大型锻件CAPP系统开发及应用研究

本文针对大锻件工艺设计的复杂性、特殊性以及传统手工设计方法的缺点,对大型锻件CAPP系统的关键技术进行了研究与分析,设计了锻造CAPP系统结构和模块功能,并分析了计算机辅助工艺设计系统在锻造工艺中的应用。研究表明,CAPP系统对大型锻件的加工制造起着重要的指导作用。

大型精锻件CAPP系统的开发和应用

针对大型锻件工艺设计的复杂性、特殊性以及传统手工设计方法的缺点,对大型锻件CAPP系统的关键技术进行了研究与分析,开发了大型锻件精密锻造的CAPP系统.该软件通过输入精锻机的简单参数,由计算机自动生成工艺卡片和锻造的CAM卡片,将CAM卡片输入精锻机程序,可实现大型锻件精密锻造的智能化,并给企业技术人员节省了大量的时间.

基于混晶评价的大锻件热锻晶粒组织演变

以大型锻件超超临界转子用12%Cr耐热钢为研究对象,采用拔长实验和数值模拟相结合的方式,探究了大锻件热锻过程晶粒组织演变情况。研究表明:热锻后坯料横截面晶粒不均匀性受锻造温度、锻比以及上模压下速度综合影响,小锻比和较低锻造温度与大锻比和较高锻造温度均可改善晶粒不均匀性。基于此,通过拟合得到了12%Cr耐热钢热锻过程坯料横截面晶粒不均匀性与锻造工艺参数之间的量化关系模型;针对大锻件“因大而生”的混晶问题,在现有混晶评价方法的基础上,提出了一种普适性更好的混晶评价方法,即采用统计学方法划分各小组,以每小组晶粒弦长和占总弦长的频率为基础,分别确定大、小晶粒分界组进行评价,对比拔长实验后的混晶组织演变规律验证了该方法的优越性。

大尺寸锻造β型γ-TiAl合金的显微组织与力学性能分析

β型γ-TiAl合金被广泛应用于复杂零件的制备,但在大尺寸单向锻造过程中显微组织和力学性能表现出显著的不均匀性。通过扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射(EBSD)和X射线衍射(XRD)分析了合金的显微组织,关注大尺寸锻造的高β相含量Ti-43Al-9V-0.2Y合金的显微组织和力学性能。研究表明,V元素的添加提高了合金的β相含量,增强了热变形能力。锻造技术在有效变形区形成了细小的等轴晶粒组织,而变形死区则仍保留了部分原始层片结构,中心区域的细小等轴晶粒赋予了合金优异的室温性能,尤其是1.42%的室温塑性。高温力学性能分析显示,Ti-43Al-9V-0.2Y合金在700~750℃范围内经历韧脆转变,在脆性断裂温度下具有较高的强度,主要变形机制为加工硬化。在韧性断裂温度下,合金展现出良好的塑性,主要通过动态再结晶和微孔协调变形来实现。

基于结构光的大锻件尺寸测量中光条纹中心线提取方法

大型锻件温度高,测量条件恶劣、误差较大,精确的尺寸测量可有效减少加工余量并提高材料的利用率.以高温锻件图像采集方法为基础,双目视觉结合结构光法可用于大型锻件尺寸在线测量.为消除干扰光线对在线测量锻件尺寸的影响,提出通过对单幅锻件结构光图像处理提取结构光条纹中心线的方法.该方法利用结构光条纹在截面上近似高斯分布的特点,首先根据设定阈值在行方向上搜索,并确定结构光条纹及干扰光线的起始位置;其后从起始位置开始沿光条纹在设定范围内搜索,并判断光条纹截面是否近似符合高斯分布以去除干扰光线;最后以结构光条纹起始位置为起点上下搜索,并计算结构光条纹的亚像素中心.实验结果表明:该方法具有计算简单、实现快速、稳定性好的特点,可用于大型锻件尺寸测量中结构光条纹中心线的提取.

大型锻件热态三维结构光在线测量技术

针对大型锻件尺寸的在线测量问题,提出一种基于结构光的立体视觉测量方法。该方法针对红热态高温条件下结构光条纹难以获取的问题,采用物理滤色和数字滤色相结合的办法克服热态表面辐射的影响,同时采用多频相移技术以显著提升抗噪能力;针对大型物体测量提出了基于标记球的多视测量自动拼接方案。现场实验验证表明,基于结构光立体视觉的三维测量实验系统可以在15m远距离实现在线大型锻件非接触测量,具有测量速度快、测量精度高、方便快捷、简单可靠的特点,能满足大型铸锻件热态在线测量的要求。

大型锻件在线尺寸测量方法综述

大型锻件体积庞大,其几何参数测量是判断锻件是否达到终锻尺寸要求的依据。测量方法的实用性、通用性以及测量精度直接影响锻件的质量和材料利用率。传统的接触式人工测量方法逐渐被非接触测量所代替,本文重点介绍了两大类主流的非接触测量方法:激光测量和计算机视觉测量。分析了各种方法的优缺点,总结了大型锻件在线尺寸测量的发展方向。

大锻件生产行业与锻造技术发展

介绍了我国大锻件产业结构和国内外大锻件生产企业技术能力现状的发展方向。提出了我国大锻件生产的发展方向。

装配间隙对大型模锻压机结构刚度的影响

为了便于装配,在大型机械装备的安装中往往需要预留一定的间隙,根据大型模锻压机的几何特征和受载情况,利用有限元分析软件MSC.MARC对模锻压机在不同工况和不同装配间隙下的结构刚度进行模拟分析,探讨了装配间隙对模锻压机结构刚度的影响,并给出降低安装难度的合理间隙值范围。

大型航空热锻模增材复合制造修复技术及应用

为了提高大型航空热锻模的服役寿命、降低其制造成本,将电弧熔丝增材制造技术应用于大型航空热锻模的再制造修复。首先,利用数值仿真技术得到模具在服役时的温度场和应力场,并根据其分布状态设计了模具的三层梯度结构,实现原模具基体上覆盖少量具有较好高温红硬性材料的目的,进而在降低模具再制造成本的同时提升模具寿命。其次,针对三层结构中的过渡层和强化层,分别设计了铁基和钴基材料。分析表明在室温下过渡层材料的强度最高、硬度最大、塑性最差,强化层材料在室温下的塑性和强度都略高于基体材料;在650℃高温下,强化层材料的强度最高,并且显著高于过渡层材料和基体材料。这种分层材料的设计,能够保证模具在服役时候表面强化层在高温下能够抵抗磨损和塑性变形,而过渡层温度较低又能提供强有力的强度支撑。最后,对某钛合金一梁大型锻模、超高强度钢起落架大型锻模进行了再制造修复验证,经多批次生产的考核验证,比传统方法制造的模具寿命提高了数倍,再制造锻模未出现裂纹、塑性变形等缺陷,表面层保持良好,变形量较原5CrNiMo模具小得多。

基于Deform35CrMo钢大锻件组织遗传现象研究

分析船用大锻件35CrMo钢的遗传倾向及产生原因,研究加热速度、保温时间、冷却方式、加热方式对组织遗传的影响。研究结果表明中速(200~300℃/分)加热至Ac_1~Ac_3区间高温域停留,而后升温至Ac_3以上奥氏体化,可消除组织遗传。

大型模锻液压机的工作压力及工作缸布置分析研究

通过对大型模锻液压机的液体工作压力选择、工作缸数量和布置型式的研究分析,并结合国内外400 MN以上大型模锻液压机的液体压力和缸布置型式、工作缸的数量及3种主要布置型式(三缸排列、九缸排列、五缸排列)与机架结构尺寸和液压系统之间的关系,确定了我国自主设计制造的800 MN大型模锻液压机的液体工作压力为63 MPa,工作缸数量和布置采用五缸梅花形排列型式。

反复锻压模具结构和加工工艺的有限元分析

采用Deform-3D数值模拟软件对反复锻压模具结构和加工工艺进行有限元分析,发现：缩小模具型腔宽度能够增大试样每个锻压道次的等效应变,但应变分布均匀程度和试样形状尺寸保持度相应降低;模具存在一定的过渡角半径时,试样表面具有较好的成形质量,应变分布均匀性随着过渡角半径的增大有所提高;试样每道次锻压后绕Z轴旋转90°再进行下个道次锻压,等效应变分布比每道次锻压后试样不旋转更均匀;加工速度对锻压后试样的温升影响十分明显,速度越高温升越显著;随着锻压温度的提高,载荷峰值不断降低,试样中应变和应力分布逐渐均匀;随着摩擦系数的提高,等效应变分布均匀性有所改善,摩擦系数提高到0.2时分布最均匀,继续增大到0.3时分布均匀性开始显著降低.在300 ℃和0.1 mm·s-1条件下锻压AZ31镁合金的实验表明：5道次后晶粒显著细化,平均晶粒尺寸由约200 μm细化到最小约1.3 μm.

挤压铸造高品质大型结构件

大型结构件的高品质整体成形是零件制造领域的难题。挤压铸造以整体流变补缩解决了重力铸造补缩效率低和收缩缺陷的问题,又以良好的流变充型能力突破了固态锻造技术设备能力的限制,成为大型结构件高品质整体成形制造的新选择。实践证明,使用专用涂料、铸造模具代替锻造模块并对模具温度进行有效调控是降低模具成本占比的有效途径。局部多点加压、复合挤压以及随流半固态挤压铸造都是显著降低设备投资、确保高品质成形的有效措施。