TC4合金斜Ⅰ型截面环件轧制工艺研究

目的提升钛合金异型环轧制时的填充效果,提高成形精度,确定轧制型腔对环件成形质量的影响。方法以TC4合金斜I型截面环件为研究对象,设计了开式与闭式2种轧制型腔,对该环件的轧制过程进行了研究。建立了斜I型截面环件的有限元模型,基于有限元模拟结果全面分析了不同轧制型腔对环件等效应变、温度分布以及型腔填充效果的影响规律。结果与开式型腔相比,闭式型腔轧制的环件具有更优的等效应变和温度分布,型腔填充情况也明显更优,填充率在96%以上,进而确定了闭式型腔的轧制方式。采用设计的闭式型腔进行了环件轧制试验,试验环件尺寸与模拟结果吻合良好,误差在0.3%以内,同时组织性能均能够满足生产要求。结论选择闭式型腔轧制可以有效提升钛合金异型环轧制时的填充效果,提高成形精度,提升环件成形质量。

环件轧制技术的研究现状及发展趋势

环件轧制是各类形状尺寸无缝环形零件的先进制造技术,在航空航天、装备制造业和核工业等领域应用前景广阔。本文针对环件轧制技术方面的相关文献进行了系统性的分析、总结与论述,介绍了环件轧制的分类及工作原理、工艺与设备,综述了近年来国内外学者在环件轧制实验、理论和有限元模拟三个方面的研究进展;并指出了当前研究存在的主要问题,展望了环件轧制技术未来的发展趋势,以期为环件轧制技术的研究和实践提供思路及借鉴。

小型凹槽环件复合环轧成形数值模拟

采用一种立式复合环轧工艺制造了小型凹糟环件,用Simufact有限元软件模拟了小型凹槽环件的环轧成形过程,并在D51环轧机上进行了验证。数值模拟结果揭示了环轧成形过程中几何、应变和温度等成形因素的分布和演化规律。为研究不同主动辊形状对环轧成形的影响,采用不同夹角的主动辊进行了数值模拟研究。结果表明,25.4°的主动辊夹角能产生更大的轧制力和内部塑性应变,但是容易产生椭圆缺陷和模具填充不满,因此选取适中的角度能保证工件的环轧质量。通过对比空转轧制前后的数值模拟结果发现,空转轧制可以显著改善椭圆缺陷,提高环件尺寸的均匀性。

铝合金环件淬火热处理数值模拟研究

介绍了热应力场作用下铝合金环件残余应力的产生机理,通过有限元专业仿真软件Abaqus建立2219型铝合金环件有限元数值模型,分析得到了2219型铝合金环件在淬火过程中的温度场和残余应力分布规律。有限元模拟结果表明:环件外表面边缘交线处温降速率最大,芯部温降速率最小,环件表面温降速率介于边缘交线和芯部之间;环件内外表面和心部应力在淬火过程中出现陡峭增大后减小,减小至拐点后又增大并趋于平稳。同时环件芯部与内外表面应力大小基本一致,均大于环件上下表面应力。

TiC_(p)/Ti复合材料环件成形数值模拟及实验研究

为了研究TiC_(p)/Ti复合材料环件成形能力,采用Deform-3D软件对不同温度预热后的坯料在不同冲孔速度下的环件成形过程进行数值模拟,分析了凸模载荷、最大主应力、金属流动速率和损伤值变化。结果表明,高的预热温度和低的冲孔速度有利于材料成形,综合考虑最终确定1000℃预热和30 mm/s冲孔速度为环件成形的最佳工艺。本研究通过1050℃镦拔锻造制备锻坯和1000℃、30 mm/s下冲孔,成功制备得到了TiC_(p)/Ti复合材料环件,所得环件微观组织比较均匀,由片层α相、等轴α相、残余β相和TiC_(p)构成。TiC_(p)/Ti复合材料环件的室温抗拉强度达1237.08 MPa,延伸率为5.0%,650℃下的抗拉强度达757.35 MPa,延伸率为7.8%,兼具优异的室高温力学性能,可满足航空航天工业对高温钛基材料环件日益增长的性能需求。

耦合辊轮转速对超薄壁环件滚压成形壁厚影响

文章结合仿真分析和实际的试验验证,研究了驱动以及导向辊轮在不同转速耦合时对超薄壁环件的壁厚影响,结果表明,壁厚平均减薄率随驱动辊转速的增大而不断增大。然而在耦合双辊时,驱动辊转速为0.2 rad/s,耦合导向辊为0.2 rad/s时为最优加工参数。在中速区间加工时,导向辊转速的提升可一定程度促使环件壁厚减薄率下降,过高或过低的导向辊转速均会导致材料壁厚减薄率上升。该项研究揭示的辊轮转速耦合效应对于环件壁厚减薄率的影响及其变化规律,有助于改善金属密封圈的加工流畅性、厚度一致性,对汽车排气系统等相关领域的密封性研究提供借鉴和参考。

浅析硬质合金环件标准化在电机铁芯级进模中的应用

针对电机铁芯级进模硬质合金环件规格繁多、杂乱无序、不能经济地组织规模化生产的状况,开展了环件标准化研究,依据国家优先数和优先数系标准,制定环件内、外径标准化设计规则,为环件规格标准化奠定了技术基础。通过环件标准化实践,基本实现了常用环件规格的标准化覆盖,提升了企业生产效率,降低了生产成本,取得了明显的成效。

环件径-轴双向轧制数值模拟及其多轧辊的联合控制

环件轧制过程是热力耦合作用下高度非线性、非稳态的热成形工艺,其工艺参数多,轧辊控制复杂,难变形材料的环件轧制技术还缺乏高效、便捷的数值研究手段。以轧制曲线为基本变量,建立了各轧辊之间的运动学和动力学关系,随后基于FORGE有限元软件平台,依据Φ3000 mm数控环轧机建立了环件轧制的有限元模型。模型采用力及力矩控制抱辊,通过多轧辊联合控制,能够成功实现对偏心、椭圆等弱刚度现象的预测。通过Inconel718合金全尺寸环件轧制实验,验证了所建有限元模型的可靠性。该模型预测结果的相对误差小于3%,并在机匣等典型薄壁件的研制中得到了工程化应用。

大型台阶环件分步轧制成形工艺模拟研究

大型环锻件作为风电、航空航天等领域的关键零部件,其制备质量和效率已成为行业发展的重要因素。针对台阶环件的精准轧制问题,采用热模拟试验与数值模拟相结合的方法,研究了Q345E钢不同工艺参数下的热变形行为,分析了不同轧制方式下金属的流动规律。结果表明:当变形温度在1100℃以上时,应力-应变曲线呈现出动态再结晶特征。同时,确定了最优变形工艺参数,即温度在1050~1250℃之间,应变速率在0.1~1 s^(-1)之间。特别地,针对大型内台阶环件的成形,提出了矩形毛坯逐步产生轴向壁厚差的分步轧制新方法。

超大型环件径轴向轧制过程偏移机理及自适应模糊控制方法研究

超大型环件径轴向轧制过程容易产生偏移,影响环件轧制稳定性和成形质量。为研究环件偏移机理及其控制方法,分析了轴向孔型滑移区中前滑区和后滑区的分布变化规律,建立了理想情况下不产生环件偏移时锥辊旋转运动学条件,获得了滑移区的最优速度匹配系数。此外,从历史轧制数据中归纳人工控制经验后提出了基于锥辊转速自适应模糊调节的环心偏移量控制方法,基于ABAQUS软件和VUAMP子程序开发,建立了集成有环心偏移量模糊控制算法的∅10 m超大型环件径轴向轧制有限元模型,研究了采用最优速度匹配系数的常规控制和自适应模糊控制下的环心偏移量变化规律。结果表明,自适应模糊控制下的平均环心偏移量相比于常规控制降低了72.4%,仿真结果和试验数据均验证了所提超大型环件轧制过程偏移自适应模糊控制方法的有效性。

大型40Cr13环件径-轴向轧制进给曲线设计方法研究

为满足实际生产需求,保障环件在实际轧制过程中的稳定性及产品质量统一,根据大型40Cr13环件塑性变形特点,在传统轧制曲线的基础上规划了五段式轧制曲线,并根据实际生产经验提出了各阶段的芯辊进给量Δb_i,再结合环件咬入条件、锻透条件及环件直径增大速度等公式提出了各阶段芯辊进给速度V_i的计算方法,从而得出了五段式轧制曲线设计方法。选择实际订单要求尺寸设计了五段式轧制曲线,通过有限元模拟方式分析了轧制后环件精度、温度和应变分布,均能满足实际生产要求,从而验证了五段式轧制曲线的合理性。

初轧温度对Ti2AlNb钛合金环件径-轴向轧制过程的影响

基于Simufact Forming有限元软件对Ti2AlNb钛合金径-轴向环件轧制过程进行了数值模拟,研究了不同初轧温度对驱动辊径向轧制力能参数以及环件成形后的等效应变、温度的影响规律。结果表明:随着环件成形温度的升高,在环件轴向截面,等效应变标准差分布越来越均匀,而温度标准差分布差异却越来越大;在环件轧制初期,温度对轧制力影响显著,驱动辊轧制力增加速度及其峰值随环件成形温度的升高逐渐降低;在环件轧制后期,温度对轧制力的影响很小。

不同轧辊尺寸下40Cr/Q345双金属环件成形过程有限元分析

目的研究不同轧辊尺寸对40Cr/Q345双金属复合环件热辗扩成形过程的影响规律,并分析环件在辗扩变形过程中内、外层区域的协调变形机理,使辗扩完成后的双金属环件整体变形和温度分布趋于均匀。方法基于ABAQUS有限元模拟软件,使用动态显式算法,建立双金属环件径-轴向轧制三维热-力耦合有限元模型,采用直径为70、90、110、130、150、170 mm的芯辊尺寸和直径为400、500、600、700、800 mm的驱动辊尺寸,分别研究两个主要的成形辊尺寸对双金属环件热辗扩成形过程的影响。结果在研究的轧辊尺寸范围内,随着芯辊直径的减小,双金属环件整体温度分布趋于均匀,其变形均匀性明显提高,其中,环件外层40Cr金属塑性变形明显降低,内层Q345金属塑性变形显著升高;随着驱动辊直径的增大,环件整体温度分布均匀性有所降低,变形均匀性略有提高。结论在双金属环件热辗扩成形过程中,较小的芯辊尺寸能够提高环件整体的温度分布均匀性,并能有效提高内层Q345金属的塑性变形程度,使环件整体变形更加均匀。较大的驱动辊尺寸会略微降低环件的温度分布均匀性,并通过改变内、外层金属的塑性变形程度使环件整体变形趋于均匀。

高性能环件辗轧成形智能仿真优化新思路与研究进展

面对环件辗轧成形过程有限元计算效率极低和成形成性难以一体化调控的挑战,提出了环件辗轧智能建模仿真优化的新思路和新方法。该方法能在有限元计算过程中,实现各轧辊运动的实时协调匹配和基于目标驱动的自动调控,只需要一次有限元计算就可直接获得满足控制量(环件长大速度、轧制力、温度、组织性能等)目标要求的环轧工艺路径;简介了超大型铝合金环件(10 m级)双向辗轧智能建模仿真、超大型筒节环件轧制智能建模仿真、基于力控的大型铝合金环件(5 m级)双向辗轧工艺路径智能仿真优化、基于温控的铸坯环件双向辗轧工艺路径智能仿真优化4个方面的最新研究进展。

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。

国内外超大直径特种环件材料对比分析

为了打破国外对超大直径特种环件材料技术的垄断地位,利用光学显微镜、扫描电镜、ASPEX全自动夹杂物分析仪、拉伸试验机、冲击试验机等对国内外超大直径特种环件材料的化学成分、夹杂物、组织与力学性能等进行了观察检测及对比分析。结果表明:国内添加V、B、RE综合微合金化后的新型钢种42CrMo4M,杂质元素和有害元素较国外环件材料42CrMo4显著降低,且在夹杂物的最大直径、数密度及面积百分比对比发现,自主研发材料中的夹杂物更加均匀,占比更少,纯净度较国外环件材料大幅提升;国内外环件材料组织均为回火马氏体组织,通过对比两种材料的硬度及拉伸冲击性能得出自主研发环件性能优于国外环件,为新型环件材料的进一步优化提供了数据支撑。

S48C环件探伤不合原因分析及工艺改进

探伤不合是S48C环件判废的主要原因之一。为解决该环件探伤不合问题,首先针对S48C环件探伤不合的典型缺陷,进行金相和扫描电镜检测分析,确定缺陷的生成原因,然后制定方案进行现场工艺改进试验。结果表明,长条状Al-Mg类非金属夹杂物是引起S48C环件超声波探伤不合的主要原因,通过LF炉Ca处理工艺(喂Ca线0.5m/t钢)可有效改善S48C环件用钢夹杂物评级和减少长条状Al-Mg类非金属夹杂物,浇注过程良好,铸坯上未发现有宏观缺陷。而且,工艺改进后,S48C环件未出现超声波探伤报警现象。

内台阶锥形环件轧制三维有限元模拟和工艺优化设计

以Abaqus三维有限元模拟软件为平台,对内台阶锥形环件的轧制过程进行了数值模拟,通过模拟计算揭示了内台阶锥形环件轧制缺陷的形成机理。根据轧制难度分析和有限元模拟结果,对轧制毛坯尺寸和轧制孔型进行了优化。采用铅环件试样在D51-160轧环机上进行了内台阶锥形环件的轧制试验,轧制了合格的内台阶锥形环件。模拟和试验结果表明,轧制毛坯尺寸和轧制孔型优化方案是合理的,基于变形模拟的轧环工艺优化方法是有效的。

LD10内台阶锥形环件热轧模拟和实验研究

采用Gleeble3500热模拟实验机进行了压缩实验,分析了LD10铝合金的高温力学性能;在D51-160热轧环机上进行热轧实验,确定了LD10铝合金环件初始轧制温度为470℃;以实验数据为基础,对LD10铝合金内台阶锥形环件的热轧过程进行了数值模拟,分析了LD10铝合金内台阶锥形环件轧制缺陷形成机制,并对预轧制环件进行了设计;通过热轧实验对数值模拟结果进行了实验验证。结果表明:数值模拟和实验结果具有良好的一致性,预轧制环件设计方案是合理的。

大型锥形环件成型制造新工艺及其数值模拟

针对600MW蒸汽发生器壳体大型锥形环件成型制造上的困难,提出了在大型数控径轴向RAW200/160-5型轧环机上实现锥形环件轧制成型的新工艺,并基于动力显式有限元Ansys/Ls_dyna软件建立了径轴向轧环机三维数值仿真模型,对锥形环件一个生产周期内的环件轧制过程进行了数值模拟,验证了新工艺的可行性。仿真计算结果还表明,采用计算机模拟环件轧制成形过程,能够实现观察环件扩展和缺陷生成的实时动态过程,能够实现从设备改造、毛坯结构设计到轧制工艺的优化,可以避免费时耗资的重复实验。