基于数值模拟的钛合金锥形件激光辅助铲旋成形研究

针对中部带法兰锥形件采用传统“锻造+机加工”制备时材料利用率低、强度及韧性不足的问题,提出采用激光辅助铲旋成形工艺来实现钛合金中部带法兰锥形件的完整近净成形。根据铲旋成形原理,选取合适的激光热源模型,并基于Simufact Forming软件平台建立激光辅助铲旋有限元模型,研究了铲旋成形过程中的中部法兰变形区温度、变形行为及等效塑性应力和等效塑性应变分布规律。结果表明,采用坯料整体预热+激光辅助补热的方式,可实现坯料基体表层温度高、内层温度低,既有利于表面金属材料铲旋成形出法兰,又可避免锥壁翘起;铲旋成形时变形区材料轴向流动较多,径向流动较少,法兰形状呈“倒水滴”状;旋轮接触区等效塑性应力值较大,但法兰主体部分等效塑性应力值较小且分布均匀;基体主要变形区等效塑性应变值最大,达9~11,沿厚度方向逐渐减小,具有局部大塑性变形且变形不均匀的特点。

深轮辐齿坯多工位闭式模锻材料流动规律研究

探索闭式热模锻成形时材料的流动规律是控制充填不满等成形缺陷、获得高精度模锻件的理论基础。针对深轮辐齿坯件热模锻成形时易出现填充不满的问题,以某SCr420H深轮辐齿坯为研究对象,基于齿坯件结构分析,设计了“下料-加热-镦粗-预锻Ⅰ-预锻Ⅱ-终锻”的多工位闭式热模锻工艺方案;基于Deform软件,构建了深轮辐齿坯件多工位闭式热模锻全流程有限元模拟模型;采用试验验证了有限元模型的可靠性,并对多工位闭式热模锻成形过程中材料的流动规律进行了研究。结果表明:镦粗比为3.7时,可获得外形良好的圆饼形预制坯,镦粗时受上下表面摩擦效应的影响,材料径向流动不均匀,在坯件腰部出现鼓形;预锻Ⅰ工位成形出用于定位的底面内凹结构,同时减小了后续工位材料填充难度;预锻Ⅱ和终锻成形时的材料流动规律相似,成形前期材料集中流向轮缘部分、成形中期主要流向轮毂部分、末期流向圆角处;终锻成形时未出现材料填充不满的缺陷,在成形后期,少量金属材料从终锻上下模的导向间隙中流出,形成纵向飞边。通过生产试验,成形出填充良好的深轮辐齿坯件,模拟数值获得温度与实际生产数值最大误差不超过3.15%,纵向飞边高度小于0.5 mm,零件各尺寸偏差均小于0.2 mm,验证了所设计多工位闭式模锻工艺的合理性。

难变形金属小模数齿形件电流辅助分形旋压成形方法研究

针对难变形金属小模数齿形件采用传统滚齿及插齿方法制备时,存在材料利用率低、强韧性不足等问题,提出采用分形旋压方法实现此类小模数齿形件的完整近净成形。以模数为0.3的30CrMnSiA合金结构钢小模数齿形件为研究对象,设计制作了难变形金属小模数齿形件分形旋压成形工艺装备,并基于旋压成形试验进给研究了渐进式进给、主轴正反转进给和间歇式进给3种不同成形方式及有/无电流辅助条件对难变形金属小模数齿形件分形旋压的影响规律。结果表明:采用渐进式进给成形方式时,旋压成形缺陷最少,但所获得的轮齿饱和度仅为70.2%;采用正反转式成形方式时,成齿区易出现预成形齿顶与旋轮轮齿啮合错位而导致被两次分形的缺陷;采用间歇式进给式成形方式时,成齿区齿顶部分出现大量毛刺;采用渐进式成形方式,相同试验条件下,通入脉冲电流后,材料塑性变形能力显著提升,轮齿饱和度提高到95.7%。采用电流辅助分形旋压成形获得的小模数齿形件齿廓偏差为0.029 mm、齿距偏差为0.015 mm。

QN1803奥氏体不锈钢温热本构模型构建

基于QN1803奥氏体不锈钢在塑性变形过程中存在的马氏体相变现象,提出采用基于热激活位错运动理论的物理基Zerilli-Armstrong(Z-A)模型,构建了其温热成形时的修正本构模型。采用Gleeble-3800热模拟试验机,对QN1803奥氏体不锈钢在温度为25~200℃、应变速率为0.001~0.1 s^(-1)的变形条件下进行了温热拉伸试验,基于试验结果分析了QN1803奥氏体不锈钢的温热流变行为,构建了QN1803奥氏体不锈钢在温热成形条件下的修正Z-A本构模型,并对模型精度进行了评估。结果表明,在25~100℃范围内,随着应变速率的增加,拉伸试样中的马氏体含量迅速减少。在各应变速率下,随着温度的升高,马氏体含量也迅速减少。采用相关系数R和平均绝对相对误差E AR量化了本构模型的精确度,修正的Z-A本构模型的R和E AR的值分别为0.998和1.225%,能较好地描述QN1803奥氏体不锈钢的温热流变行为。

难变形金属小模数齿形件电流辅助分形旋压成形工艺优化

目的针对30CrMnSiA合金结构钢小模数齿形件电流辅助分形旋压成形工艺,探究工艺参数对小模数齿形件成形质量的影响规律,分析工艺参数间的相关性,获得优化后的工艺参数组合。方法选取小模数齿形件齿廓偏差、齿距偏差、轮齿饱和度为成形质量响应指标,以电流密度、占空比以及旋轮进给速度为影响因素,设计响应面试验方案;根据有限元模拟结果建立成形质量回归预测模型,分析电流密度、占空比以及旋轮进给速度对小模数齿形件成形质量的影响规律,计算获得最优的参数组合并进行试验验证。结果电流密度、脉冲占空比、旋轮进给速度对小模数齿形件成形质量有显著影响,成形质量随着电流密度与占空比的升高而升高,随旋轮进给速度的升高而先升高后降低;且电流密度与旋轮进给速度、脉冲占空比与旋轮进给速度在对轮齿饱和度的影响上有一定的交互性;通过建立的回归模型预测得到的优化工艺参数如下:电流密度为17.5 A/mm2、脉冲占空比为40%、旋轮进给速度为0.6 mm/min。结论回归模型预测值与试验值的相对误差小于8%,说明所构建的成形质量回归预测模型是准确的,利用优化后的参数可制备出成形质量良好的小模数齿形件。

锻压成形高性能汽车三角臂实验虚拟仿真系统开发

为解决锻压成形实践教学中存在高危险、模具封闭导致材料成形过程不可见、微观组织无法直接观测、加工工序不完整等问题,借助虚拟仿真技术,结合数值模拟手段,开发包含课前准备、实验操作与探究、实验考核等模块的锻压成形虚拟仿真系统。系统高度还原汽车三角臂生产流程,设计“不同输入-不同反馈”的驱动方式以引导学生自主探究零件成形规律和机理。教学实践表明,该虚拟仿真系统不仅让学生体会并掌握一个完整零件的生产过程与成形质量调控方法,同时训练学生将理论知识应用于解决工程问题的能力,提升教学质量。

镍基高温合金旋压成形技术研究现状

镍基高温合金薄壁构件是高端装备的核心零部件,旋压成形是实现此类零件高精度、高性能制造最有效的方法之一。从可旋性、旋压成形质量、微观组织演变及形/性一体化控制等方面对镍基高温合金旋压成形技术研究进展进行综述。分析了镍基高温合金流动旋压时不同坯料初始组织和成形温度条件下的可旋性;总结了旋压成形参数对宏观成形质量的影响规律;阐述了筒形件室温流动旋压及热流动旋压成形时微观组织演变机制;探讨了热流动旋压成形时的形/性一体化控制方法。

纳米/超细晶筒形件强力旋压变形机理

为了系统研究强力旋压成形纳米/超细晶筒形件过程中纳米/超细晶的形成机理,以具有高层错能的体心立方金属20钢为研究对象,首先通过分析旋压样件变形区剖面和表面的扇形塑性流动场来定性和定量解析强力错距旋压过程中金属流动的机理,然后采用金相分析技术和TEM技术研究了F+P钢在受强力旋压而剧烈剪切变形时的晶粒形态.结果显示:与其他强烈塑性变形方法类似,强力旋压过程中随着工件壁厚减薄率的增加,材料内部等轴初晶逐渐沿轴向被拉长,形成具有一定取向的冷变形织构,在随后的580℃×1 h的退火过程中生成了大小约为600 nm的等轴细晶.

退火工艺对低碳钢强力旋压变形组织及力学性能的影响

退火温度和退火时间是影响低碳钢旋压件再结晶退火后微观组织及力学性能的主要因素。对不同减薄率的旋压件采取变温恒时和恒温变时的方法,研究退火温度及退火时间对20钢经强力错距旋压后的变形组织及力学性能的影响。试验结果表明,在560℃～600℃区间,旋压件硬度随退火温度的升高急剧减小,退火时间对试样力学性能的影响随退火温度的升高变得更明显;在580℃时保温1h退火后,铁素体均转变成等轴状细晶,晶粒尺寸约0.6μm,尺寸更细小的渗碳体颗粒大部分弥散在铁素体晶界上。

30CrMnSiA薄壁杯形件的强韧化工艺方法

30CrMnSiA薄壁杯形件是广泛应用于谐波减速器柔轮壳体的一类关键基础零部件。文中针对传统采用车削制备的30CrMnSiA薄壁杯形件强韧性不足而导致谐波减速器承载能力较低及寿命较短的问题,提出采用旋压-调质-旋压-时效的形变-热处理工艺来实现30CrMnSiA薄壁杯形件的少、无切削高性能制备;并通过拉伸及冲击实验,对比各工序件的力学性能变化规律,对各工序件的微观组织进行了分析。结果表明:旋压-调质工艺可获得具有较高强度的回火索氏体组织,但是材料的塑性降低;时效处理使旋压成形获得的纤维状微观组织进一步细化,并在铁素体基体上析出均匀弥散分布的细小碳化物;在300℃+6 h时效处理时可同时获得较高的强度和良好的塑性。相比调质后车削成形,采用形变-热处理相结合制备的30CrMnSiA薄壁杯形件的屈服强度和抗拉强度分别提高了93.65%和47.88%,硬度提高了26.87%,冲击强度提高了12.01%,同时还具有较好的塑性,断后伸长率和断面收缩率分别达11.60%和24.64%。采用旋压-调质-旋压-时效的形变-热处理工艺可实现薄壁杯形件的强韧化制造,为高强韧性薄壁杯形件的生产提供一种新的工艺方法。

基于实例推理的模具零件加工工艺决策模型构建及应用

针对传统模具零件加工工艺依靠人工编制而导致的效率低、设计周期长,无法适应现代模具零件多品种、小批量、高效智能化生产的需求,构建了一种基于实例推理的模具零件加工工艺决策模型。采用粗糙集理论,提出了模具零件特征属性权值计算方法;采用归一化和余弦相似度方法,对数值型和字符型局部相似度进行了准确表征;基于静态及动态相似度阈值相结合的方法,动态获取了系统相似度阈值;提出K-means聚类算法与最近邻(KNN)算法相结合的工艺决策算法,实现了加工工艺文件快速准确智能化生成。企业生产测试结果表明,采用所构建的模具零件加工工艺决策模型,可使得零件模型分析及工艺路线拟定时间缩短64.5%,模具零件加工工艺编制时间缩短40%,工艺设计不合理比例减小82.8%,漏工序加工比例减小69.6%,极大地提高了工艺设计效率及模具零件加工质量。

镁合金带内筋筒形件热强旋成形质量及参数优化

目的探明镁合金带内筋筒形件热强旋成形质量影响因素间的相互作用,并获得优化后的内筋数量及工艺参数。方法设计了五因素、三水平正交试验方案,开展了灰色关联度分析及极差分析,研究了内筋数量及工艺参数对旋压件直线度、圆度、筋背凹陷率、内筋饱和度、筋高不均匀度等成形质量指标影响的主次顺序,获得了最优的参数组合。结果各参数对旋压件成形质量的综合影响主次顺序为:内筋个数N>管坯壁厚t_(0)>减薄率ψ_(t)>成形温度T>进给比f,最优的参数组合为N=12、t_(0)=8 mm、ψ_(t)=70%、T=350℃、f=0.4 mm/r。结论通过在最优的参数组合下开展热强旋试验,可制备出质量合格的镁合金带内筋筒形件。

内筋参数对镁合金带内筋筒形件热强旋成形材料流动的影响

基于ABAQUS/explicit平台构建了ZK61镁合金带内筋筒形件热强旋成形时热力耦合有限元模型,探索了热强旋成形过程中材料的流变特性,研究了内筋参数(内筋形状和内筋个数)对材料流动及内筋充填的影响规律,并通过试验对构建的热力耦合有限元模型的可靠性进行了验证。结果表明:内筋的成形主要靠坯料的内层材料沿径向的流入,内层材料在内筋两侧产生分流,一部分材料沿径向流动形成内筋,剩余部分沿切向流动形成壁部;采用梯形内筋及增加内筋个数有利于内筋的填充;模拟获得的筋高不均匀度、壁厚及筋高与试验结果的相对误差小于8%,验证了有限元模拟结果的准确性。

基于遗传算法的模具电极调度问题求解

针对模具电极数控加工和电火花加工两个阶段的调度问题,建立了具有批处理和相关性特征的数学模型。以模具零件拖期量最小为目标,将模具电极调度问题的求解分为批处理和批调度两个层次,第1层提出根据相关性原则解决批处理问题,并设计出相关性优先分批算法;第2层提出采用遗传算法解决批调度问题,并提出一种基于动物配种的策略对传统的遗传算法进行了改进。基于Matlab软件,开发出模具电极调度程序,实现了上述两个层次的求解过程,并在24种仿真算例下进行了实验测试。结果表明,所设计的模具电极调度算法能有效的解决模具电极批处理和批调度问题;所提出的配种策略能显著提高传统遗传算法的求解质量,使样本内的模具零件拖期量最多减少16.71%。

30CrMnSiA合金结构钢电流辅助单向压缩流变行为

以30CrMnSiA合金结构钢为研究对象,对其在脉冲电流作用下的单向压缩流变行为进行了研究,设计了“导电块-上下压块-导电块”的电流施加方案,提出采用压缩空气进行冷却的方法消除焦耳热的影响,分析了脉冲电流参数(脉冲电流密度、脉冲占空比和脉冲频率)对30CrMnSiA合金结构钢流变行为的影响规律。基于Voce加工硬化模型,构建了脉冲电流辅助下30CrMnSiA合金结构钢的电致塑性本构模型,并进行了试验验证。结果表明,30CrMnSiA合金结构钢的流变应力随着脉冲电流密度、脉冲占空比以及脉冲频率的升高而降低,脉冲电流密度的变化对材料流变应力的影响最为显著;通电条件下材料的加工硬化指数n高于不通电时,且随电流密度与占空比的升高而升高,随脉冲频率变化不明显;利用构建的本构模型计算的流变应力值与试验数据的误差在6%以内,说明该模型能较好地预测30CrMnSiA合金结构钢电流辅助压缩类成形时的流变行为。

粉煤灰填充塑料的研究进展

综述了粉煤灰的基本现状及其对环境造成的压力,讨论了粉煤灰的改性技术,以及粉煤灰填充的多种塑料基复合材料的成分、结构、性能和用途等。研究表明,应加大对粉煤灰的研究力度,使其能够应用于塑料中,不断提升复合材料的力学性能,并赋予其多种特殊性能,以扩宽粉煤灰综合利用的范围,是粉煤灰研究重点之一。

基于Abaqus的旋压件壁厚的自动测量方法

针对采用Abaqus有限元软件对旋压成形进行数值模拟时,旋压件壁厚无法快速、准确获取及无法实现可视化的问题,提出对基于Abaqus数值模拟的旋压件壁厚自动测量及可视化方法进行研究。通过Python语言编写代码来实现旋压件壁厚的自动测量,并采用RSG对话框构造器定制菜单界面,开发出了基于Abaqus的旋压件壁厚自动测量工具包,实现了锥形件、带内筋筒形件等旋压件壁厚的自动测量,以及以云图的形式显示结果。通过对比采用壁厚自动测量工具及采用三维软件进行壁厚测量的结果,发现文中所开发的旋压件壁厚自动测量工具包能准确、快捷地测量各类旋压件的壁厚分布。

薄壁深杯形件多工艺复合旋压成形机理研究

针对传统的薄壁深杯形件成形流程长、效率低、质量控制难的问题,提出采用拉深-流动多工艺复合旋压方法实现此类零件的高效短流程精确制备。基于Abaqus有限元软件建立了SPHC热轧钢薄壁深杯形件拉深-流动多工艺复合旋压成形有限元模型,研究了深杯形件复合旋压成形时的应力应变分布及材料流动行为,揭示了复合旋压的成形机理,结合复合旋压成形试验,验证了有限元模拟的准确性。结果表明:采用多工艺复合旋压工艺可实现深杯形零件的单道次旋压成形,并可获得成形质量良好的薄壁深杯形零件。按照材料变形状况,多工艺复合旋压可分为拉深旋压阶段、流动旋压起始阶段和复合旋压稳定阶段;在流动旋压起始阶段最大等效应变随旋压的进行而急剧上升;在稳定旋压阶段最大等效应变出现在已成形区域,其变形状态为轴向与切向拉伸、径向压缩,而过渡区域为轴向拉伸、径向与切向压缩。流动旋压起始阶段,贴模区域材料向口部的轴向流动随着拉深旋压用与流动旋压用旋轮间的轴向错距量的增大而增大。在复合旋压稳定阶段,坯料与拉深旋压用旋轮接触的外侧区域受三向压应力,而内侧区域受到三向拉应力的作用,坯料与流动旋压用旋轮接触区域受三向压应力作用。为保证旋压成形质量,旋压拉深旋压用旋轮与流动旋压用旋轮之间的轴向错距量应取值大于5.3 mm。

旋轮结构对高强钢筒形件流动旋压成形影响规律研究

基于ABAQUS/Explicit平台建立了DP600高强钢筒形件流动旋压有限元模型,获得了旋轮成形角、旋轮圆角半径对壁厚偏差和椭圆度的影响规律,并进行了试验验证。结果表明:壁厚偏差随旋轮成形角的增大而增大、随旋轮圆角半径的增大而减小;椭圆度随旋轮成形角和旋轮圆角半径的增大均呈先减小后增大趋势。最佳的旋轮型面参数组合为:旋轮成形角αρ=25°、旋轮圆角半径rρ=3mm,此时旋压件壁厚偏差为0.045mm、椭圆度为0.16mm。试验验证的结果表明,壁厚偏差的试验值与模拟值的误差仅0.003mm;椭圆度试验值与模拟值误差仅0.01mm。由此可见,所建立的有限元模型及模拟结果具有较高的可信度和准确性。

旋轮与芯模间隙对内外齿旋压缺陷的影响规律

旋轮与芯模间隙是影响旋压件成形质量的重要工艺参数。离合器毂的内外齿形在旋压成形中易出现齿侧壁呈弧形、齿顶圆角不饱满等缺陷,提出采用齿侧壁弧形度?、齿顶圆角不饱满度χ等来定量表征上述缺陷的大小,并基于有限元软件ABAQUS对内外齿旋压成形过程进行了数值模拟,获得了旋轮与芯模间隙对齿侧壁呈弧形、齿顶圆角不饱满等缺陷的影响规律,并获得了特定条件下的旋轮与芯模间隙的最佳值。结果表明,随着旋轮与芯模间隙的减小,齿侧壁弧形度?、齿顶圆角不饱满度χ随之减小;当旋轮与芯模间隙值取齿顶壁厚的公称尺寸与下极限尺寸的中间值时,可满足齿形壁厚要求并最大限度改善成形缺陷。有限元模型结果与成形试验结果吻合度良好。