板折叠缺陷的现象,通过对轴箱拉杆体工艺进行有限元分析,模拟其锻造成型过程,分析杆部筋板折叠缺陷产生的原因,通过改进制坯工艺,再次进行模拟,消除了折叠现象,经过工艺试验和实际生产,验证了模拟结果的准确性,达到了节省试验成本、提高生产效率的目的。     

锻造MR曲轴缺陷分析及成因探讨

在由某中碳微合金钢(C0.40%-Mn0.68%-S0.022%-V0.049%)棒材经感应加热锻造制成的汽车MR曲轴法兰盘一侧端头上发现裂纹和折叠缺陷,分别处于锻造飞边及与之垂直的平面上。利用金相显微镜、扫描电镜结合电子探针等手段对该曲轴缺陷进行了分析。结果表明,裂纹附近存在深约0.2 mm的脱碳层,深度与正常部位相当,裂纹呈沿晶断裂特征,周边存在魏氏组织;(Mn,Fe)S夹杂呈晶间及晶内魏氏析出形貌;折叠缺陷微观形貌与裂纹相近。分析缺陷产生原因,认为裂纹缺陷是由于感应加热过程造成了材料局部过热形成表面横向裂纹,在锻造外力作用下扩展所致;折叠则是由于棒材温度的不均匀分布造成锻造时材料的流动速度不同,材料端头变形弯曲或凹陷,在终锻时金属汇流而成。     

透平压缩机叶片失效分析及再制造技术

针对某透平压缩机叶片进气口端产生断口和裂纹等失效问题,通过断口宏观和显微形貌分析、失效叶片化学成分和力学性能分析及有限元分析,对叶片裂纹形成和扩展机理进行研究。结果表明,叶片进气口端断口是由于杂质冲击导致,而叶片根部的裂纹是由于腐蚀引起材料表面产生微观缺陷,最终叶片在反复扭转力的作用下产生疲劳断裂。     

AL6R01Z铝合金外壳粗加工开裂失效分析

针对铝合金外壳粗加工过程中产生的开裂问题，采用金相显微镜、扫描电镜及能谱仪对外壳件开裂样品进行检测和分析。铝合金外壳精锻后，锻件表面显示出变形不均匀的锻造流线，锻件圆角部位的变形量最大，在精锻件样品表层存在弯曲变形的表面裂纹，推测为锻造折叠裂纹。铝合金外壳粗加工后，沿变形量最大的外壳圆角底部产生开裂，开裂件样品的表面裂纹扩展特征呈弯曲圆弧状，裂纹间隙存在纤维组织以及酸洗残留腐蚀凹坑，由此推测表面裂纹属于热加工锻造裂纹。并且，在裂纹尾部存在塑性不足造成的龙爪状挤压裂纹，表明样品表层存在温度偏低现象。能谱测试结果表明，裂纹间隙的氧含量高达23.35%,说明该表面裂纹经过高温氧化，进一步验证了表面裂纹是在锻造过程中产生的。分析得出造成铝合金外壳开裂的主要原因为：锻造过程中的锻件表层温度低、材料塑性不足，导致锻件表层与次表层变形不一致，从而在锻件变形量最大的圆角底部产生锻造折叠裂纹，而锻造过程的持续变形使得表面裂纹重新闭合，但由于粗加工过程中发生应力释放，导致表面裂纹再次张开。     

重型燃机叶片锻造过程的三维热力耦合有限元模拟

利用热力耦合刚粘塑性有限元法,对某重型燃机叶片的多工步锻造过程进行了数值模拟研究。通过有限元数值模拟,分析了锻造过程中的金属流线分布,得到了温度场、应力应变场等热力参数的场量分布,从而揭示了叶片锻造的变形机理。实际锻造工艺试验与数值模拟结果吻合较好,从而验证了热力耦合有限元模型的可靠性。该研究对掌握叶片锻造变形规律具有重要意义,为叶片锻造工艺的优化设计提供了参考。     

4032铝合金花盘锻压成形技术

针对涡旋式压缩机花盘在温锻成形过程中出现的内壁开裂现象,对原成形工艺进行数值模拟,研究了终锻成形中的裂纹形成机理,并发现损伤值达到1.28。为了消除花盘侧壁开裂问题,提出在原工艺基础上改变毛坯形状,以提高金属流动的合理性,使锻件材料填充良好,变形均匀。通过对具有不同形状的毛坯成形过程的对比分析,给出了最优的毛坯形状:增大预锻件凹口深度,采用阶梯状凹口,针对外壁的截面形状,将原有的阶梯状改为圆弧状。采用改进的方案温锻花盘时,裂纹发生处的损伤值明显降低,仅有0.732,裂纹消失,各项指标都达到技术要求。改进后涡旋式压缩机花盘的成品率达到100%。     

压气机静子叶片锻造过程的三维刚粘塑性有限元模拟

利用三维刚粘塑性有限元法对某重型燃机压气机静子叶片的锻造过程进行了数值模拟分析,揭示了叶片锻造变形规律,并以实际锻造工艺试验对其进行了试验验证。锻造工艺试验与数值模拟结果吻合较好,从而验证了数值模拟结果的可靠性。该研究对压气机静子叶片锻造工艺的优化设计具有重要的指导意义。     

某档位齿轮坯精锻成形模具结构参数的数值模拟分析及优化

针对某档位齿轮坯在闭式精锻成形过程中径向筋部出现的充填不饱满和折叠的缺陷,为了优化金属的流动性,改善筋部的填充情况,获得性能优良的合格锻件,运用正交实验和有限元结合的方法,分析了模具筋部拔模斜度α、圆角半径R对成形过程的影响,得出了极限模具结构参数图。分析了不同区域模具结构参数对成形质量的影响,确定在区域D中的参数条件下,锻件无明显的充不满和折叠缺陷,并优选拔模斜度为1.3°、圆角半径为3 mm进行了实际生产验证。研究结果表明:锻件质量良好,筋部端面平整,底部无折叠缺陷,实际锻件与数值模拟结果相吻合。     

汽轮机大叶片模锻成形工艺

分析了汽轮机大叶片应用现状、叶片特点、模锻成形关键点及其制造工艺方案，介绍了制坯工艺、成形模具设计以及大叶片模锻工艺要点。以B1080大叶片模锻成形为例，进一步阐述了只有采用合理的坯料图与制坯工艺、合理的模具结构、合理的模锻工艺才能锻造出高质量的汽轮机大叶片锻件。同时也说明采用多工序组合方法制定工艺，依据金属塑性流动规律设计模具，在确保锻件成形精度和内在质量的前提下探索大叶片锻件模锻成形技术。     

叶片制坯过程三维热力耦合数值模拟

分析研究了叶片成形工艺,确定了叶片制坯的挤杆、镦头工艺路线.利用PRO/E初步创建模具型腔,采用有限元分析模拟软件DEFORM对单榫头叶片精锻成形工艺过程进行三维热力耦合数值模拟.对不同摩擦条件下的温度场、等效应力场以及载荷-时间变化曲线进行了分析,得出不同摩擦因子对叶片制坯成形的影响,为单榫头叶片制坯工艺成形过程提供理论指导.得出较合理的毛坯、温度场、等效应力场及载荷-时间曲线.对优化叶片制坯工艺参数,提高航空工业叶片精锻工艺研究水平具有重要意义.     

铝合金叶片热挤压工艺设计

针对传统模锻方法制造大榫头叶片工艺流程长、废品率高、尺寸精度低等弊端,提出挤压法制造叶片的工艺:挤压叶身和镦挤榫头形成叶片毛坯,后续机加工得到叶片产品。采用Deform-3D软件对挤压过程进行了数值模拟,优化了坯料形状、尺寸,分析了应力、应变分布,将叶身局部最薄处由R1 mm补偿为R6 mm,并采用偏心凹模法改变压力中心,解决了叶片成形过程中金属流动不均匀、开裂、弯曲等问题,并设计了挤压模具和镦挤模具结构。优化后的模拟结果表明:叶片挤压过程中金属流动性良好,成形精度高。     

基于Dynaform的一种新型拉延模结构设计与应用

利用Dynaform板料成形有限元模拟分析软件,对某高端重型卡车中地板冲压设计工艺方案进行数值模拟分析,准确地预测出该产品较复杂部位的成形缺陷。为了消除中地板在冲压成形中的开裂、起皱、叠料等缺陷,根据成形CAE分析模拟结果,提出增加不同方向和大小的凸筋的设计建议,并确定采用一种新型的"曰"字型压边圈的冲压工艺和模具结构设计方案,可以有效消除该产品的冲压成形缺陷。试模结果验证了冲压成形有限元分析的可行性,以及采用新型的冲压工艺可以降低模具开发成本,缩短模具调试周期,保证汽车中地板产品的成形质量。     

Modified looping technique for remeshing of forming simulations with free surface folding

In finite element simulations of forming processes with a complex geometry, free surface folding phenomenon is likely during simulations when die design or the size of initial billet is inappropriately determined. In such cases, free surface geometry becomes so acute that mesh generation may be impossible with a conventional looping technique automatically. In order to solve this kind of problem, looping technique was modified to generate boundary elements for the acute geometry with a better mesh quality. The developed technique was implemented to the in-house bulk metal forming simulation program CAMPform and applied for forming simulations of ring gear forging and nosing in which surface folding defects occur. It was found that folding phenomenon was successfully handled with the currently developed algorithm and suitable process conditions to eliminate the free surface folding were determined through numerical simulations.     

航空发动机整体叶环叶片裂纹分析

经锻造热处理和热等静压工艺处理后的整体叶环叶片在振动疲劳试验中出现裂纹,通过宏观检查、断口宏微观分析、材质分析、力学性能试验和有限元应力模拟等手段,对叶片的裂纹性质和萌生原因进行分析与研究,并提出改进建议。结果表明：整体叶环叶片裂纹性质为高周疲劳,疲劳裂纹起源于叶片叶背侧表面最大应力区;整体叶环叶片在热等静压工艺处理后存在平直晶界连续α膜,抗疲劳性能明显降低,导致疲劳裂纹过早萌生。