电脉冲辅助冷却的M50钢热环轧组织性能调控

热环轧是目前M50钢制轴承套圈的主流制造工艺,其工艺流程较长,长时间的保温导致晶粒粗大且耗时耗能。将电脉冲工艺与热环轧工艺相结合,提出电脉冲辅助轴承套圈热环轧冷却(EP-HRR)的新方法,研究了不同峰值电流辅助下热环轧试样的组织与力学性能演变。结果表明:脉冲电流可降低M50钢相变发生的活化能,促进奥氏体再结晶,有助于缓解轧制过程中的局部应力集中;随着峰值电流增大,变形晶粒向回复晶粒转变,进而向再结晶晶粒转变,这归因于脉冲电流非热效应下再结晶所需自由能的降低以及再结晶形核速率的提升;高峰值电流辅助M50钢制轴承套圈热环轧冷却有助于降低试样的各向异性及截面硬度,电脉冲辅助冷却一定程度上可起到回火功效。

内凸台截面风电轴承套圈锻件芯辊双工位近净轧制工艺

针对内凸台截面风电轴承套圈锻件近净轧制成形难题,通过数值模拟方法研究了采用异形芯辊轧制方案的成形效果,发现轧制比较大的套圈成形过程中台阶宽度在轧制前期能够达到尺寸要求,但在台阶完全填充之后其与芯辊的贴合效果慢慢变差,且在套圈上端面附近容易出现折叠缺陷及爬辊现象;结合该内凸台截面套圈尺寸特点,提出采用芯辊双工位近净轧制成形方案,并对双工位环坯尺寸进行优化设计;根据模拟结果开展了轧制试验,成功轧制出合格的内凸台截面轴承套圈锻件。

L形截面风电偏航轴承锻件近净轧制工艺数值模拟与优化

为解决L形截面风电偏航轴承锻件近净轧制受力与变形不均匀,台阶径向宽度较大而轴向深度较浅,成形困难等问题,通过数值模拟和异形芯辊轧制试验对锻件成形效果进行分析,发现成形过程中坯料台阶高度方向的金属填充不满,金属存在折叠堆积的情况,修改锻件及坯料的尺寸后仍难以完全改善成形效果,因此提出异形锥辊近净轧制成形方案,通过试验验证了该方案的可行性,并分析了坯料尺寸对成形效果的影响,结果表明增大坯料的壁厚有利于改善锻件的最终成形效果。

电冲击处理对316不锈钢构筑成形的影响

在高温变形调控界面愈合的基础上引入电冲击处理来促进构筑界面愈合,通过对316不锈钢构筑坯料热变形前和热变形间隙分别进行电冲击处理实验,揭示了电冲击处理对316不锈钢材料构筑界面几何形貌和微观组织的影响规律。结果表明,相比于未使用电冲击处理的试样,经过电冲击处理后试样的构筑界面愈合效果有一定程度的提升。在热变形前进行电冲击处理能够使界面产生预连接,促进构筑界面的热变形愈合。在热变形间隙进行电冲击处理同样能促进构筑界面愈合,但其促进界面愈合效果弱于热变形前进行电冲击处理。

面向大型环件径轴向稳定高效轧制的变形过程规划方法研究

针对大型环件径轴向轧制成形过程规划问题,根据成形锻件和环坯的尺寸特征,提出了一种轧制变形路径规划的理论模型,确定了关键参数对理论模型的线型及其曲率变化的影响规律和选取方法;建立了芯辊进给速度数学模型,考虑环件径向轧制孔型的锻透和咬入条件以及环件外径扩大速度,确定了相关参数的合理范围,结合轧制变形路径和芯辊径向进给速度,得到上锥辊的轴向进给速度;针对典型截面环件轧制变形过程进行规划,借助ABAQUS软件建立了大型环件径轴向轧制热力耦合三维有限元模型,并按照所规划的过程进行了仿真,仿真结果表明,该规划方法可以保证环件轧制过程顺利稳定进行,并通过实验进行了验证。

环坯温度分布状态对径轴向轧制变形遗传影响

径轴向轧制是制造大型无缝锻态组织环件的先进塑性成形工艺。径轴向轧制生产中,由于环坯锻造时不同部位的变形和传热条件不同,导致环坯温度分布不均匀,会对轧制过程环件变形和组织演变产生不同的遗传影响,而现有的研究都忽略了这一因素。为此,采用仿真模拟分析方法来研究环坯温度分布状态对径轴向轧制变形的遗传影响。基于SIMUFACT有限元分析软件平台,建立42CrMo大型环件径轴向轧制三维热-力-组织多场耦合仿真模型,并通过耦合环坯冷却模型建立6种不同环坯温度分布状态。通过模拟分析,研究6种环坯温度分布状态对轧制成形环件应变、温度及晶粒尺寸大小及分布的不同遗传影响规律。结果表明,环坯上下表面低温分布状态导致环件轴向应变、温度和晶粒尺寸均值减小,轴向应变均匀性增加、轴向温度和晶粒尺寸均匀性减小;环坯内外表面低温分布状态导致环件径向应变、温度和晶粒尺寸均值减小,径向应变均匀性增加,径向温度和晶粒尺寸均匀性减小。研究结果为径轴向轧制合理调控环坯温度分布状态从而提高成形环件质量提供科学依据。

火车车轮卧式轧制热力耦合有限元模拟分析

车轮轧制是采用压轧工艺生产整体车轮的一个重要工步。目前,车轮成形工艺的研究主要集中在预成形及辐板弯曲等工步,对于轧制工艺研究相对较少。该文结合车轮卧式轧制原理及特点,在有限元分析软件ABAQUS中建立了车轮七辊卧式轧制的三维热力耦合有限元分析模型。根据有限元模拟结果,探讨了车轮轧制过程中,轮坯表面金属流动规律,轮坯应力、应变及温度的分布和变化规律,以及轧制力能参数的大小及变化。研究结果为车轮卧式轧制的有限元模拟分析和生产实践提供了一定的参考。

小孔深槽环件三辊横轧径向宽展行为的有限元分析(英文)

为了更好地理解径向宽展行为并提出有效的控制方法,利用ABAQUS\Explicit开展深槽小孔环件三辊横轧径向宽展行为的有限元分析,研究三辊横轧过程中径向宽展演化和分布规律、以及4个关键成形参数对径向宽展行为的影响规律。结果表明:三辊横轧中环件内表面中心区域径向宽展先增加后减小,上、下区域一直增加;三辊横轧后径向宽展关于轴向中心呈对称分布,从上、下区域至中心区域逐渐减小;较大的进给速度或较小的转速会导致较大的平均宽展和内表面不平整度;较大的摩擦系数或较小的环件初始温度会导致较小的平均宽展和较大的内表面不平整度。该结果能够为深槽小孔环件三辊横轧径向宽展控制和合理的参数设计提供科学依据。

42CrMo环件锻轧成形-余热淬火全过程晶粒演化数值模拟与实验研究

提出采用锻轧成形-余热淬火工艺实现40CrMo环件短流程低能耗绿色制造,其中组织性能调控是关键问题。通过模拟与实验研究了42CrMo环件下料-制坯-热轧-余热淬火全过程中的晶粒演化规律。基于Abaqus有限元分析软件建立了42CrMo环件从下料到余热淬火的宏微观耦合三维有限元模型,发现余热淬火后的环件平均晶粒尺寸分布与实验结果吻合较好。研究了环件成形全过程中的晶粒演化规律和温度分布对平均晶粒尺寸的影响规律、余热淬火过程中平均晶粒尺寸的变化以及轧制时间及下料温度对平均晶粒尺寸的影响规律。结果表明:在余热淬火过程中,环件心部的晶粒粗化现象较为明显,表面不明显。降低下料温度和增加轧制时间可以减小环件心部温度,使心部晶粒粗化程度降低,进而改善表层和心部晶粒尺寸的差异。

“材料加工数值模拟”中的轴承套圈冷轧建模模仿教学案例解析

随着计算机科学发展,数值模拟法在材料加工学科的应用日益广泛。本文以轴承套圈的冷轧成形建模为教学案例,阐述了数值模拟技术在《材料加工数值模拟》课程教学中的应用。该模仿教学模式不仅使学生学会了一门实用软件,还帮助学生对材料加工工艺有了更深刻的认识,大大提高了教学质量。

锥齿轮精密冷摆辗成形在“材料成型数值模拟”课程教学中的应用

有限元数值模拟技术作为一种高效低成本的分析手段,被广泛应用于各工程领域,也是工科院校面向本科生开设的专业课之一。本文以锥齿轮精密冷摆辗成形有限元模拟为例,介绍了DEFORM-3D软件在"材料成型数值模拟"课程教学中的具体应用,使学生掌握了关键建模技术和数值分析方法,提高了解决实际工程问题的能力。

双列圆锥滚子轴承外圈成形工艺优化

根据双列圆锥滚子轴承外圈的结构特点及生产实际,设计了内双锥度型、外双锥度型和外单锥度型3种不同形状的环坯,制定了3种成形工艺方案。在Simufact软件平台进行了轴承外圈成形全过程有限元模拟。结果表明:3种成形工艺方案均能获得合格的轴承外圈锻件;在制坯过程中,外单锥度型方案环坯锻造载荷最小。外单锥度型环坯为轴承外圈轧制用环坯的合理形式。

基于机器学习的环形锻件轧制毛坯智能推演设计方法

针对环形锻件轧制成形工艺方案关键设计难点中的毛坯设计问题,结合环件轧制毛坯设计理论与机器学习算法,建立了基于BP神经网络算法的轧环毛坯尺寸智能推演模型和基于支持向量机算法的冲孔毛坯尺寸智能推演模型,利用从企业收集到的历史工艺案例数据对推演模型进行学习训练,通过对比不同推演模型结构下的工艺设计结果确定了最终的轧制毛坯智能推演方案,并利用有限元模拟和物理实验验证了智能推演方案的可靠性。

大型凸台截面环件径轴向轧制刚性稳定条件研究

保证轧制过程稳定性是实现大型异形截面环件轧制成形的难点之一,以大型凸台截面环件为研究对象,通过理论解析方式建立了轧制过程环件刚性稳定数学模型,借助MATLAB数学分析软件探讨了凸台截面环件的几何特征对环件刚性稳定的影响。基于ABAQUS有限元分析软件对建立的环件刚性稳定模型进行了模拟验证。结果表明,模拟值与理论值的最大相对误差小于6%。通过对铝合金环件进行准静态压弯物理实验模拟环件失稳变形过程,实验值与理论值最大误差在10%以内。

数控多功能立式液压轧环机

数控多功能立式液压轧环机是一种旋转锻造设备,是昔日多功能轧环机的进步和发展,利用磁致伸缩位移传感及PLC程序控制等技术,实现了普通液压传动的立式轧环机生产过程的数控化,不仅能实现普通轧环工艺的数控化,而且能实现复合轧环工艺(三辊横轧+普通轧环或错位轧环+普通轧环)的一次数控成形,扩大了立式轧环机的工作范围,降低了制造成本和维护费用,提高了生产效率。

电冲击预处理下的316不锈钢构筑成形界面愈合行为模拟与实验研究

为保证构筑界面的高质量连接,提出了在高温变形调控界面愈合的基础上引入电冲击前处理的方法来促进构筑界面的愈合,并通过对316不锈钢高温变形前进行电冲击预处理的仿真和实验,揭示电冲击前处理对构筑界面愈合程度的作用规律。研究结果表明,提高电冲击前处理时的电流密度,构筑成形试样界面的愈合效果逐步提高,但电冲击前处理的电流密度不宜过大,关键在于更大程度地实现构筑界面处的温度梯度变化,产生向中心挤压的热压应力,才能够促进构筑界面产生局部预连接。

航空突变截面环件近净轧制环坯设计方法

为了提高航空突变截面环件轧制过程中环件截面轮廓的填充精度,提出了一种基于环件截面形状特征分割的环坯设计方法。通过理论分析给出了轧制环坯设计过程中几何尺寸的计算方法和修正方案。通过ABAQUS有限元模拟软件,分析了突变截面环件的轧制过程,其模拟结果显示,基于环件截面形状特征分割设计的轧制环坯具有很好的填充效果,数值模拟结果还揭示了突变截面环件轧制成形的金属流动规律,阐明了突变截面环件轧制几何尺寸的演变规律。此外,还开展了轧制实验,结果表明:该环坯设计方法可以精确地成形出相应的突变截面环件的截面轮廓,其最大的尺寸相对误差不超过0.72%。

Hot deformation behavior and constitutive modeling of Q345E alloy steel under hot compression

Q345E as one of typical low alloy steels is widely used in manufacturing basic components in many fields because of its eminent formability under elevated temperature. In this work, the deformation behavior of Q345E steel was investigated by hot compression experiments on Gleeble-3500 thermo-mechanical simulator with the temperature ranging from 850 ℃ to 1150 ℃ and strain rate ranging from 0.01 s-1 to 10 s-1. The experimental results indicate that dynamic softening of Q345E benefits from increasing deformation temperature and decreasing strain rate. The mathematical relationship between dynamic softening degree and deformation conditions is established to predict the dynamic softening degree quantitatively, which is further proved by some optical microstructures of Q345E. In addition, the experimental results also reveal that the stress level decreases with increasing deformation temperature and decreasing strain rate. The constitutive equation for flow stress of Q345E is formulated by Arrihenius equation and the modified Zener-Hollomon parameter considering the compensation of both strain and strain rate. The flow stress values predicted by the constitutive equation agree well with the experimental values, realizing the accurate prediction of the flow stress of Q345E steel under hot deformation.

面向极大尺度环件径-轴向稳定轧制的环件匀速长大状态精准闭环控制方法

环件径-轴向轧制是极大尺度无缝环件整体塑性成形的不可替代技术,主轧阶段环件匀速长大是径-轴向稳定轧制的一种理想状态,如何通过合理的控制策略获得逼近理想设计的环件匀速长大状态,是极大尺度环件径-轴向轧制过程稳定性控制的关键问题。为解决这样的问题,提出一种面向实际轧制过程的设计驱动下环件外径长大速度理论控制方法。首先提出轧制过程中环件实时尺寸的测量方法实现对长大速度的实时监控;其次在ABAQUS平台中通过用户子程序VUAMP进行二次开发建立一种设计驱动下环件长大速度控制方法(理想状态控制方法),此方法需要的参数由等效尺寸模型计算以消除环件几何不规则引起的误差(尺寸修正控制方法),最后通过误差实时反馈调控策略消除动态缺陷引起的小幅误差使得长大速度精确逼近目标值,形成一种过程与设计相结合的主轧阶段外径匀速长大理想状态的精准闭环控制模型(基于尺寸修正的闭环控制方法)。结果表明,稳定的长大速度能够降低主轧阶段环件的偏心程度同时改善最终环件的椭圆度,为实际极大尺度环件轧制过程稳健控制提供了可靠手段。

超大型环件轧制理论与技术

为了保证重大装备在重载、变载、冲击、高温、低温、腐蚀、辐射等严酷工作条件下长期稳定服役,对超大型环件的组织状态和力学性能的要求不断提升。通过锻压成形制造高性能无缝超大型环件,成为国家重大装备极端制造发展的重大需求。为此,总结了我国对于直径Φ5~Φ10 m超大型金属环件径-轴向轧制成形技术装备产学研合作的研究实践进展,建立了超大型金属环件径-轴向轧制物理模型,揭示了超大型金属环件径-轴向轧制成形规律,确定了超大型金属环件径-轴向轧制的力学、运动学、材料学条件,攻克了超大型环件轧制关键技术,并且研制了超大型环件径-轴向轧制系列装备。通过近20年的研究与生产,形成了超大型环件轧制理论,开发了超大型金属环件径-轴向轧制成形成套技术,将我国建设成为国际先进的超大型环件自主开发基地,有力促进了我国重大装备的创新发展。