超高强铝合金盘型件开裂原因分析

超高强铝合金盘型件在运行1.5月后盘体边缘发生开裂。通过裂纹宏微观形貌观察、化学成分检验、局部力学性能测试、服役应力有限元模拟、显微组织分析等手段,确定盘型件的开裂原因。结果表明:裂纹附近区域化学元素含量满足技术规范要求;裂纹局部径向拉伸性能满足零件服役需求,裂纹附近区域的金相组织未见明显异常,超高强铝合金盘型件的热处理工艺满足材料技术条件要求;盘型件断口的断裂特征为沿晶断裂;起裂部位靠近盘体内表面;O、Fe夹杂物的聚集是造成运行条件下盘体裂纹萌生并扩展的主要原因。

盘型件双面辗压成形过程中打滑缺陷的实验研究

在盘型件双面辗压成形过程中,打滑是影响盘件成形质量的主要缺陷之一,为深入了解该缺陷的机理和影响因素,文章首先建立了打滑缺陷的评价方法,然后进行了盘件3遍次辗压实验,通过实验结果的分析,给出了辗压工具的压下量、转速、辗压位置,以及辗压工具与盘件之间的摩擦状态对打滑缺陷的影响规律,得出在该文实验参数范围内,转速越高,越不容易发生打滑;第一遍次辗压,沟槽位置越接近盘边缘,越容易打滑;在第二、第三遍次,越靠近盘心处,打滑越严重。

盘型件双面辗压过程的数值模拟研究

利用商品化软件Deform3D,对盘型件双面辗压成形过程进行了24种不同工况的数值模拟,获得了辗压沟槽的形态特征以及工具参数、工件参数和工艺参数对沟槽形态的影响。最后对槽深与压痕深度的关系问题进行了数值模拟与实验结果对比,二者符合较好,说明数值模拟给出的研究结论是可信的。

盘型件碾压成形载荷的理论分析

在某些简化假设条件下,对盘型件局部辗压成形的载荷及其影响因素进行了理论分析。分析发现,碾压载荷随压下量和碾压头的几何尺寸增加而增加,其中碾压头所承受的最大的载荷分量是轴向力和弯矩。这些分析结果对于盘型件辗压成型设备的设计和辗压成型工艺参数的确定具有重要参考价值。

盘型件辗压成形载荷研究

研究了盘型件双面辗压成形过程,分析了辗压头与坯料各接触区域受力状态。以金属成形理论为基础,建立了盘型件双面辗压的计算模型,通过对任一时刻辗压变形过程中力能参数的研究,推导出辗压力和力矩的计算公式,获得了其解析解,并研究了辗压头参数对辗压力及力矩的影响规律。其结果对辗压设备的设计及进一步研究盘型件辗压工艺规律提供了理论依据。

旋转盘型件表面半椭圆裂纹K_I的权函数解法

计算半椭圆裂纹的Ⅰ型应力强度因子(K_I)是研究含缺陷部件损伤容限、评估剩余寿命的关键技术。针对机械设备类盘型件应力分布复杂、有限元建模繁琐耗时等问题,建立一种计算高速旋转条件下复杂结构盘状部件表面半椭圆裂纹K_I的权函数方法。在一定的适用条件下,将盘型件局部小裂纹简化为平板表面裂纹。在半椭圆形状参数0.2≤α≤2、0.05≤β≤0.6的范围内,通过平板表面裂纹模型,拟合得到表面半椭圆裂纹权函数参数M的多元线性表达式,其中拟合值与有限元计算值的残差平方和均值为0.00975。结合某机械设备盘型件的设计特点,研究该权函数法在不等厚及中部突起型圆盘表面径向、切向裂纹问题的适用性。经验证,权函数解与有限元结果的相对误差为-4.45%~2.80%。

铝合金盘型件等温辗压过程中晶粒尺寸演化的数值模拟与实验验证

为了揭示盘型件双面辗压成形过程中微观组织的演化特征,应用数值模拟方法研究了这一成形过程中所发生的动态再结晶和晶粒长大规律。所研究的盘型件材料为铝合金6061,辗压成形温度为350～500℃。晶粒尺寸演化规律的数值模拟结果与实验结果基本符合。与整体锻造不同,双面辗压成形没有变形死区,并且越靠近盘型件表面晶粒细化效果越好;辗压头通过对盘型件厚度方向压缩和表面环向剪切两种方式驱动盘型件变形。计算结果表明,即使压下量零增量辗压也会在沟槽附近产生显著变形和晶粒细化,这说明盘型件变形和组织演化主要源于辗压头对盘型件表面的环向剪切;多遍次辗压过程中,第1遍次辗压对晶粒细化的贡献最大,后续辗压的贡献较小;提高成形温度可能会出现动态晶粒长大区,在这种情况下,盘型件上的点将交替发生动态再结晶和动态晶粒长大,最终晶粒尺寸会有一定程度增加。

成形复杂盘件时辗压工具运动轨迹的研究

在辗压成形中,工具的加工轨迹和姿态决定了工件的最终形状和组织性能。为确定工具加工轨迹的一般设计方法,基于体积不变原理,建立了一个简化分析模型,当盘型件与毛坯尺寸确定以后,利用该模型可以对各辗压遍次的工件过渡尺寸以及盘型件的变形情况进行分析和预测。以某个盘型件的辗压成形为例,计算了辗压过程中辗压工具的进给数据,并据此进行了辗压试验,成形后的盘件尺寸与盘型件的设计尺寸基本吻合,证明了所给出的计算辗压工具进给的方法是可行的。

适用于“双8”轨迹的凸轮机构及其设计方法

该文以实现“全国大学生工程训练综合能力竞赛”赛题规定中的无碳小车连续交替绕过中线上3个间距相同的障碍桩走“双8”字形轨迹为目的,灵活运用MATLAB,Solid Works和ANSYS等建模仿真工具,系统经历了从理论分析,做出假设,公式推导,到3D建模,再到仿真选材,最后到结果检查的完整过程,设计出了一种可普遍适用的转向调节机构——摆动从动件盘形凸轮机构。它在具有简单、紧凑结构特点的同时,也具有稳定、可靠的工作状态,可以轻松实现不同的“双8”字形轨迹,并达到周期性重复绕障的目的。这种凸轮机构及其设计方法在应对赛题的变化上,以及满足其他行业发展的需求上,也有一定的普遍适用性和应用前景。

新型无模辗压设备辗压头结构的有限元分析

为了提升无模辗压设备的加工能力,可以辗压更大尺寸的盘型件,以辗压设备的关键零件辗压头为研究对象,针对研究目标提出新型辗压头结构模型。根据其在辗压过程中的受力特点进行分析并简化模型,提出假设,计算出辗压头预期所承受的载荷,运用ANSYS Workbench软件进行有限元分析,得到了预期工况下辗压头的应力和变形。结果表明,新型辗压头应力情况符合要求,但是其变形量过大,不满足要求。在此基础上,以2种不同方案分别对其进行改进,得到2个改进的辗压头结构并进行有限元分析。最终改进方案2的辗压头结构达到了预期要求,解决了之前辗压头承载后变形过大的问题。这使得辗压设备的关键零件辗压头与设备的目标加工能力相匹配,同时也保障了辗压设备的安全性。