航空圆柱直齿轮热摆辗成形工艺分析

为研究航空圆柱直齿轮热摆辗成形过程中金属变形规律和齿形充填特点,利用DEFORM-3D软件建立了圆柱直齿轮热摆辗成形三维刚塑性有限元模型,模拟了其热摆辗成形过程。结果表明,圆柱直齿轮热摆辗成形过程中,坯料变形区分为主动变形区和被动变形区,并随着摆头的运动而呈周期性变化;随着变形的进行,主动变形区金属流动方向从径向转变为轴向充填模具型腔,齿形从上端到下端逐渐成形,坯料呈蘑菇状;齿根区域等效应变与等效应力值最大,齿顶温度高于齿根温度;轴向载荷随塑性变形的进行逐渐增大,最大值约为2500 kN,径向载荷呈周期性变化,径向载荷远小于轴向载荷。开展了圆柱直齿轮热摆辗工艺实验,实验结果与模拟结果吻合。

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。

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。

汽车领域纤维复合材料构件轻量化设计与工艺研究进展

纤维复合材料由增强纤维与基体材料复合而成,具有强度高、密度小、耐腐蚀性好、可设计性强的优点,在汽车领域得到了广泛应用。随着汽车领域向低成本、高效率、自动化不断发展,复合材料构件成型制备面临更高的轻量化要求。从材料、结构、工艺三个方面综述汽车领域纤维复合材料构件轻量化研究进展,介绍连续纤维复合材料零部件的发展和应用,重点给出汽车领域纤维复合材料轻量化结构设计与加工工艺,对纤维复合材料发展的机遇和挑战进行展望。在节能减排的背景下,纤维复合材料在汽车轻量化设计中将有更广泛的应用。同时,如何降低复合材料制品成本也将成为新的挑战。

车用纤维金属层板构件冲压变形行为研究

纤维金属层板(fiber metal laminate,FML)是一种新型轻量化混杂材料,逐渐被应用于汽车等运载装备领域,但其成形过程受多种参数影响,成形过程中的应力应变分布规律尚不清楚。选用T300碳纤维铝合金复合层板为研究对象,利用ABAQUS有限元软件对其冲压成形过程进行模拟,并进行了精度验证。主要研究了FML在预浸料种类、层板厚度和层板数等因素的影响下,应力分布及壁厚变化规律。结果表明,建立的FML冲压模型计算精度准确,预浸料种类主要影响纤维层的应力分布和壁厚变化,层板厚度和层板数对各层的壁厚变化产生影响,通过减薄层板厚度或增加层板数可以缓解过度减薄问题,层板厚度和层数也会影响铝合金层的应力分布,随着厚度和层数的增加,铝合金层的应力分布趋于均匀。

6063-O铝合金Y型形管接头电磁成形

基于逆向识别结合平板电磁翻边实验建立6063-O铝合金的Johnson-Cook本构和失效判据,对比分析Y型管分离工序电磁翻边与电磁冲孔翻边复合成形两种方式下的电磁力分布、成形过程及变形特征,表明复合成形能成形出更高的支管并提高成形效率,更为有效地改善壁厚周向分布。在此基础上,进行电磁冲孔翻边复合成形实验,获得成形质量良好的Y型接头,探讨放电电压及管坯厚度对支管成形高度、端部壁厚以及贴模间隙的影响,分析成形支管轴向壁厚分布特征与典型缺陷。

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。

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。

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。

带内网格筋环件约束轧制的成形规律分析

带内网格筋环件因其强度高、质量小,在航空航天等领域有着广泛的应用。由于带有网格筋的环形薄壁零件结构复杂、难以成形,本文提出了一种连续的局部约束轧制成形工艺。简述了带内网格筋环件约束轧制成形原理,利用Deform-3D有限元模拟软件建立了其约束轧制成形有限元模型,模拟分析了其成形过程,得到了构件网格筋充填、等效应力分布、金属流动情况、成形力变化等宏观变形规律。结果表明:带内网格筋环件约束轧制成形过程中,每一个网格筋单元变形规律一致,变形区存在中性面、主动变形区和被动变形区,且在每个轧制过程中周期性变化,每个内网格单元填充均匀,成形载荷随时间呈周期性波浪状增大。

Cr4Mo4V轴承钢在不同温度下的摩擦磨损行为研究

为探究不同温度条件下Cr4Mo4V高温轴承钢的摩擦磨损行为,采用HT-1000高温摩擦磨损试验机进行干摩擦试验,利用3D轮廓扫描仪、二次电子像(SEI)、背散射电子像(BEI)对磨损表面进行组织表征。结果表明:Cr4Mo4V在高温(150,300,450℃)条件下的磨损性能显著优于室温条件下的磨损性能。在室温下,Cr4Mo4V材料的磨损形式主要为黏着磨损;在高温条件下,Cr4Mo4V磨损区域氧化程度随温度的升高而增加,使摩擦系数和磨损率明显降低。碳化物伴随剥落的氧化物脱落,并聚集在磨损表面加剧磨损,其磨损形式以氧化磨损为主,也伴随着少量磨粒磨损。

形状记忆合金的应用及其特性研究进展

形状记忆合金是一种能在温度和压力作用下产生相变的金属智能材料,在交通运输、航空航天、生物医学等许多领域正在得到日益广泛的应用。随着先进工程技术对金属结构材料智能化、功能多样化等要求的不断提高,传统机械传动结构显现出稳定性差、结构复杂等弊端愈发难以满足现阶段的需求,形状记忆合金凭借自身优异的力学性能引起人们的极大关注,迫切需要对其多领域应用展开分析以促进学科交叉与融合。综述了形状记忆合金在汽车工业、航空航天、生物医学以及建筑领域的国内外应用前沿,分析了形状记忆效应、超弹性、高阻尼性、生物相容性、弹热效应等基本特性的研究进展,探讨了形状记忆合金研究目前存在不足以及未来应用前景和发展方向。

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。

搅拌摩擦焊制备泡沫铝发泡规律研究

采用搅拌摩擦焊(FSW)工艺制备了粉末混合均匀、无缺陷的泡沫铝(AF)预制坯。对获取的高质量预制坯的发泡过程进行研究,探究最佳发泡温度和发泡时间,制备出孔径结构均匀、高孔隙率的铝合金泡沫夹芯板。运用FLUENT中VOF模型,对气泡在熔融铝液中的行为进行了模拟仿真,研究了泡孔在铝基体中的形成、生长、稳定和聚结过程。结果表明,当发泡温度为700℃、发泡时间为110 s时,孔隙率最高,为55.87%。由数值模拟可得,气泡在熔融铝中上浮的过程中伴随着变形,由圆形逐步变成扁平月牙状。在气泡运动过程中,气泡会与周围气泡发生聚合,变成大气泡。

搅拌摩擦焊制备7075铝合金泡沫夹芯板塑性变形及发泡工艺研究

目的研究搅拌摩擦焊(FSW)制备泡沫铝夹芯板(AFS)预制坯的成形规律和发泡过程中泡孔的演变规律。方法采用搅拌摩擦焊工艺制备7075铝合金泡沫夹芯板。利用金相显微镜和扫描电子显微镜对不同焊接参数条件下AFS预制坯组织形貌进行分析,同时,利用单向拉伸和高温杯突试验对不同温度下AFS预制坯的成形性能进行研究,并且针对AFS预制坯发泡性能及不均匀热变形行为对发泡性能的影响进行分析。结果在焊接转速为2000 r/min、进给速度为50 mm/min情况下,可获得板粉混合均匀、无明显缺陷的接头;在450℃时,搅拌摩擦焊制备的预制体与轧制板材的成形性能相似,真应变达到0.55,伸长率高达73%。450℃下杯突试验样品再结晶比例从60.6%增加至82.7%。在680℃发泡温度下,保温225 s,能够制备孔径结构均匀、高质量的铝合金泡沫夹芯板。结论搅拌摩擦焊工艺制备的预制坯经过塑性变形后进行发泡,可以获得具有均匀孔隙结构的泡沫夹芯板弯曲部件。

高性能环类零件绿色智能轧制的研究进展

高性能环类零件广泛应用于众多重要工业领域,其制造技术体现了国家机械制造能力和水平。环件轧制是一种连续局部塑性成形技术,也是高性能环类零件先进成形制造技术。基于作者在高性能环类件轧制成形领域的研究基础,对我国高性能环件轧制成形理论和应用现状和工艺发展进行系统介绍:分析高性能环件轧制成形特点;阐述环件轧制成形理论,包括轧环条件、力能计算方法和轧制过程模拟进展;介绍我国高性能环件轧制成形技术在机械、航空、航天等工业领域的应用成果;例举当前我国环轧制成形工艺装备的最新进展;结合国家重点研发计划的研发情况,介绍高性能环类零件智能轧制和绿色轧制的建设现状。我国已经成为世界高性能环类零件重要制造基地,作为基础和关键重要部件的高效制造方法,高性能环类零件绿色智能轧制将为我国制造业双碳目标提供有效的解决方案。

高强铝合金FSW拼焊板变形规律与成形技术

铝合金拼焊成形技术兼具有材料和结构双重轻量化效果,在汽车轻量化发展趋势下,拥有巨大的应用前景。研究铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能,建立搅拌摩擦焊接头的有限元模型,试验结合力学计算研究搅拌摩擦焊接头的塑性变形规律。结果发现:铝合金搅拌摩擦焊接头具有明显的力学性能不均匀性,搅拌摩擦焊接头在拉伸过程中热影响区最先发生屈服和颈缩;焊后热处理和高温成形可以显著提高拼焊板的成形性和力学性能。2024铝合金搅拌摩擦焊拼焊板的最佳成形温度为450℃,固溶处理后接头未发现晶粒异常长大现象,热冲压时引入的变形与成形后的时效相结合,产生形变时效的强化效果,可获得高强度的汽车拼焊构件。

带纵筋平板的轧制成形规律与极限研究

带纵筋平板是一种结构复杂的异型板,其在轧制成形过程中型槽内金属填充不足、凸筋成形难的问题比较突出。针对该问题,提出了一种新的带纵筋平板轧制成形工艺方法,采用两道次将带纵筋平板轧制成形。将第1道次轧制的轧辊组设计成上辊有型槽、下辊有弧形的凸起结构;在第2道次轧制的轧辊组中,将上辊设计成与第1道次同尺寸的型槽,下辊设计为平辊。采用这种多道次轧制方法可以有效地促进金属向上辊型槽内流动,促进凸筋的增长。通过Abaqus有限元模拟,分析了辊型结构对筋高和成筋率的影响规律以及不同板厚的凸筋的成形极限,从而得到成形较好的工艺参数。通过开展实验,发现实验结果和模拟结果基本一致,这为后续的异型板的精密成形研究提供了理论基础。

渗碳温度对20CrMnTi齿圈渗碳层的影响

为了研究渗碳温度对齿圈碳含量分布和渗碳层厚度的影响,首先确定了20CrMnTi材料的渗碳淬火数学模型,随后导入Deform-3D软件,建立了该材料的渗碳淬火材料模型。在此基础上,根据所确定的齿圈渗碳淬火热处理工艺方案,建立了该材料齿圈1/2单齿分别在850、870、890、910、930℃渗碳温度下的渗碳淬火有限元模型,对渗碳淬火过程进行模拟,分析了不同渗碳温度下碳含量和渗碳层厚度分布特点。结果表明:不同渗碳温度时,轮齿表面碳含量和渗碳层厚度分布特点一致,沿齿顶、分度圆、齿根的碳含量和渗碳层厚度均逐渐减小;随着渗碳温度的升高,轮齿表面碳含量和渗碳层厚度不断增加。