金属板材大深宽比微沟槽特征辊压成形工艺分析

提出一种新型的辊压成形的工艺,对主辅成形辊轮的轮廓设计提出新的设计思路,并对0.1 mm的厚度TA1钛板微沟槽(深度2.5 mm,深宽比86.2%)进行辊压成形的试验,将最大减薄率、最大深度偏差作为评价指标,验证工艺的合理性与科学性。结果表明:辅助成形辊轮在满足挠度(<0.02 mm)的前提下,应尽可能减少辅助成形辊轮的特征数,使其在辊压过程中板材折弯变形而非拉延,其最大减薄率为小于0.4%,深度偏度小于0.5%,配合冲压模具可以对大深宽比的微沟槽成形,而不受拔模角度的影响,此新型成形工艺可以促进金属板材微沟槽产品的产业化。

钛合金薄壁构件快速加热冷模热冲压成形技术进展

为了解决钛合金薄壁构件热成形效率低、成本高、组织性能控制难度大等问题,近年来钛合金冷模热冲压成形技术受到关注。在该新技术中利用室温模具对加热后的钛合金板材进行快速冲压成形和模内快速冷却,由于取消了模具加热,可以变革性地提高钛合金薄壁构件成形效率、降低成本。然而,与传统等温成形不同,在冷模热冲压成形过程中,钛合金板材温度不断下降,这对钛合金成形极限、回弹及组织性能等的控制提出了全新的挑战。分析了钛合金薄壁构件冷模热冲压成形技术特点及存在的问题,归纳了快速加热对钛合金组织性能的影响规律,综述了钛合金薄壁构件快速加热冷模热冲压成形工艺进展,最后对该技术未来的发展方向进行了展望。

喷丸工艺参数对718镍基合金表面性能的影响

为全面理解718镍基合金喷丸强化工艺参数的作用,用精确的三维建模对弹丸和基体进行模拟,并结合仿真分析方法考察喷丸尺寸、速度及入射角度对喷丸强化的影响。重点分析了表面粗糙度和残余应力分布,以全面展现喷丸强化的关键特征。结果表明:随弹丸直径和速度的增加,残余应力呈规律性变化,入射角度为0°~10°时对残余应力影响较小,但可轻微降低表面粗糙度。当入射角度从10°增至30°时,喷丸强化效果减弱,同时表面粗糙度增加。这为工艺参数选择提供了重要参考。通过试验验证仿真结果,进一步证实了本研究的准确性和实用性。

齿轮精密塑性成形理论技术装备研究与应用

齿轮是传动系统的核心基础件,被广泛应用于机械、汽车、航空航天装备等领域。齿轮传统制造技术为切削加工,其材料利用率低、加工周期长,特别是金属流线切断,损害齿轮性能,无法满足高端装备发展需求。齿轮精密塑性成形制造技术具有节能、节材、高效和优质等特点,是高性能齿轮技术发展方向。阐述了齿轮精密塑性成形理论方法,分析了国内外圆锥直齿轮、圆柱直齿轮和圆柱螺旋/斜齿轮精密成形技术特点;介绍了齿轮精密成形典型装备及产线,总结了齿轮无切削摆辗精密成形和锻造精密成形应用情况。此外,展示了圆锥螺旋齿轮多自由度包络成形和非圆齿轮锻造成形新方法,为高性能齿轮无切削成形制造技术装备研究与应用提供了参考。

复杂微型构件特种能场辅助微成形研究进展

随着复杂微型构件特征尺寸的不断减小,尺度范围不断扩大,材料种类日益增多,单纯依靠模具施加载荷的塑性微成形技术受到越来越多的挑战,成为制约微型构件实际应用的关键技术瓶颈。特种能场微成形技术利用超声场、电场和电磁场等能场与材料相互作用产生的特殊物理效应进行微加工,可以明显改善材料的塑性流动,降低微成形载荷,从而显著提高微型构件成形质量。本文综述了超声场、电场和电磁场等特种能场作用下塑性微成形的研究进展。首先探讨了特种能场作用下材料力学性能响应机制及微成形尺度极限,其次介绍了特种能场作用下微成形过程中材料微观组织结构演化与缺陷形成机理,最后总结了特种能场辅助微成形的关键工艺参数及其对成形质量的影响规律,强调了通过优化工艺参数实现高精度成形的重要性,为复杂微型构件的低成本、高效制造提供了新的技术路径。

单点渐进成形工艺参数对铝合金圆锥台表面粗糙度的影响

表面粗糙度是影响渐进成形零件质量的关键因素之一,为了探究工艺参数对零件表面粗糙度的影响,采用单点渐进成形技术对5052铝合金板料进行成形实验,研究工艺参数轴向进给量、主轴转速、进给速度对圆锥台表面质量的影响,并使用粗糙度仪测量外表面粗糙度R_(a)值。实验结果表明:降低轴向进给量可以改善零件表面质量;随着主轴转速增大,零件粗糙度R_(a)呈先减小后增大趋势;进给速度对粗糙度R_(a)影响较小,随着进给速度增大,粗糙度R_(a)呈先减小后增大趋势,受零件尺寸限制,进给速度超过2817 mm·min^(-1)时,内表面“鱼鳞纹”和粗糙度R_(a)几乎没有变化。

预切镂空对汽车后盖成形减薄率的影响

针对某车型后盖外板冲压过程出现的开裂、起皱等缺陷,尝试在冲压坯料上预先开设镂空结构来控制冲压过程中局部材料塑性流动。利用有限元模拟分析得出了成形结束的回弹及减薄率结果,分析了局部缺陷形成的原因,经过对预切镂空结构进行两轮迭代优化,并将二次优化后CAE模拟结果与试模件光学扫描结果进行对比分析,获得一致的变形趋势和相近的成形极限曲线。将经过二次优化后的预切镂空方案应用到实际成形模具中,得到了成形质量良好的冲压件。最后利用三维光学扫描设备对稳定生产的产品风险区进行扫描和数据收集,验证了有限元优化方案的有效性。

Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金碎屑固相再生工艺研究

通过热压烧结以及挤剪复合成形工艺对Mg-7Gd-4Y-2Zn-0.4Zr合金碎屑进行固相再生。在碎屑中添加体积分数5%、7%和9%的SiC颗粒,研究了SiC颗粒含量对固相再生坯料微观组织和力学性能的影响。结果表明,热压烧结后坯料中的界面明显,O元素在烧结界面富集。此外,微观组织中存在大块SiC颗粒,不同试样的塑性均较差。相比于其它试样,SiC体积分数7%的热烧结试样的综合性能最优,其抗拉强度为232 MPa,伸长率为1.76%。挤剪复合成形后,微观组织中的烧结界面消失,平均晶粒尺寸细化至10μm。此外,原本团聚分布的SiC颗粒均匀、弥散地分布在合金内部。SiC体积分数5%的固相再生坯料具有较优的综合力学性能,其抗拉强度为269 MPa,伸长率为12.2%,相比于固溶态合金分别提升了24.5%和62.7%。

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。

钛合金温度/超声复合能场辅助成形及应用

基于材料在温度场下高温软化效应和超声能场下体积效应与表面效应,提出了钛合金温度/超声复合能场辅助成形方法,期望利用超声振动能场进一步提高钛合金钣金件热成形变形能力和成形质量,或者在相同成形质量下降低钛合金热成形温度。介绍了温度/超声复合能场辅助成形原理与装置,分析了复合能场对钛合金板材力学性能、微观组织以及钛合金板与模具间摩擦的影响。在此基础上,将该方法应用到钛合金弯曲及复杂弯边件的成形中,并对成形质量及成形性能进行了分析。最后对复合能场辅助成形过程存在的问题及发展趋势进行了总结与展望。

轻合金钣金件覆层板成形及研究现状

覆层板成形是在成形板一侧或两侧覆上相同或不同材料板材(称之为覆板),成形过程通过覆板改变成形板材受力状态及变形规律,从而进一步提高成形板材的成形性能和成形质量,是复杂形状轻合金钣金件常见成形方法之一。轻合金钣金件覆层板成形过程,覆板性能及对成形板的作用规律是其成形可行性的关键,本文介绍了轻合金钣金件覆层板成形原理,总结了覆板厚度、力学性能及与成形板间的界面摩擦等因素对其成形过程的影响及研究现状,并对存在的问题及发展趋势进行了展望。

基于POA-BP的TP2管材自由弯曲成形结果预测

将壁厚减薄率和椭圆率作为管材自由弯曲成形结果的评价指标,选取弯曲模与管材间隙值、弯曲模圆角半径值、管材弯曲变形区长度、导向机构圆角半径值、导向机构与管材间隙值作为影响因子。利用数值模拟方法对管材自由弯曲成形结果的评价指标和影响因子建立样本库,并随机选取6组作为测试样本,其余的作为训练样本,结合BP神经网络和鹈鹕优化算法对预测模型进行训练,构建POA-BP神经网络预测模型对管材自由弯曲成形结果进行预测。结果表明,POA-BP预测模型的壁厚减薄率和椭圆率的最大预测误差不超过2%,故POA-BP预测模型能够有效预测管材成形结果。

Ni/Al叠层薄壁筒形构件热态气压成形工艺

NiAl基合金性能优异,具有成为下一代高温结构材料的潜力。然而,难变形NiAl基合金薄壁筒形构件的成形是阻碍其应用的主要难题。本文基于叠层材料的成形-反应制备工艺,以Ni、Al箔材为原料,首先制备了Ni/Al叠层圆柱筒坯,而后完成了Ni/Al叠层圆柱筒坯两端扩口密封,获得了质量良好、微观组织优异的扩口叠层圆柱筒坯。最终采用热态气压成形方法,制备了Ni/Al叠层圆-方变截面薄壁构件,为Ni/Al叠层薄壁复杂异形构件的成形提供了参考。

大型曲轴圆角滚压矫直工艺优化研究

长度为1.6~8 m的大型曲轴在制造加工过程中,由于热变形和冷却不均等原因会造成二次弯曲,需要通过圆角滚压矫直工艺进一步改善主轴颈和连杆颈中心的跳动量。为了解决大型曲轴跳动量超差现象并提高加工效率,旨在以16V型大型曲轴为研究对象,基于已有结论和建立优化数学模型,运用NSGA-Ⅲ算法和PlatEMO平台对圆角滚压矫直工艺实行了多目标优化,并结合TOPSIS决策方法计算了Pareto解集的贴近度指数,根据指数排序结果进一步选择每次滚压矫直的最佳方案,实现了工艺参数(滚压力、滚压角度范围)的优化。优化结果与有限元仿真结果具有较高的一致性,有效降低了16V型大型曲轴各主轴颈的矫后跳动量和减少了滚压矫直的次数,确保曲轴性能达到要求。

海底管线管全流程成形过程中残余应力演化

为了研究海底管线管全流程成形过程中残余应力的演化,考虑成形工序中应力的继承,采用ABAQUS软件开展了管线管JCO、焊接和多向缩径校准全流程成形过程有限元模拟。首先进行了JCO成形过程模拟,然后基于高斯面热源子程序对JCO成形后的管线管进行了焊接过程模拟,最后对焊接后的管线管进行了多向缩径校准成形过程模拟,探讨了多向缩径校准成形工艺参数对管线管残余应力的影响。模拟结果表明:多向缩径校准可以实现管线管几何形状和残余应力的双重调控;相对传统的2瓣模具缩径,采用4瓣模具和8瓣模具校准后的管线管残余应力分布更加均匀;摩擦因数对残余应力的影响不明显;采用4瓣模具、 0.04摩擦因数和1.6%缩径率校准后的管线管椭圆度可达0.05%,除焊接热影响区,管线管内外表面的最大周向残余应力分别为28和-45 MPa,截面Mises残余应力均值为(120±20) MPa,焊缝区和非焊缝区的Mises残余应力均值分别降低了79%和30%。

花键毂内花键轴向增量挤压成形特征

轴向增量挤压成形工艺为重卡用花键毂长内花键的高效、高性能成形制造提供一条可行途径。为了进一步优化控制内花键轴向增量挤压成形工艺,采用数值方法分析了采用三段挤压冲头的轴向增量挤压成形特征。根据内花键齿形成形情况、材料流动、应力应变分布,可将成形齿形区分为切入区、校形区、退出区和完全成形区,这些区域内的材料位移、等效应力、等效应变在不同成形阶段分布特征类似,只是部分区域轴向长度在不同成形阶段有所不同。成形过程中塑性变形主要发生在切入区,材料主要流动方向是径向和轴向;从切入区到完全成形区,应变逐渐增加至基本保持不变。

冷喷摩擦复合增材制造制备ZrO_(2)颗粒增强钛基复合材料组织与磨损性能

采用冷喷涂增材制造和冷喷摩擦复合增材制造技术制备了ZrO_(2)颗粒增强钛基复合材料,使用SEM和EBSD等表征了微观组织特征,研究了模拟体液环境下的磨损性能和磨损机制。结果表明:相较于冷喷涂增材制造试样,冷喷摩擦复合增材制造试样中孔洞缺陷消失,组织明显致密化,ZrO_(2)均匀分布于Ti基体中,试样的致密度达99.1%。冷喷摩擦复合增材制造过程中发生了连续动态再结晶,平均晶粒尺寸均匀化至2.5μm。相较冷喷涂增材制造试样,冷喷摩擦复合增材制造试样显微硬度显著提升(由221 HV 0.2提升至544 HV 0.2)。在模拟体液环境下,冷喷摩擦复合增材制造试样具有较低的磨损率(1.09×10^(-3)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1)),表现出较好的耐磨性。磨粒磨损和粘着磨损是冷喷涂增材制造试样的主要磨损机制,而磨粒磨损是冷喷摩擦复合增材制造试样的主要磨损机制。

基于动态磨损模型的汽车覆盖件模具磨损数值模拟研究

针对某铝合金覆盖件冲模磨损失效问题,为更加准确地预测汽车覆盖件模具的使用寿命,基于Archard磨损模型建立了动态磨损模型。该模型耦合了动态磨损系数和表面硬度变化曲线,其中,磨损系数K转化为随接触压力和相对滑移速度变化的动态磨损系数,表面硬度考虑了磨损深度的变化。利用Python语言对ABAQUS软件进行二次开发,将动态磨损模型耦合到有限元模拟中,实现了考虑磨损系数和硬化层深度变化的汽车覆盖件模具磨损计算。通过对比分析凸凹模典型位置在成形过程中的动态磨损演化规律,并以模具最大磨损深度0.5 mm作为失效判据,得到该铝合金覆盖件冲压模具的使用寿命为635428次。模具主要发生磨损的位置集中在模具合模线附近和大圆角处,在实际生产中需要对这些位置进行修模、调试,从而有效延长模具的使用寿命。

铜及黄铜与模具钢界面稳态接触换热行为的研究

接触换热系数直接决定金属热加工过程的温度分布,进而影响零件的微观组织及使役性能。本文采用自主开发的稳态接触换热设备和测量系统,系统研究了纯铜及H62黄铜与H13模具钢在接触面温度为200~600℃、压力为1.56~12.56 MPa下的接触换热行为。结果表明,载荷加载的历程对接触换热系数有较大影响,相比于从低载荷加载到目标压力时,从高载荷卸载到同一目标压力测得的接触换热系数更高;在相同加载历程下,接触换热系数随着界面温差的升高而增加,且界面温度高于400℃时接触换热系数增速变快;接触换热系数与压力呈幂指数关系增长,随着压力的增大,接触换热系数增长逐渐变得缓慢;在相同条件下,黄铜/H13传热时的温度梯度更大,导致黄铜/H13的接触换热系数更大。

红外探测器芯片高可靠性键合工艺研究

金丝键合工艺广泛应用于红外探测器的封装环节。实验选用25μm金丝,基于正交试验法,根据键合拉力值确定键合的最佳工艺参数。通过优化超声压力、超声功率、超声时间及接触力等工艺参数组合,改善了键合引线的电气连接性能和连接强度,从而提高芯片系统的信号传输质量。提出的引线键合工艺参数组合适用于红外探测芯片的键合。