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。

飞机环件辗轧回弹位移与残余应力的研究

本文采用3D-FEM仿真的方法,研究环件辗轧成型过程回弹位移与残余应力的演变规律,揭示主要工艺参数及摩擦系数对辗轧成型回弹位移与残余应力演变的影响规律。这些问题的解决,对于实现辗轧过程的优化设计与精确控制,提高成型环件的结构尺寸精度和内部质量,降低制造成本,缩短试制周期,发展辗轧成型理论和技术等都具有十分重要的意义。

难变形材料环件双向辗轧过程轧制曲线设计方法

轧制曲线描述了环件双向辗轧过程中径向与轴向变形量的瞬时分配关系,决定了变形过程的历史和轧辊路径,因而对轧制环件的几何精度、特别是微观组织具有重要影响作用,对钛合金和铸坯等难变形材料的环件辗轧成形更是如此。提出一种环件双向辗轧过程轧制曲线的设计方法,该方法只要给定环件及环坯尺寸,便可设计'上凸形'、'直线形'和'下凹形'三类轧制曲线。以某TC4钛合金环件双向辗轧为研究对象,采用有限元建模仿真方法,揭示上述三类轧制曲线对环件圆度及组织(?相晶粒尺寸及体积分数)均匀性的影响规律。结果表明,相对于'直线形'轧制曲线,'下凹形'轧制曲线有利于提高环件圆度,而'上凸形'轧制曲线有利于提高环件的组织均匀性。为了同时发挥'下凹形'和'上凸形'轧制曲线的优势,提出并设计一种'S形'轧制曲线,可获得同时具有较高形状尺寸精度与良好组织均匀性的TC4钛合金环件。

整体双锥形环件闭式径向辗轧毛坯尺寸的设计方法

毛坯尺寸是整体双锥形环件闭式径向辗轧的重要几何参数,它直接影响着整个成形过程和最终环件质量。为有效提升毛坯尺寸设计的效率和精度,利用体积不变原理给出了毛坯尺寸的计算公式,结合稳定成形条件确定了辗轧比的合理取值范围,提出了一种基于辗轧比的整体双锥形环件闭式径向辗轧毛坯尺寸设计新方法,并设计开发了一套异形环件径向辗轧毛坯设计软件。针对同一尺寸的整体双锥形环件产品,该方法能够设计出一系列不同尺寸的双锥形截面毛坯,从而为深入研究整体双锥形环件闭式径向辗轧的不均匀塑性变形机理和形性一体化协同调控提供了重要基础。

径轴向环轧机的可轧区

环件轧制过程中存在着运动学、动力学、金属塑性及缺陷等非线性约束。常规工艺制订方法很难同时满足这些非线性约束条件。本文提出了综合可轧区的概念，并对综合可轧区进行求解，最后将各种非线性约束用几条曲线统一起来。据此可方便地确定径、轴向压下量范围。它不仅可以保证轧制过程的顺利进行，还可避免鱼尾等缺陷的产生，对实际生产具有指导作用。

TA15钛合金环件径轴向辗轧成形全过程组织演变模拟

钛合金环件径轴向辗轧成形制造全过程通常包含加热环坯转移、辗轧成形及轧制环件冷却3个阶段,而每个阶段都将对最终环件的微观组织产生重要影响。因此,研究阐明钛合金材料在该成形制造全过程的微观组织演变特征与规律,对控制环件最终的组织和性能至关重要。以TA15钛合金环件径轴向辗轧为研究对象,首先阐明了TA15钛合金在上述各阶段的微观组织演变机制与演变模型,进而基于ABAQUS软件平台,建立了TA15钛合金环件径轴向辗轧成形制造全过程的宏微观耦合有限元(FE)模型。通过大量模拟研究表明:加热环坯转移阶段促使初生α相的体积分数增加,晶粒尺寸略微增大;辗轧成形阶段一定程度上细化了初生α相晶粒尺寸,而对初生α相体积分数影响不明显;轧制环件冷却阶段会使初生α相体积分数明显增加,晶粒尺寸增大。