40Cr/Q345B双金属环坯离心铸造数值模拟研究

离心铸造的双金属环坯是保证双金属环在热辗扩中稳定性和最终性能的关键。通过Flow-3D软件模拟研究浇点位置、铸模转速和外层初始温度等参数对40Cr/Q345B双金属环坯离心铸造过程以及界面结合的影响,并通过实验进行了验证。结果表明:浇注点位于中心位置,有助于加快布型速度,减少铸件两端温差,壁厚均匀化。可行范围内,增加转速有助于改善偏心现象。最佳工艺参数为外层浇注温度1560℃,浇口L为0.4,铸模转速800 r/min,在外层金属温度冷却至1350℃时浇注温度为1580℃的内层金属。通过模拟和实验验证,得到了冶金结合良好、内外层金属质量合格的40Cr/Q345B双金属环坯,为后续热辗扩提供了符合要求的坯料。

基于铸辗复合成形的42CrMo钢环坯铸造工艺与试验研究

针对目前环形零件生产工艺流程长,加热次数多,浪费材料和能源等问题,提出和研究环形零件短流程铸辗复合成形新工艺。该工艺采用铸造环坯直接辗扩成形,具有节能、节材和缩短工艺流程等优点。在这种新工艺中,环坯的铸造质量、组织和力学性能对后续的辗扩工艺和环形零件组织、性能具有重要的影响。以轴承环件常用的42CrMo钢为研究对象,通过理论分析和模拟研究,提出高质量环形铸坯铸造工艺;并进行实际工业试验。通过试验研究和性能测试,表明该铸造工艺生产的环形铸坯具有良好的质量、组织和力学性能,可以为轴承环件铸辗复合成形提供高质量的铸坯。

铸态42CrMo环坯热辗扩微观组织模拟

为避免传统环件热成形工艺需要多次加热等问题,以铸态42CrMo合金环坯短流程铸辗复合成形工艺为研究对象,通过Gleeble-1500D热模拟试验机及金相显微镜进行系列试验研究,得到温度850～1150℃,应变速率0.05～5s-1的流变应力曲线.对流变应力曲线进行图形变换求解出位错密度变化和每个动态再结晶晶粒生长的动力学行为,并评估成核和动态再结晶晶粒的生长动力学行为.研究晶粒拓扑变形技术,并通过主成分分析对晶粒的拓扑结构进行优化.结果表明,采用Kock-M ecking（KM）位错密度模型可以揭示42CrMo合金动态再结晶过程中的位错密度演变,结合元胞自动机和优化后的晶粒拓扑变形技术的KM位错密度模型,能精确地模拟位错密度动态再结晶过程.

环坯尺寸对于同步环飞边大小的影响规律

采用有限元数值模拟技术与生产试制结合的方法,研究了同步环环坯尺寸对于同步环飞边大小的影响。结果表明,环坯内径对锻件内飞边影响较大,而环坯高度对锻件外飞边影响较大。根据研究结果,提出了四种用于提高该铜质同步环材料利用率的环坯设计方案,有限元数值模拟发现环坯外径67.0 mm、内径49.0 mm、高度12.3 mm时,内飞边尺寸明显减小,且锻件成形良好。生产实践验证了该环坯设计方案的可行性,优化环坯尺寸后材料利用率从59.29%提高到69.04%。

大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应研究

环件径轴向轧制成形技术是生产大型高品质无缝环件的最佳加工方法。本文通过对比分析不同厚度和高度环坯条件下的环件变形状态,揭示了大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应。研究发现,较小的环件毛坯厚度和高度会改善大型环件径轴向轧制的锻透性,两者都有助于环件直径的增大和环件变形均匀性的提高,同时对于提高成形过程中环件截面的成形质量也有利。

环坯温度分布状态对径轴向轧制变形遗传影响

径轴向轧制是制造大型无缝锻态组织环件的先进塑性成形工艺。径轴向轧制生产中,由于环坯锻造时不同部位的变形和传热条件不同,导致环坯温度分布不均匀,会对轧制过程环件变形和组织演变产生不同的遗传影响,而现有的研究都忽略了这一因素。为此,采用仿真模拟分析方法来研究环坯温度分布状态对径轴向轧制变形的遗传影响。基于SIMUFACT有限元分析软件平台,建立42CrMo大型环件径轴向轧制三维热-力-组织多场耦合仿真模型,并通过耦合环坯冷却模型建立6种不同环坯温度分布状态。通过模拟分析,研究6种环坯温度分布状态对轧制成形环件应变、温度及晶粒尺寸大小及分布的不同遗传影响规律。结果表明,环坯上下表面低温分布状态导致环件轴向应变、温度和晶粒尺寸均值减小,轴向应变均匀性增加、轴向温度和晶粒尺寸均匀性减小;环坯内外表面低温分布状态导致环件径向应变、温度和晶粒尺寸均值减小,径向应变均匀性增加,径向温度和晶粒尺寸均匀性减小。研究结果为径轴向轧制合理调控环坯温度分布状态从而提高成形环件质量提供科学依据。

环坯压力成形过程数值模拟及参数优化

基于铸辗复合成形工艺,以Q235B环坯为研究对象,利用ProCAST软件对其压力成形过程进行数值模拟,研究工艺参数压力、浇注温度、模具温度对其凝固过程的影响规律,并采用正交法对工艺参数进行优化。结果表明,压力对极差值影响最大,其次是浇注温度、模具预热温度。优化后的工艺参数为:压力150 MPa、浇注温度1560℃、模具预热温度350℃。

基于轴承环坯的自动锻压系统的设计与研究

通过设计一种工业机器人,研发出一套自动锻压系统,采用倍福PC机作为工控机,设有人机界面,并将机械手、模具、载物台与喷涂装置进行了再设计,实现了锻压过程的自动化、精确化、智能化。在降低生产成本的同时,不但提高了生产效率,而且降低了加工生产对操作人员的伤害,实现绿色锻压。

球铁双体环坯的工艺探讨

0 概述 我厂自1982年研制球墨铸铁活塞环至今已有近十年历史,在这一不短的时间内曾对筒体、双体、单体等不同毛坯形式做了较多的试验研究,因工艺设备和原材料种种原因,一直用于生产的是简体毛坯形式。就原材料的利用率、机加工工艺性及材质的内在质量而言,双体毛坯要较之筒体和单体优越得多。近年来,随着我厂活塞环铸造和机加工设备及技术的引进,为球铁双环坯的生产提供了良好的条件,因此从1990年已开始重新进行球铁双环坯的试验研究,并在CA6120一道球铁气环产品进行了试生产,迈出了以球铁双体毛坯代替筒体毛坯的第一步。现就我厂现有条件下所进行的新的探讨及正式投产需完善的工艺技术条件做如不论述。

平板环坯内外径对成形性质的影响

分析了平板环坯内外径尺寸对拉深翻孔成形性质的影响。通过对应力曲线的比较 ,对变形过程的具体实现步骤分

环坯壁厚对铸辗连续成形的高温出模铸坯裂纹的影响

环件的短流程铸辗连续成形工艺中,高温出模环坯容易在表面和边角部产生裂纹。利用Procast模拟,探讨了42CrMo离心铸造环坯壁厚对裂纹形成的影响,提出了抑制裂纹的措施。结果表明:环坯出模时温度分布不均匀、与环境温差大,导致热应力应变大,是裂纹形成的主要原因。为避免裂纹形成,宜选用外径与内径比为1.5左右壁厚的环坯。采用金属型内壁覆砂,设计模具为圆角,可降低高温环坯局部应力集中,减小裂纹敏感性。研究结果可为新工艺实现提供重要理论指导。

铸辗成形环坯热压缩过程中晶粒的取向和织构演变

在不同变形温度和应变速率为0.1 s-1条件下研究了砂型铸造和离心铸造Q235B环坯的热压缩变形行为,并使用电子背散射衍射(EBSD)技术分析其晶粒取向和织构的演化特点。结果表明:Q235B环坯的晶粒在1000℃尺寸较小,有少量仍保持铸造状态的晶粒,组织演变的机理为动态回复和大应变几何动态再结晶;离心铸造环坯中有22%集中在20°-50°的大角度晶界。在1100℃再结晶充分,晶粒趋于等轴状;晶界取向差分布仍呈现典型的双峰特征,大角度晶界的比例为60%-75%。在1000℃砂型铸造Q235B的织构组态,为少量沿着<001>//ND取向线分布的{001}<100>立方织构和{001}<110>织构;在1100℃主要是高斯织构{110}<001>和沿着<110>//ND向{110}<001>方向移动并聚集的旋转立方织构{110}<110>。在1000℃离心铸造环坯的织构组态为旋转立方织构{110}<110>和铜型织构{112}<111>,Copper织构沿着ε-取向线分布;在1100℃主要为{001}<110>织构和沿着γ取向线由黄铜R{111}<112>向{111}<110>转变的织构,再结晶的程度高,取向密度大。

鼓形环坯轧制的宏微观变化数值模拟研究

针对鼓形环坯建立了环件径轴向轧制三维有限元模型,通过Simufact软件对鼓形环坯轧制的宏微观变化进行了耦合模拟,模拟揭示了鼓形环坯在轧制过程中的温度、等效应变、晶粒、动态再结晶的分布和演化规律;深入研究了轧制成形过程中径向每圈压入量对环锻件微观组织大小的影响规律。结果表明:基于鼓形环坯获得的环锻件,其内外侧棱边处发生的动态再结晶体积分数最大,晶粒最为细小,其次是内外表面和上下表面,心部动态再结晶体积分数最小,晶粒尺寸最大;适当增大径向每圈压入量,能够扩大动态再结晶区域,获得晶粒尺寸细小的环锻件。

从动齿轮异形环坯锻件整形工艺

以内径Φ105 mm、外径Φ170 mm、质量约4 kg的从动螺旋齿轮坯为研究对象,采用开式双辊摆辗方式对从动齿轮坯进行整形,通过对毛坯形状尺寸的研究,使锻件单边余量控制在1 mm以内,可极大地提高材料利用率,并在保证成品率的基础上大大提高了机加工的效率,具有很好的经济效益。利用Deform-3D软件分析了从动螺旋齿轮坯摆辗整形工艺,通过对毛坯尺寸的控制,可以得到下端面无飞边、上端面少飞边且内外径符合要求的环件,提高了24.59%的材料利用率,并且减少了机加工工序、简化了工艺过程、提高了生产效率、较大地提高了齿轮坯的精度。以此为依据指导生产实践,缩短了生产周期。通过整形试验得到了符合要求的终锻件,证明了该摆辗整形工艺的合理性和可行性,并进行了小批量试生产,试验结果良好。

冷却速率和保温时间对42CrMo离心铸造环坯高温性能的影响

针对环件铸辗连续成形高温出模环坯表面及边角易裂缺陷出现的原因,采用Gleeble-3500进行高温拉伸,研究高温出模立式离心铸造42CrMo环坯在不同冷却速率和保温时间下的力学性能。结果表明,冷却速率(1℃/s)和保温时间对材料强度影响较小,对塑性影响较大。在1000℃以下缓慢冷却,塑性提高较多,在1200℃时冷却,塑性有较大降低;快速冷却(10℃/s)则相反,1200℃时塑性提高明显。

无环带球坯冷镦技术探讨

Comparing with the steel blank balls with ring ribbon, the steel blank balls without ring ribbon have many advantages, such as weight light, small process margin, metal surface with good stream line, so that the raw material is saved, the production efficiency is raised, the production cost is decreased and the steel ball quality is increased.

航空突变截面环件近净轧制环坯设计方法

为了提高航空突变截面环件轧制过程中环件截面轮廓的填充精度,提出了一种基于环件截面形状特征分割的环坯设计方法。通过理论分析给出了轧制环坯设计过程中几何尺寸的计算方法和修正方案。通过ABAQUS有限元模拟软件,分析了突变截面环件的轧制过程,其模拟结果显示,基于环件截面形状特征分割设计的轧制环坯具有很好的填充效果,数值模拟结果还揭示了突变截面环件轧制成形的金属流动规律,阐明了突变截面环件轧制几何尺寸的演变规律。此外,还开展了轧制实验,结果表明:该环坯设计方法可以精确地成形出相应的突变截面环件的截面轮廓,其最大的尺寸相对误差不超过0.72%。

锥台复合截面环件精密轧制毛坯的优化设计方法

针对广泛用于油气管道阀门、航空发动机机匣及结合环中的锥台复合截面环件较难同时获得所需的直径尺寸和台阶形状的问题,提出"等壁厚型"和"变壁厚型"两种环坯设计方法。借助ABAQUS模拟平台,建立两种轧制环坯设计下的锥台复合截面环件轧制过程的有限元仿真模型,分析两种环坯轧制过程中的台阶充型规律及最终的成形环件尺寸误差。结果表明,"变壁厚型"环坯比"等壁厚型"环坯轧制成形后尺寸精度高。为获得最优的尺寸精度,在"变壁厚型"环坯设计基础上,添加尺寸修正系数η。通过对比不同修正系数η下的环坯轧制成形尺寸精度,得出尺寸修正系数η在1<η<1.1范围内的"变壁厚型"环坯为最优环件轧制毛坯。基于模拟结果,在WD51Y-250多功能轧环机上进行锥台复合截面环件轧制实验,验证有限元模拟的可靠性和环坯设计方案的可行性。

环形钢坯液态压力成形过程的数值模拟

利用ProCAST软件对Q235B环形钢坯的液态压力成形过程进行数值模拟,探讨了环件凝固过程中的温度场变化,得到了环件凝固过程中不同时间的固相分数,分析了工艺参数对环件凝固过程的影响。结果发现,环坯在液态压力成形过程中,各个部分在凝固过程中存在温度差,金属液与模具接触区域温度下降最快,最后凝固区域位于环件中部。环件凝固时间受压力的影响最大。浇注温度升高,凝固时间变长。凝固时间随着模具温度的升高而延长。

双列圆锥滚子轴承外圈成形工艺优化

根据双列圆锥滚子轴承外圈的结构特点及生产实际,设计了内双锥度型、外双锥度型和外单锥度型3种不同形状的环坯,制定了3种成形工艺方案。在Simufact软件平台进行了轴承外圈成形全过程有限元模拟。结果表明:3种成形工艺方案均能获得合格的轴承外圈锻件;在制坯过程中,外单锥度型方案环坯锻造载荷最小。外单锥度型环坯为轴承外圈轧制用环坯的合理形式。