环件辗扩的极限壁厚和辗扩比

本文以环件辗扩的力学模型为基础，从理论上解决了环件最大壁厚、最小壁厚和最大辗扩比的计算问题，为辗扩工艺和设备设计提供了理论依据。

离心铸造双金属环件热辗扩实验研究

与单金属环件相比,双金属环件可以同时满足复杂环境对环件内外层金属的不同使用要求,具有很大的优势。针对目前双金属环件的制造方法费时费力、结合效果差的现状,笔者提出并研究一种双金属复合环件短流程制造技术,利用离心铸造的双金属环坯直接热辗扩成形双金属环件,生产效率高,节约能源,结合层为冶金结合,结合效果好。本工作以离心铸造的双金属环坯(内层Q345,外层40Cr)为研究对象,采用不同的初始辗扩温度(1200℃、1150℃、1050℃)和辗扩比(2.3、2.0、1.5)进行了辗扩实验,对不同辗扩工艺参数下的环件进行金相实验和拉伸实验。结果表明,随着辗扩比增大,环件整体晶粒先变小后变大,抗拉强度先提高后降低;随着初始辗扩温度降低,晶粒变小,40Cr抗拉强度和塑性提高,Q345抗拉强度先升高后降低,塑性提高。结合层是一个过渡区,没有明显的界线,从一种金属逐渐向另一种金属过渡,它的晶粒比内外层大。辗扩后环件椭圆度均小于0.02,超声波检测无裂纹缺陷。初始辗扩温度为1050℃、辗扩比为2.3时成形的环件综合性能最好。离心铸造的双金属环坯在辗扩后,环件外形好,探伤合格,组织和力学性能得到改善,成功实现了双金属环件的铸辗复合成形。

环形零件辗扩成形工艺研究现状与发展趋势

环形零件的辗扩成形工艺是一种局部加载连续成形工艺,成形过程中变形区材料在高温和外载荷作用下经历了非稳态、非线性的塑性变形。为探讨辗扩工艺中金属塑性变形机理,促进该工艺的改进、完善和推广新应用,国内外学者利用理论分析、数值模拟和试验研究等方法,对辗扩成形工艺过程、工艺参数及其对材料组织、性能的影响规律进行系统深入的研究。综合论述这种先进成形工艺研究现状;分析辗扩成形工艺参数理论与试验研究、环件辗扩过程组织演变规律数值模拟、环件辗扩成形过程成形/成性一体化调控等方面的发展趋势;针对目前环件辗扩成形工艺存在的流程长、能耗大、浪费材料等问题,提出环件短流程铸辗复合成形新工艺,并探讨这种新的短流程工艺的重点研究内容和推广应用前景。

环件冷辗扩芯辊进给速度规范设计

针对环件冷辗扩的特点,结合环件冷辗扩机的工作原理,提出了四种不同的芯辊进给速度设计规范。以矩形截面为分析对象,根据进给速度为常数、每转进给量为常数、环件外径增长速度为常数和随动导向辊圆心的旋转速度为常数这四种控制条件,提出了芯辊进给速度设计方法,推导出了直径的增长规律。根据试验数据,以Abaqus为平台,模拟了四种进给速度规范下的辗扩过程,分析了冷辗扩力和环件成形的圆度变化规律。总结了四种设计方案的优缺点,提出了在不同辗扩阶段采用不同的进给规范的设计思路,以期能为环件冷辗扩的工艺和控制设计提供新的理论依据。

42CrMo钢铸造环坯辗扩成形理论与工艺分析

与目前常用的环类零件生产工艺相比,基于环形铸坯的短流程铸辗复合成形新工艺具有节约材料和能源、缩短工艺流程等优点。以轴承环件常用的42CrMo钢为研究对象,探讨基于环形铸坯的轴承环件辗扩成形机理和工艺。借助于热力模拟试验和组织测试分析,揭示42CrMo钢在热变形条件下组织演变机理和规律;通过理论分析与数值模拟,研究铸坯环件辗扩成形过程中变形工艺参数及其对金属变形和组织演变规律的影响,实现环形零件铸辗复合成形/成性一体化调控;在洛阳LYC轴承股份有限公司,完成轴承套圈铸辗复合成形工业试验。试件的力学性能测试结果表明,这种短流程铸辗复合成形新工艺生产的环形零件具有良好的力学性能指标,可满足工业使用要求。

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。

环件冷辗扩中单辊随动导向运动规律研究

根据立式单导向辊随动导向冷辗环机的实际工况,建立了矩形截面环件和深沟球截面环件冷辗扩的运动学模型,分析两种环件的直径变化规律,研究了一定辗扩工艺条件下导向辊的运动规律。建立根据冷辗扩工艺来确定导向辊运动的一整套设计方法,并用MATLAB编写求解程序以求解所有的设计参数。精确地控制导向辊的运动规律有利于提高环件冷辗扩的精度。研究结果为冷辗环机的设计制造提供了依据。

混合硬化弹塑性本构关系及其在环件冷辗扩模拟中的应用

采用数值模拟方法和混合硬化弹塑性本构关系,提出了基于弹性张量的应力补偿更新算法,引入等向强化系数,给出了有限元计算步骤,基于ABAQUS/Explicit平台开发了子程序VUMAT,并在单个单元模型中验证了其可靠性。将其应用于环件冷辗扩过程模拟中,着重研究了等向强化系数对环件冷辗扩成形的影响规律。结果表明,随着等向强化系数的增大,辗扩力、辗扩力矩增大,鱼尾形状系数减小,环件外圈金属受各向异性硬化影响较大,进而从理论上进行了解释。研究结论指出该研究对环件冷辗扩成形工艺具有指导意义。

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。

内台阶锥形环件辗扩锻件设计方法研究

内台阶锥形环件是工业中的一种典型金属结构,相对于其它内锥形、外锥形和梯形环件而言,具有中部连续渐变、两端突变的特点。文章针对内台阶锥形环件的这一特点,首次提出了横截面变化率的定义,并将此定义用于内台阶锥形环件锻件设计,得出改进此类锻件轮廓的一般规律。对于给出的锻件及其改进方案,用弹塑性动力显式有限元方法进行辗扩塑性变形过程的模拟,证实了横截面变化率作为锻件改进的依据是可行的,所提出的锻件设计方法对于类似内台阶锥形环件辗扩工艺设计具有指导意义。

环件冷辗扩中宽展的实验研究

根据D56G90型环件冷辗扩机的工作原理和实际工作情况,选取了影响矩形截面环件冷辗扩宽展的2种主要因素:进给速度和宽径比来设计研究宽展变化的实验方案。通过对实验结果的分析表明:进给速度和宽径比的增加都可以在一定程度上减小环件的宽展,使环件端面平整。同时,也发现了环件内外侧的宽展率不相同。这些现象的本质是环件冷辗扩过程中的径向和轴向塑性区的分布不同。使用MATLAB编写了数值计算程序,采用二项式拟合的数值方法,总结归纳出了进给速度和宽径比与宽展率之间的解析公式。

材料参数对环件冷辗扩工艺的影响规律研究

基于ABAQUS软件环境,采用弹塑性动态显示有限元法,通过三维数值模拟研究揭示了几个重要的材料参数(硬化指数、屈服强度和弹性模量)对环件冷辗扩过程中环件端面质量、轴向宽展、辗扩力、辗扩力矩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合理的解释,从而获得了何种材料性能适应冷辗扩成形的认识,为环件冷辗扩在实际应用中材料和设备的选择提供了依据,对揭示冷辗扩成形机理也具有十分重要的意义。

辗扩成形系统的运动分析

研究辗扩成形系统的运动学规律, 导出了芯辊进给运动、环件辗扩成形运动 (包括环件直径扩大运动、环件转动和平动)、抱辊系统随动等的运动学方程, 确定了环件直径扩大运动速度和加速度、环件旋转角速度和角加速度的极限范围。为辗扩成形系统运动机构参数的设计和工艺设计提供了理论依据, 并为辗扩成形系统整体优化及过程控制、仿真奠定了基础。

环件辗扩成形过程微观组织及性能控制研究进展

高性能大型环件精确辗扩控形控性一体化制造是大型运载火箭仓体、风电法兰、核电反应堆及石油化工容器等高端装备向着安全、轻量、高效和长寿命方面发展的迫切需求。综述环件辗扩成形过程微观组织及性能研究现状,分析单、双道次简单热模拟压缩试验和显微组织演变数值模拟技术在环件辗扩过程组织演变研究中的应用,探讨环件组织与性能控制中存在的问题,并指出目前的研究已无法满足上述高性能环件制造要求。提出复杂多道次物理模拟及内变量组织建模用于环件辗扩组织演化分析的必要性,探明环件宏观/微观织构定量表征和晶体塑性有限元法(Crystal plasticity finite element method,CPFEM)揭示组织演变机理的可行性。阐述今后高性能环件辗扩成形组织演变及性能控制的研究方向与重点,未来必须构建辗扩过程环件组织、织构和力学性能之间及其与工艺参数的定量关系。

环件辗扩过程的导向辊控制工艺及设备的研究

导向辊的控制在环件辗扩中有着重要意义。对现有的导向辊控制方式及其存在的问题进行了分析,通过对导向辊运动轨迹的分析,提出了一种新的导向辊控制工艺,并给出了该控制工艺的设备实现方法。最后通过有限元分析软件ABAQUS对具体的环件辗扩实验进行了模拟分析,结果表明,采用该导向辊控制工艺进行环件辗扩可以得到较高质量的环件产品。

沟球断面环件冷辗扩三维有限元模拟与工艺设计

沟球断面环件冷辗扩是滚珠轴承套圈制造新工艺。以有限元软件Abaqus为平台,根据冷辗环机实际工作条件,建立从矩形断面毛坯冷辗扩成形沟球断面环件的三维弹塑性动力显式有限元模型。通过动力显式有限元数值模拟,研究沟球断面环件冷辗扩变形过程,揭示出该环件冷辗扩中直径增长和圆度变化规律。基于数值模拟结果,优化设计矩形断面环件毛坯尺寸和冷辗扩工艺参数。在D56G90冷辗环机上进行沟球断面环件冷辗扩试验,验证了数值模拟结果,并采用矩形断面环件毛坯成功冷辗扩出了沟球断面轴承套圈。

内法兰环件辗扩成形尺寸控制方法

尺寸控制是辗扩工艺应用于生产实际所必须解决的一个关键问题。对内法兰环件辗扩过程中的尺寸变化规律进行了研究，指出了现有辗扩设备中尺寸控制方法的不完善之处，建立了内法兰环件精辗位置在线预测的计算公式，给出了径向辗扩成形工件尺寸的控制方法。

工艺参数对高铁轴承外圈冷辗扩成形力能参数影响

为了实现高铁轴承外圈的精确成形,应用ABAQUS软件进行有限元模拟,系统分析了驱动辊转速、芯辊直线进给速度和轧制比对高铁轴承外圈冷辗扩成形力能参数的影响。结果显示,随驱动辊转速的提高,轧制力和轧制力矩逐渐减小;随芯辊直线进给速度的增加,轧制力逐渐增加,而轧制力矩先增加后减少;随坯料轧制比的增加,轧制力和轧制力矩逐渐增加。随后,进行了类比轧制力矩实验测试与验证,验证结果说明了本文所建立的模型的正确性。