新型电冲击复合锻挤工艺对薄壁高筋构件成形质量的影响规律研究

目的为保证运载装备高功效轻量化的同时,提升其支撑防护结构的成形性能,提出一种铝合金薄壁高筋构件电冲击复合锻挤成形工艺方法,并探究模具下压量、电流密度对铝合金薄壁高筋构件成形质量的影响。方法通过DEFORM-3D仿真软件模拟分析2024-T4铝合金薄壁高筋构件电冲击复合锻挤下材料流动和填充规律,并对仿真分析结果进行电冲击复合锻挤成形试验验证。结果仿真模拟表明:随着模具下行,材料流动和填充难度增加,成形质量下降,不同电流密度对薄壁高筋构件成形影响程度不同。通过不同的电流密度进行试验,得到薄壁高筋构件最佳成形工艺。试验结果表明:当坯料预热至300℃,脉冲电流值为600 A时,成形后构件未见明显的开裂和填充不满等缺陷,成形的筋高提升35.14%,成形质量最好。结论与无电冲击的薄壁高筋构件相比,电冲击复合锻挤成形时构件整体成形性能提升,这是由于构件受脉冲电流焦耳热效应和非热效应的影响,金属流动性增强,成形载荷降低,更容易填充模具型腔。

稀土镁合金薄腹高筋支架的等温锻造技术

针对Mg-9Gd-3Y-0.6Zn-0.5Zr合金薄腹高筋支架构件,设计其等温锻造成形方案和模具装置。采用有限元软件DEFORM-3D对薄腹高筋支架等温成形过程进行有限元模拟和实验,分析模具结构和成形方案对成形过程中金属流动充填的影响规律,揭示缺陷产生原因,并进行工艺优化,最终成形出质量良好的锻件。结果表明,采用分瓣模具结构和等温成形技术,可整体一次性精密成形形状复杂的薄腹非对称高圆弧筋类锻件,且构件组织细小均匀;通过设置工艺圆角和增加活动阻尼块的方式,可有效控制薄腹高筋支架圆弧筋处金属的流动充填阻力,消除圆弧筋抽料和侧耳充不满缺陷。

高强韧稀土镁合金筋板类构件等温精锻工艺

主要研究高强韧稀土镁合金筋板类构件等温精锻工艺及随后的锻件微观组织与性能的控制。通过Deform软件对典型筋板类构件的等温精锻工艺进行模拟研究,通过分析等温精锻工艺过程中金属材料的流动趋势及可能出现的问题,提出相应的解决方案,在随后的实验过程中,成功成形出具有高筋薄腹板的典型筋板类锻件。研究结果表明:筋板类构件等温精锻过程中在两个侧筋相交的位置充填最为困难,利用有限元方法对坯料尺寸进行优化设计,有效地改善了金属在复杂模具型腔内的充填能力,并降低了等温成形载荷,成形出表面质量良好的稀土镁合金精锻件。通过200℃时效63 h后,高强韧稀土镁合金筋板类构件的强度达到峰值,其峰值抗拉、屈服强度和延伸率分别为371、243 MPa和4.07%。β'相和长周期相在基体上的弥散分布是锻件获得较高强度的主要原因。锻件断口在未时效处理状态下主要为韧性断裂,而随着时效过程的进行,断裂方式逐渐转变为准解理断裂。

TC4钛合金薄壁高筋构件近等温锻造技术研究

研究了TC4钛合金薄壁高筋构件的近等温模锻工艺,合理设计了锻件的尺寸与模具结构,同时利用有限元模拟软件Deform3D对闭式模锻与开式模锻下的预制坯锻造方案以及不同长度的圆棒锻造方案下锻件的成形过程进行了有限元模拟分析,从而对锻造工艺参数进行合理选取。基于近等温锻造工艺,通过多火次、增量变形的方法成形出了质量良好的TC4钛合金精密模锻件。微观组织分析表明,锻件各区域的微观组织均为既存在等轴初生α相,又存在片状β相的双态组织,且晶粒大小比较均匀。相对于原始坯料,经过近等温锻造的锻件的断裂伸长率略微下降,屈服强度变化不大,而抗拉强度与弹性模量比坯料略微上升,力学性能良好。

高筋薄板零件摆辗成形有限元分析

为了解决高筋薄板零件难以用传统工艺镦挤成形的问题,本文提出了一种摆辗成形工艺。利用Deform 3D软件建立了铝合金高筋薄板构件摆辗成形有限元模型并对其摆辗成形过程进行了模拟。研究了摆头摆角、每转进给量、摩擦因子对薄板零件高筋充填能力和摆辗成形载荷的影响,得到了坯料在摆头局部作用下的金属流动规律。

壁薄筋高叉形类锻件锻造工艺

通过对壁薄筋高叉形锻件———马蹄铁工艺特点分析,设计了采用空气锤胎模锻制坯与热模锻压力机模锻成形相结合的联合锻造的工艺方案及其模具。对类似模锻件的生产工艺编制及锻模设计有一定的参考意义。

高筋薄板构件多自由度摆动辗压成形规律与工艺研究

高筋薄板构件多自由度摆动辗压成形过程中金属流动十分复杂,导致高筋薄板构件筋高分布十分不均匀。根据双偏心套型摆动辗压机运动原理,探究摆动模做圆轨迹和螺旋线轨迹运动时摆动模与坯料的接触模式演化规律,提出了接触区形状数学计算方法。采用有限元模拟仿真技术揭示摆动模做圆轨迹和螺旋线轨迹运动时高筋薄板构件摆动辗压成形金属流动规律以及高筋生长规律,阐明摆动模运动、接触区变化、金属流动和高筋生长之间的关联关系。在此基础上,开展高筋薄板构件摆动辗压成形工艺试验,实现高筋薄板构件摆动辗压成形。研究结果表明,相比圆轨迹运动,摆动模做螺旋线轨迹运动能够减弱金属径向和切向流动,增强金属轴向流动能力,从而有效提高高筋薄板构件摆动碾压成形过程中金属轴向流动的均匀性,获得筋高分布均匀的高筋薄板构件。

基于CATIA的高筋薄壁类锻件快速拔模斜度设计系统开发

针对现有商业CAD软件不能较快地实现对高筋薄壁类锻件的拔模斜度设计,分析了CATIA软件的功能和特点,以一个典型的高筋薄壁类锻件为例,对锻件的表面进行分类,然后对内外拔模面进行分组并确定所对应的中性面。利用CAA CATIA软件开发了锻件拔模斜度快速设计系统,实现了对高筋薄壁类锻件拔模斜度的快速添加,明显地提高了锻件设计的效率。

MT-3缓冲器中心楔块工艺开发

分析了MT-3缓冲器中心楔块的结构和工艺,介绍了叉型锻件的制坯和对高筋薄壁结构锻件的预锻结构的优化。阐述了利用DEFORM三维模拟软件,对中心楔块锻造成形的全过程数值模拟仿真和模拟锻件成形情况。

高筋薄腹板类锻件三维预成形设计及优化

高筋薄腹板类锻件通常具有较大的尺寸和较复杂的内腔,需要在锻造成形过程中进行合理的预成形设计。提出了一种三维预成形设计方法,以一个典型的高筋薄腹板类锻件为例,根据静电场与锻造速度场分布的相似性,用静电场等势面模拟获得其预锻形状;然后利用Deform-3D进行锻造模拟,对预锻形状进行验证和评估;最后通过构建神经网络,建立了毛坯尺寸、等势面电势值和等效应变差值、锻件填充率的映射关系,并结合遗传算法搜索最优解,实现了毛坯和预锻件的联合优化设计。结果表明,本方法可以快速而准确地设计出预成形件,可靠性较高。

高强钢高窄筋类锻件的锻造工艺优化

为了有效成形出高窄筋类锻件,提出了3种不同的毛坯结构,通过Deform-3D有限元软件进行模拟,针对3种方案分别进行了实验验证。结果表明,对于高窄筋类锻件的成形,荒坯的高度应接近锻件的高度,这样可以有效成形出目标锻件,避免锻造缺陷。针对优化工艺下的锻件进行了力学性能测试,结果表明,不同批次的锻件的力学性能稳定性很好。将模拟结果与实验结果对比发现,采用有限元模拟软件能够有效地预测锻造过程中的成形缺陷,缩短工艺制定周期,降低试错成本。所提出的荒坯设计具有一定的普适性,对于同类型锻件的锻造工艺的制定具有借鉴意义。

基于克里金模型和遗传算法的铝合金高筋薄壁锻件多目标优化

以数值模拟和智能算法为手段,以某高筋、薄壁、带有纵横内筋的铝合金锻件为研究对象,将其成形过程中的坯料高宽比、坯料温度、成形速度以及摩擦系数作为设计变量,将填充性能、组织流线、成形均匀性作为优化目标,利用克里金模型构建坯料高宽比、坯料温度、成形速度、摩擦系数与填充性能、组织流线、成形均匀性之间的高度非线性关系。利用多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ),对克里金模型进行寻优得到Pareto解集,均衡考虑实际工艺条件,选取了一组比较均衡的最优解进行工艺试制。结果表明:优化结果能够显著地提升应变均匀性和填充性能,并改善流线分布。

宽腹高筋大锻件局部加载成形的狼群算法优化

为了提高宽腹高筋大锻件筋部填充性和晶粒尺寸的均匀度,提出了模拟狼群围捕猎物过程的工艺参数优化方法。分析了宽腹高筋大锻件的局部加载成形工艺,以坯料温度、压力机加载速度、单次压下长度作为优化参数,以筋部填充性和晶粒均匀性为目标,建立了优化模型。使用最优拉丁超立方法设计了实验,得到了不同实验条件下的有限元仿真结果。使用BP神经网络拟合质量参数与工艺参数之间的非线性关系,经测试,BP神经网络的拟合精度较高。模拟狼群围捕猎物过程,将最优参数组合视为食物浓度最大位置,则可以将参数寻优过程转化为狼群算法的搜索过程。经仿真和生产验证,优化后的筋部等效未填充高度减少了68.9%,晶粒尺寸均值减小了18.2%,晶粒尺寸标准差减小了27.5%,证明了该优化方法的有效性。