基于3D-FEM的大型钛环热辗扩过程微观组织演变仿真

基于ABAQUS/Explicit软件平台,采用弹性预估-塑性校正策略和隐式积分算法,将Ti-6Al-4V的微观组织演变模型和率相关温度相关各向同性硬化弹塑性本构模型写入子程序VUMAT,实现了微观组织演变与宏观热力行为的耦合模拟。利用Ti-6Al-4V圆柱体等温镦粗实验,对所开发子程序的可靠性进行了验证。将该子程序应用于大型钛环热辗扩过程的热力耦合3D-FE模拟中,研究了微观组织在成形过程中的演变特征及机理。研究发现,沿着成形环件的径向,中间层相对于表层具有较小的β晶粒尺寸和β体积分数。

42CrMo钢热加工图的建立与热辗扩成形工艺

以铸态42CrMo 钢为研究对象，通过分析其热压缩应力-应变曲线，计算建立该钢不同应变时的热加工图。应变较小的热加工图中，微观组织演变机制在1100～1150℃、0.1～1 s-1范围为动态再结晶，在950～1050℃、1～10 s-1范围内为动态回复；随着应变的增大，动态回复和再结晶发生的温度和应变速率范围扩大，从而确定该钢最佳热辗扩温度和应变速率范围。结合该钢环形铸坯的热辗扩工艺试验，分析辗扩比、驱动辊速度和芯辊进给速度对辗扩件质量的影响，以及辗扩工艺参数对环件内部微观组织演变和最终晶粒组织的影响。分析结果和辗扩试验环件的检测结果都表明，用该钢环形铸坯直接进行辗扩成形生产环形零件，不仅可以获得精确的形状尺寸，而且可使环形铸坯得到充分变形，改善铸态组织、细化晶粒，获得内部微观组织和力学性能满足要求的环件。

大型钛环热辗扩成形轧辊尺寸效应及优化(英文)

在大型钛环热辗扩成形过程中,驱动辊半径R1与芯辊半径R2的比值R1/R2对变形区几何形状有重要影响,而后者对于获得高质量环件起着决定性的作用。本实验首先对变形区几何形状进行了解析描述,定量确定了其与R1/R2之间的关系;其次,基于动力显式FE程序ABAQUS/Explicit,建立了可靠的大型钛环热辗扩成形过程的热力耦合3D-FE模型;最后,采用FE模拟方法,从变形区几何形状角度研究了该成形过程中R1/R2对环件成形质量的影响及机制。研究结果表明,存在R1/R2的一个优化取值范围。R1/R2在此范围内取值,能够获得端面质量良好、应变和温度分布较均匀的大型钛环。

环件热辗扩温度场和应变场分布的研究

基于DEFORM3D平台,建立了环件辗扩三维刚-塑性热力耦合有限元模型,模拟分析了热辗扩过程中温度场和应变场的分布特征及其对成形的影响规律。结果表明:随着辗扩过程的进行,环坯等效应变呈阶梯状上升,温度呈波浪式变化;环坯外圈等效应变最大,中层最小;变形初始外圈温度变化最大,随着辗扩过程的进行,中层温度逐渐上升,内圈始终最小;随着初始辗扩温度的升高,辗扩力明显下降,但变化趋势保持一致。

环件热辗扩成形有限元建模仿真研究进展

环件热辗扩成形问题是多场、多因素耦合作用下集三维连续渐变、非稳态及非对称等特点于一体的高度非线性问题,采用有限元建模仿真方法研究与发展该技术对实现无缝环形构件的高质量、低成本及短周期制造具有重要意义。分别从宏观和微观尺度评述环件热辗扩成形有限元建模仿真的国内外研究现状、存在的问题与发展趋势,进而指明其发展方向如下:大型、复杂环件径、轴双向热辗扩成形全过程自适应建模的仿真方法与关键技术;环件热辗扩成形过程宏观与微观有限元建模仿真无缝集成技术;适用于以环件热辗扩为代表的连续局部塑性成形过程的材料本构模型和组织演变模型以及相应稳健而高效的有限元算法、本构积分算法与组织演变仿真方法;考虑模具的变形、传热及主要失效形式的环件热辗扩成形过程建模仿真技术。

基于数值模拟的圆锥套圈热辗扩塌角参数敏感性分析

基于多因素敏感性分析方法,对影响塌角大小的各参数进行了敏感性分析。结果表明,毛坯内径和毛坯滚道倾角是影响塌角缺陷的敏感因素。通过敏感性分析找出了敏感性因素,这能为毛坯的优化设计提供重要的理论依据。

环形铸坯热辗扩成形微观组织演变规律研究

建立了铸态42CrMo钢的微观组织演变模型和环件热辗扩三维刚塑性有限元模型。基于DEFORM-3D软件平台,对微观组织演变和宏观热力学行为进行了耦合模拟,研究了环形铸坯热辗扩成形过程中芯辊进给速度对动态再结晶晶粒尺寸和体积分数分布的影响规律。结果表明,在变形量比较大的环件外层和内层容易发生动态再结晶,晶粒尺寸细化明显;适当增大芯辊的进给速度,有利于扩大动态再结晶区域和获得细小均匀的再结晶晶粒,能够改善环件微观组织的大小和分布。

基于铸坯的环件热辗扩过程微观组织演变研究

根据建立的环形铸坯热辗扩成形刚塑性有限元模型和铸态42CrMo钢动态再结晶数学模型,基于DEFORM-3D软件平台,综合考虑了变形、传热和微观组织演变等因素,对辗扩过程中的变形和动态再结晶行为进行宏微观耦合模拟。结果表明:在环形铸坯热辗扩成形过程中,动态再结晶程度较低,等效应变和晶粒尺寸呈现环带状分布,环件的内外层等效应变大,动态再结晶晶粒尺寸和平均晶粒尺寸细小,变形量较小的环件中层晶粒尺寸相对粗大。

大型环件热辗扩成形宽展的工艺因素效应研究

如何有效地的预测和控制宽展,是大型环件热辗扩领域迫切需要解决的重要课题。本文采用热力耦合三维有限元法,从变形区当量形状参数角度出发,研究工艺因素对大型环件热辗扩成形中宽展的影响规律和机制。结果表明:不同工艺因素下宽展的变化是变形区当量形状参数变化的综合作用结果;减小相对压下量或者驱动辊转速,增大芯辊进给速度或环件初始温度均有利于环件端面质量的提高,也使得轴向宽展减小。

大型环件热辗扩数值模拟与实验研究

针对应用广泛的大型矩形截面环件,采用DEFORM-3D有限元软件分别选取不同摩擦系数、进给速度,对其辗扩过程进行数值模拟,并进行加工实验,找出了工艺参数的选取范围,分析了轧制过程中产生的问题和缺陷,为实际生产提供了依据。

GCr15铸环热辗扩孔洞形状演变预测模型研究

环件铸辗复合成形是利用铸造环坯热辗扩成形环件的一种短流程成形新工艺。然而铸造环坯中存在的夹杂、缩松、缩孔等孔洞类缺陷能影响到热辗扩成形环件的最终质量。基于ABAQUS平台建立了GCr15铸环孔洞热辗扩三维热力耦合模型,通过热轧实验验证了模型的可靠性,并研究了GCr15铸态环件不同径向位置孔洞缺陷在热辗过程中的演变规律,提出了一种铸环热辗过程中孔洞形状演变的预测模型。模拟结果表明,孔洞各向尺寸变化与孔洞位置密切相关,孔洞距离内径越近,其各向尺寸变化越大;根据初始铸坯的几何参数、相关热辗扩工艺参数和初始孔洞尺寸可以预测该孔洞在热辗扩过程中的形状演变情况。

钛合金大型环件热辗扩成形应力-应变场演变规律的尺寸效应(英文)

基于可靠的钛合金大型环件热辗扩成形过程热力耦合三维有限元模型,研究并对比了不同尺寸环件的应力应变场演变规律。结果表明:对于不同尺寸环件的成形过程,当γ(整个成形过程的当量每转进给量分配比)减小时,成形结束时的Mises应力峰值可能从环件的驱动辊侧咬入点转移至芯辊侧咬入点,而等效塑性应变峰值有从环件外表面向内表面转移的可能性;当L(整个成形过程的当量变形区长度)增大时,成形结束时的Mises应力峰值可能出现在中间层。成形结束时Mises应力峰值和等效塑性应变峰值的位置是以上两方面综合作用的结果。在成形环件的变形区,环件表层金属处于三向压缩应力状态,中间层金属处于一向压缩、两向拉伸或者两向压缩、一向拉伸应力状态;整个环件处于一向压缩、两向拉伸应变状态。

6061铝合金铸坯热辗扩工艺模拟与试验研究

基于ABAQUS/Explicit平台,对6061铝合金环形铸坯热辗扩成形过程进行热力耦合模拟,分析环形坯热辗扩成形过程应变场、温度场及力能参数变化规律。着重探讨芯辊进给速度、初始辗扩温度和摩擦因子对环件成形过程的影响。结果表明:当进给速度增加时,环件温度、辗扩力和辗扩力矩增加,内、外表层应变降低,中层增大;当初始辗扩温度升高时,环件温度增加,应变、辗扩力和辗扩力矩降低;当摩擦因子增大时,应变稍微降低,对温度影响较小,辗扩力和辗扩力矩增加。环件内、外层晶粒尺寸比中层细小,外层晶粒略小于内层;环件的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到320 MPa、285 MPa和15%。

轿车轮毂轴承内圈热辗扩塑性变形有限元分析

对GCr15钢制轮毂轴承内圈锻件毛坯在立式辗环机上热辗扩成形中的应力应变分布进行了刚粘塑性有限元计算,得到了在真实径向辗扩压力和进给速度下该内圈材料的应力、应变、流动速度分布等宏观物理参量,设计了具有优良成形性能的内锥孔内圈锻件毛坯;并深入研究了内圈锻件在热辗扩中的塑性变形规律及其成形特点,对锻造毛坯优化设计及热辗扩工艺的稳定性控制具有借鉴意义。

42CrMo铸坯环件热辗扩有限元模拟与分析

基于ABAQUS软件平台,建立了42CrMo大型环形铸坯热辗扩三维热力耦合有限元模型,模拟了铸坯热辗扩过程中应变场和温度场,研究了初始辗扩温度对辗扩力的影响规律。模拟结果表明在环形铸坯热辗扩过程中:1铸坯等效应变呈阶梯状上升,内外表面应变大于中间层应变;在稳定成形阶段,沿环件径向方向,由于导向辊与芯辊直径差异,导致环件最大平均等效应变可能出现在环件内表面也可能出现在环件外表面;2初始阶段,变形区与成形辊接触处温度降低较快,非变形区温度变化不是很明显;随着辗扩的进行,芯部温度逐渐上升,边缘温度低,温度分布不均匀;3随着铸坯初始辗扩温度升高,平均辗扩力明显下降,但随时间变化趋势保持一致。

钛合金大型环件热辗扩成形中的力能参数研究

准确确定辗扩力和辗扩力矩(统称为力能参数)是大型环件热辗扩模具设计和设备选择的重要依据。采用热力耦合三维弹塑性显式有限元法,从变形区当量形状参数角度,研究并揭示了工艺参数对钛合金大型环件热辗扩成形中力能参数的影响效应。结果表明:增大驱动辊转速n_1或环件初始温度T_0均有利于力能参数的减小和环件咬入变形区。

芯辊进给速度对环件热辗扩工艺的影响规律研究

基于DEFORM软件建立了三维有限元模型,对铸坯Q235B法兰件热辗扩成形过程进行数值模拟,揭示了不同匀速和变速的芯辊进给速度对环件热辗扩过程中等效应变场、温度场、辗扩力以及金属流动特性的影响规律,并从金属塑性成形原理和塑性加工力学等角度对这些规律进行了分析,为铸坯环件热辗扩在实际应用中芯辊进给速度的选择提供了理论依据,对揭示热辗扩成形机理也具有十分重要的意义。

基于铸坯Q235B法兰件热辗扩过程温度场模拟

基于ABAQUS软件建立了三维有限元模型,采用Explicit显式算法对铸坯Q235B法兰件热辗扩成形过程进行数值模拟,研究了辗扩过程中温度场的变化规律。结果表明:辗扩过程中,环件温度始终是中间区域最高,而内外侧表面及上下端表面处为低温区,边缘区域最低,环件中间区域到表面区域的温度呈现由高到低的渐变分布,并且轴向方向上温度还呈现对称分布。本文的研究对铸辗成形工艺的制定与法兰件质量的预测具有指导性的意义。

激光增材制造圆锥轴承套圈热辗扩芯辊的现场试验研究

以40Cr代替传统的模具材料,开展激光增材制造技术制备圆锥轴承套圈热辗扩芯辊,现场试验表明该芯辊能够完全满足使役要求,并比传统芯辊提高4倍以上的寿命。不仅大大提高了生产效率,减轻了工人的劳动强度;轴承套圈的表面质量也得到显著改善。