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。

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。

采用韧性断裂准则预测分形旋压径向开裂

径向开裂是分形旋压过程中工件的主要破坏形式,严重制约着该类零件旋压成形极限的提高。由于分形旋压成形过程本身的复杂性,使得预测其径向开裂缺陷,并确定该类工件的成形极限成为难点。基于商用有限元软件ABAQUS/Explicit提供的VUMAT二次开发平台,将Cockcroft-Latham和Lemaitre韧性断裂准则嵌入到有限元数值模拟中,建立了预测分形旋压径向开裂的有限元模型。结果表明,该模型较之Cockcroft-Latham准则、Lemaitre准则,能够更准确地预测分形旋压工件损伤值的分布及其开始出现的位置和时刻。

旋轮参数对铝合金分形旋压的影响规律

铝合金分形旋压是一个复杂的多因素耦合影响的塑性成形过程,研究其旋轮参数对成形过程的影响可为相关成形参数的确定和优化设计提供理论依据。基于建立的可靠的铝合金分形旋压三维有限元模型,文章研究揭示了旋轮分形角、旋轮圆角半径、旋轮轴向进给比等旋轮参数对成形过程中的切向拉应力、周向压应力以及成形凸缘的不均匀变形程度和最终壁厚偏差的影响规律。结果表明,增大旋轮分形角,可以消除旋轮前方的金属堆积和降低成形过程中坯料开裂失效的可能性,可以使得成形凸缘的不均匀变形程度减小和成形精度降低;旋轮圆角半径的改变,对消除旋轮前方的金属堆积和降低成形过程中坯料开裂失效的可能性影响并不明显,但增大旋轮圆角半径,可以使得成形凸缘的不均匀变形程度增大和成形精度升高;旋轮轴向进给比的改变,对消除旋轮前方的金属堆积和成形凸缘的成形精度的影响并不明显,但增大旋轮轴向进给比,可以降低成形过程中坯料开裂失效的可能性,可以使得成形凸缘的不均匀变形程度减小。

分形旋压成形技术研究进展

综述了分形旋压成形技术的国内外研究现状,分析了分形旋压的成形特点,总结了分形旋压可能的变形失效形式,提出了该领域亟待解决的瓶颈问题,并对分形旋压有限元建模过程中的关键技术难题进行了探讨和展望.

一种改进的Lemaitre韧性断裂准则及其在旋压成形中的应用

采用Lemaitre韧性断裂准则与有限元模拟相结合来预测材料在塑性成形过程中的开裂是广泛应用的一种方法,其中的Lemaitre准则是以损伤值与塑性应变呈线性关系为基础的,而实际一些材料的损伤值与塑性应变间却是非线性的。为此,本文将原Lemaitre准则中反映损伤值与塑性应变间的线性关系修正为非线性关系,得到了改进的Le-maitre准则。对比采用改进前后的Lemaitre准则对锥形件旋压和分形旋压开裂的预测结果表明,改进后的Lemaitre准则的预测结果更符合实际。采用改进后的Lemaitre准则在旋压成形中进行应用,获得了偏离率和芯模转速对锥形件旋压过程中损伤值分布和变化的影响。结果表明:零偏离时的损伤值较小,分布也较均匀;大的负、正偏离率下工件的损伤发生的区域不同,在大的负偏离率下,损伤主要发生在工件的顶部大拉应力作用区和旋轮作用下的变形区,在大的正偏离率下,旋轮和起皱后凸缘的干涉作用导致损伤主要分布在凸缘处;当进给比一定时,芯模转速越小,损伤发展越缓慢,越有利于工件的成形。