上海锻压生产技术及设备的进步

本文概括了近5年来上海锻压生产及科研水平的现状.较详细地介绍了代表上海近年水平的4条生产线及教学科研情况.

基于正交试验的闭式挤压工艺参数优化

以农用机械传动部件"流转插头"为例,利用DEFORM-3D软件对挤压成形过程进行分析,揭示了该类316L不锈钢锻件的热锻造成形载荷和热磨损的变化规律。基于正交试验法全面分析了坯料初始温度、模具初始温度、打击速度、模具硬度对成形载荷和模具磨损深度的影响规律。结果表明:4组因素中,打击速度对成形载荷的影响最大,模具硬度对模具磨损深度的影响最大;综合考虑4个因素的模拟结果确定了最优方案,即坯料初始温度为1150℃、模具初始温度为250℃、打击速度为0.3 m·s^(-1)、模具硬度为62HRC。实际生产发现,按照最优方案中的初始温度和打击速度能够生产出质量合格的锻件。

集装箱紧固件的精密模锻

介绍集装箱紧固件中的关键部件———半自动扭转锁锥的精密模锻工艺 ,在热模锻模具上设计特殊锁扣 ,利用小吨位热模锻压力机分步成形进行整体锻造生产 。

弹簧钢60Si2Mn温锻工艺参数的研究

压紧杆是压路机一个重要零件，它所用材料是弹簧钢60Si2Mn。用自由锻制毛坯后机加工制造的压紧杆使用寿命极低；改用温锻后，其寿命增加30％，成本降低2／3。为了锻造出高质量温锻件，作者通过大量试验建立了强度、塑性与加热温度的关系；建立了加热时间、加热温度与氧化脱碳层厚度的关系。作者还进行了锻件质量和经济效益的分析。

凸缘叉热锻成形工艺优化

针对凸缘叉热锻成形终锻上模开裂的问题,通过建立刚粘塑性有限元模型,使用数值模拟方法,根据实际生产情况模拟了凸缘叉热锻成形过程。研究了金属流动规律,分析了模具应力较大的原因。根据模拟,优化了模具结构和锻压方式。结果表明,模具开裂位置拉应力降低约400 MPa,达到了工艺优化的目的。

新式三脚突缘半封闭复合挤压成形工艺与试验

以国外某高级轿车传动轴上的新式三脚突缘零件为例,提供一种生产效率高、材料利用率高的新式三脚突缘半封闭复合挤压成形方法,并开发了该零件的半封闭复合挤压成形工艺方案.利用有限元数值模拟软件Deform-3D进行工艺流程数值模拟,得出填充情况、成形载荷、模具应力等重要信息.通过小批量生产试制,验证了工艺方案的可行性及有限元模拟的正确性,解决了新式三脚突缘半封闭复合挤压成形批量生产中产品机械性能差和使用寿命短等缺陷.

上海锻压行业的专业化、精密化和现代化

锻压是机械制造的基础工艺之一，是制造机械产品不可缺少的一个重要环节。尤其是需要强度高、韧性好的关键零件，如波音飞机上的零件，就有1500多种是采用锻造方法制造的；对要求高又批量大的生产零件，如汽车零件约58％是用锻压方法制造的。

花兰叉热锻工艺优化

花兰叉热锻模具内裆部位磨损严重。当持续使用模具生产2000件左右时,锻件尺寸超差,更换模具影响生产。基于Archard磨损模型,通过分析锻件的金属流动规律,总结了模具磨损过快的原因。进行了改锻方为制坯的工艺优化方法,并对原始和优化方案进行模拟分析。结果显示,优化工艺后,每单件生产模具最大磨损深度降低了0.26μm,同时材料利用率提高到80.4%,每件节能18.6 MJ。实际生产中模具寿命提高到3600件以上。

基于Deform-3D的发动机齿轮轴热锻成形结构优化模拟

针对发动机齿轮轴锻件超声波探伤检测出的折叠缺陷,提出了物理实验与有限元数值模拟技术相结合的研究方法。对产生缺陷的样件进行剖切,观察试样剖切面的折叠位置和折叠情况。根据折叠的宏观形貌和发生部位分析缺陷产生原因,采用Deform-3D有限元数值模拟验证所做的理论分析,并依据金属塑性成形理论中的体积不变原理,优化齿盘部纵横向上相关联的预成形上模模具厚度尺寸:在尺寸变化最大处,锻件盘部结构的纵向厚度最大减小了2 mm,圆弧部分横向厚度最大减小了6 mm,确保能够增加一个高17 mm的类蘑菇头结构,达到消除折叠缺陷和保证生产锻件合格的目的。对改进后的模具结构,采用Deform-3D软件二次分析其成形过程来保证模具结构优化后的合理性和可靠性,在消除缺陷的前提下确保预终锻工艺能够连续正常生产出合格锻件。最后,对批量生产的锻件进行抽样探伤以及内部金属流线检验。

正交试验法在气瓶内壁顶镦成形技术中的应用

介绍了采用正交试验法获得气瓶特殊形状及尺寸的顶镦研究试验工作。它表示多因素多水平的顶镦试验方法,通过主要的顶镦模具结构及工艺参数,通过极少的工艺试验,就可推算出最优的模具结构及其工艺参数。本方法可以解决实际的生产问题。它显示如下优点:减少材料消耗、节省试制时间。

叉头一模两件预成形过程的数值模拟分析

锻造成形过程是一个非常复杂的弹塑性大变形过程,有限元法是用于锻造成形过程模拟中一种有效的数值计算方法。通过数值模拟技术分析叉头锻件改成一模两件的预成形过程,优化预成形模具型腔,获得合理的生产工艺,达到提高原材料利用率和生产班产量,并获得合格终锻件的目的。

突缘叉模锻的设计改进

介绍了突缘叉锻件的模锻改进工艺。通过计算镦粗压力、模锻压力及切边压力,选用了相应吨位的热模锻压力机。设计了突缘叉锻件在热模锻压力机上的模具结构,从而提高锻件尺寸精度、减少材料消耗、降低报废率。在生产实践中切实可行,取得了较好的经济效果。

乘用汽车三脚突缘成形工艺研究

乘用汽车传动轴中的三脚突缘是一种形状较复杂的零件,在端部面有三个分叉枝和凸台,其成形难度大,对成形工艺要求高。根据三脚突缘锻件的特点,采用一种半封闭挤压代替传统的预锻工艺,利用有限元数值模拟软件DEFORM-3D模拟了半封闭挤压成形和终锻成形过程,获得了相应的载荷—行程曲线、等效应变和等效应力分布规律,并做了相应的模具应力分析。另外,由于锻件所在模具型腔较浅,切边定位困难,为了避免切边时产生错位和变形,将切边、整形工序设计成一套复合模。最后通过小批量试验,验证了三脚突缘成形新工艺的可行性。

中小模锻企业转型升级与半自动化生产

自动上料、排料、进料、中频感应炉加热的自动加热,采用滑道或输送带在各种锻压设备上进行制坯、预锻、终锻成形,模具自动喷润滑、冷却乳液,然后采用上顶出或下顶出的各种切边冲孔整形复合模一道工序完成。

锻造有限元模拟软件QFORM在实际生产中的运用

2009年，上海交大中京锻压有限公司．正式引进了俄罗斯QUANTORFORM公司的锻造模拟软件QFORM。该软件在金属成形领域处于领先水平，模拟速度快且较易使用．同时其模拟分析功能非常强大．可以模拟热锻、温锻、冷锻等多种工艺．

基于正交试验的曲轴热锻工艺参数优化

根据某曲轴模具磨损,基于Archard磨损有限元理论,从模具磨损失效出发,针对影响模具磨损量的工艺参数,设计正交试验。采用Deform数值模拟,研究了工件初始温度、模具初始温度、工件与模具之间摩擦系数以及模具硬度对成形载荷和模具磨损的影响。优化了曲轴热模锻成形的工艺参数,综合考虑多指标因素,分析得到影响曲轴成形力和模具磨损量的最优工艺参数,即坯料初始温度为1150℃、模具初始温度为250℃、摩擦系数为0.3、模具硬度为65 HRC。

基于Deform-3D的花键轴叉热锻成形工艺优化

针对花键轴叉锻件传统锻造工艺耗料多的问题,提出立式预锻、杆部热挤成形的预锻成形方法,给出了立式预锻的模具结构设计,并对热挤预锻模具进行了参数优化,解决了充填不足的问题,最终锻出低能耗、低料耗、高生产率的合格锻件。基于Deform-3D有限元分析软件模拟观察到花键轴叉锻件的成形过程,准确分析出缺陷形成的原因和工艺优化后锻件成形效果。通过实际生产验证了模拟结果的可靠性,在优化预锻件脱模斜度和终锻模具桥部参数后,生产效率提高至少20%,料耗节省约15%,终锻模具磨损量降低约25%,模具寿命得到明显提升。

突缘叉锻造成形预应力组合模具改进

在突缘叉锻造成形过程中,上模模腔底部容易开裂,导致锻件出毛刺,增加生产风险。利用Deform软件分析了突缘叉锻造成形过程的金属流动规律和模腔开裂原因。结果表明:模腔凸台在冲击载荷下出现应力集中并导致模具断裂失效。通过在模具上添加预应力环以抵消模具所受冲击载荷、降低模具应力,并利用Solid Works软件计算了预应力。优化结果表明:采用组合模具结构时,模具与应力环最大预应力分别为480和420 MPa,均处于安全范围内。模具原始开裂位置应力降低了约950 MPa,生产过程中,模具始开裂前锻件的产量由200件左右提高到2700件左右。

汽车底板热锻模具结构优化

针对汽车底板热锻模具模膛较深并且狭窄,生产过程中锻件冷却快,模具容易发生断裂失效、顶杆磨损、出模困难等问题,利用Deform软件对原始锻模进行数值模拟。分析结果表明,汽车底板外形复杂、模腔深且窄,导致模具应力较大,容易发生断裂;顶杆孔位置不合理,导致顶杆易磨损,锻件顶出困难。通过采用优化模具成形面结构、调整顶杆孔位置及改进工序等方法,使预锻模具应力和终锻模具应力分别降低200和120 MPa。实际生产中,模具寿命由试制时的40件左右提高到现在的3705件以上,同时生产效率得到提高,出模也较容易。

基于响应面法的齿轮轴模具磨损目标参数优化

为提高模具寿命,提出了利用响应面法(RSM)和有限元技术(FEM)相结合,以多目标锻造工艺参数为优化目标的优化方法。以齿轮轴预锻下模磨损量为优化目标,建立了有限元数值模拟与响应面法相结合的二阶响应面回归分析模型,求得该模型的拟合度为96.57%,并基于响应面目标函数求得最佳工艺参数组合为:始锻温度为1190℃、摩擦系数为0.3以及模具硬度为54 HRC。通过Deform-3D数值模拟对目标参数进行了验证,得到磨损量为2.48×10^-4mm,根据允许最大磨损量0.5 mm,得到模具寿命为2016件,满足期望值2000-100^+200件的生产要求,并基本符合生产验证所得的实际模具寿命2005件。