高颈法兰精密轧制成形微观组织演变研究

基于DEFORM有限元软件二次开发建立了40Cr钢本构关系,建立了高颈法兰封闭轧制成形的刚塑性有限元模型。进行了轧制过程中高颈法兰微观组织演变的研究,预测其成形过程中动态再结晶晶粒尺寸、体积分数和再结晶体积分数以及平均晶粒尺寸大小的变化情况,阐明了轧制工艺参数对微观组织细化的影响规律。结果表明:内外径部分在轧制中最先发生动态再结晶,最终轧制法兰的晶粒度可由119μm细化到11.368μm,这对产品性能的提高有重大影响。

工艺参数对汽车EGR管件三维弯曲成形质量的影响分析

为减少汽车废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)管件三维弯曲缺陷,提高成品率,本文建立了304不锈钢本构模型,采用数值仿真与实验相结合方法对模型成形参数中相对壁厚、相对半径对管材的最大主应变、最大壁厚减薄率等影响因素进行探索,分析相对壁厚、相对弯曲半径对管材弯曲过程中成形质量的影响.结果表明,管材在弯曲成形过程中,相对壁厚越小,相对弯曲半径越小,则管材越容易产生裂纹以及失稳起皱等缺陷;随着弯曲角度的增大,管材弯曲最大壁厚减薄率值的增大趋于平缓.对于易发生塑性变形的金属材料,其相对壁厚及相对弯曲半径的取值是否合适是减少其裂纹产生的关键因素.故研究结果可为获得高质量的管件提供理论支撑.

铝合金轴类零件楔横轧多楔成形机理分析

建立了楔横轧多楔成形铝合金轴的有限元模型,并基于Deform有限元软件对轧制过程进行了仿真。分析了铝合金轧件主楔和侧楔均处于展宽段时典型纵截面和横截面的应力、应变变化情况,获得了展宽段内部应力应变的变化特点和金属的流动规律。结果对铝合金多楔楔横轧模具的设计及参数选择能提供理论依据。

高铁轴承内圈冷辗扩成形的数值模拟和试验研究

采用ABAQUS软件建立了高铁轴承内圈冷辗扩有限元模型,通过芯辊六工进进给方式下的模拟分析,利用单因素法研究了芯辊第1工进进给速度对冷辗扩过程中轧制力矩的变化及分布的影响;基于XS-160精密冷辗机进行了高铁轴承内圈冷辗扩试验研究,将数值模拟和试验所得内圈成形效果和内孔圆度进行了对比分析。结果表明,芯辊第1工进速度越大,辗扩力矩越大,冷辗扩过程越不稳定;当芯辊第1和第6工进进给速度分别为1.0和0.1 mm·s-1时,轴承内圈的成形质量和内孔圆度最好。

渐变壁厚钣金机匣旋压成形回弹及其回弹补偿研究

不等壁厚钣金机匣是一种典型的航空发动机机匣类零件,针对常用的高温合金材料难变形特点而导致成形机匣回弹严重、服役寿命低等问题,选取GH4169高温合金渐变壁厚钣金机匣作为研究对象,引入进给比影响系数将理论偏转角、进给比与偏转角回弹拟合得到偏转角回弹模型和回弹补偿公式。通过正交实验分析各工艺参数对偏转角偏差的影响主次顺序及最佳工艺参数组合,得到壁厚回弹模型及壁厚回弹补偿公式。在SXY1000双旋轮旋压机上开展实验,拟合所得偏转角回弹方程和壁厚回弹方程的最大误差分别为12.27%和15.0%,验证了回弹拟合方程的可靠性。本文研究为提高机匣成形质量与服役寿命、提升我国飞机空心回转基础件整体制造能力提供一定的理论与技术支持。

TC4钛合金管振动辅助成形规律的仿真分析

采用冷镦研究了Ti-6Al-4V(TC4)钛合金管成形,采用Simufact有限元软件进行振动辅助预成形、正挤压、镦头、反挤压等成形工艺的仿真,研究钛合金材料在振动冷镦过程中的成形特性。通过正交试验法分析了振幅、振动频率和凸模进给速度对坯料成形规律的影响。结果表明:当凸模进给速度大于临界速度时,模具与材料保持接触不分离,成形力波动不明显;当凸模进给速度小于临界速度并施加振动时,模具和材料会随振动发生暂时分离现象,导致总的平均成形力减少,流动应力降低,且在每个道次的影响程度大小均为:振幅>凸模进给速度>频率。

GH4169高温合金锥形机匣旋压轮廓精度控制与研究

零件轮廓精度是旋压件成形质量评判标准之一.在Simufact有限元软件中进行GH4169高温合金锥形机匣的普通旋压仿真试验,观察到影响旋压件轮廓精度的常见缺陷:底部隆起、底部减薄、回弹.通过对照法对底部隆起进行尾顶块控制.采用单因素试验法探究成形过程中主要工艺参数(旋轮进给比、芯模转速、道次间距)对底部减薄和工件回弹量的影响规律,以最大底部减薄量和平均回弹角度为评价指标.结果表明:进给比对底部减薄影响最大,道次间距对回弹影响最大.综合对底部减薄和回弹的控制,针对试验件工艺参数应选择较大道次间距p=20mm,较小旋轮进给比f=0.8mm·r^(-1)或较大旋轮进给比f=1.6mm·r^(-1),较大的芯模转速n=500r·min^(-1).

模壁粗糙度对微注塑成型充模流动的影响研究

模壁粗糙度对微注塑成型的充模过程有着十分重要的作用,本文从微尺度流中塑料熔体的可压缩性充模模型出发,对模具内壁粗糙度进行了讨论和简化,并通过连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程给出了考虑模具表面粗糙度的充模控制方程,采用有限元/有限差分法来求解充模中的压力、温度等,采用修正的Cross-WLF模型表征熔融塑料材料的非牛顿行为流变特性.通过数值模拟,分析了模壁粗糙度对充模流动的影响,并设计一系列实验,考察各种工艺参数情况下模壁粗糙度对充模流动的影响.模拟和实验结果表明:型腔厚度越小,模壁粗糙度对充模流动的影响越显著;熔体温度越低,模壁粗糙度对充模流动的影响越显著;注射速率对模具表面粗糙度效应影响较小.

航空发动机涡轮轴穿轧一体化成形工艺及其数值模拟与分析

为解决航空涡轮轴成形难、制造流程长、材料利用率低等问题,提出了一种穿轧一体化成形工艺,运用多辊系斜轧技术,在外表面加工上克服阶梯状大断面收缩率的制造难题,在内孔加工上实现由减材制造到等材制造的转变.采用Simufact有限元软件对镍基高温合金GH4169涡轮轴坯的成形过程进行数值模拟,分析其成形过程中轧件金属流动以及应力应变场、力能参数的变化规律,验证了新工艺的可行性.

TC11钛合金单道选区激光熔化成形机理与工艺参数影响规律

为探明TC11钛合金选区激光熔化成形规律,以获得高质量TC11钛合金增材制造参数,本文基于离散单元法建立粒径呈高斯分布的粉末层,并将其通过UDF导入到Fluent软件,建立介观尺度下的选区激光熔化CFD模型,对不同工艺参数下的单道形貌缺陷以及熔池演变过程进行模拟,阐明TC11钛合金单道选区激光熔化成形机理,并结合实验验证仿真模型的准确性.结果表明:当能量密度较小时,部分粒径较大或较为集中的粉末无法吸收足够的能量后熔化,故易产生球化或单道不平直等缺陷;在相同线能量密度下,过高扫描速度也会导致缺陷形成,且实验和仿真误差在15%以内.研究结果可为提高TC11增材制造质量和工艺参数优化提供依据.

非对称异形截面环件的冷辗扩成形力能参数与圆度影响规律研究

以非对称异形截面环件高压油管连接套筒为研究对象,采用对称冷辗扩工艺,应用Simufact软件对冷辗扩成形过程进行了模拟分析,研究了驱动辊转速和芯辊进给速度对冷辗扩过程中轧制力、轧制力矩和环件圆度误差的影响.结果表明:降低芯辊进给速度或增大驱动辊转速,能有效降低两道次冷辗扩过程中的轧制力和轧制力矩;驱动辊转速为12 rad·s^(-1),芯辊进给速度为1.0 mm·s^(-1)时,第一道次冷辗扩定位凹槽(缩口)内外圈圆度质量最优,圆度误差分别为0.1735 mm和0.1864 mm;驱动辊转速为14 rad·s^(-1),芯辊进给速度为1.2 mm·s^(-1)时,第二道次冷辗扩缩口内外圈圆度质量最优,圆度误差分别为0.0849 mm和0.1202 mm.

水下大振幅压电纤维致动柔性结构的非线性流体动力特性及实验

水下智能材料驱动柔性结构在机器鱼、水下航行器及精密医疗等领域具有广阔应用前景。本文研究了水下大振幅压电纤维(Macro Fiber Composite,MFC)致动柔性结构的非线性流体动力特性,建立了流固耦合振动模型,并进行了实验验证。通过参数化的二维CFD分析了不同特征振动频率及振幅下柔性结构周围流场的分布演化规律,发现随着柔性结构特征振幅增大,其周围流场逐渐出现了涡旋脱落及对流现象,且流体阻尼效应的非线性随之增强。提出了由特征振动频率和振幅共同确定的非线性修正流体动力函数解析表达式,分析结果表明:在小振幅情况下,修正流体动力函数虚部也就是流体阻尼效应随着特征振动频率的增大而减小;而当特征振幅增大到一定值后,流体阻尼效应随着特征振动频率的增大却呈现出先减小后增大的变化规律,具有强烈的非线性特性。开展了水下MFC致动柔性结构振动特性验证实验,证实柔性结构在MFC主动激励下的实测幅频、相频特性与理论预测结果基本一致,验证了所提修正流体动力函数表达式及流固耦合振动模型的有效性。

柔顺宏微操作系统动力学建模及振动抑制研究

针对高速大范围宏运动时柔顺微操作器的微纳振动问题,建立系统动力学模型并设计改进离散滑模控制策略对微观弹性振动进行抑制。首先以气浮宏动平台和压电纤维微操作器构成的宏微操作系统为对象,结合假设模态法、拉格朗日方程和非对称迟滞模型,建立系统综合机电动力学模型。然后,在所建模型基础上设计变速趋近律调节切换增益,从而实现非线性离散滑模控制。最终搭建宏微操作系统测控平台,并进行轨迹跟踪和振动抑制试验。在轨迹跟踪时,对于不同频率的正弦参考轨迹,所设计的控制策略均能精确跟踪给定信号且误差较小;在振动抑制时,当宏动平台沿梯形与S轨迹运动时,微操作器残余振动稳定时间比改进前分别减少26.1%和50.0%,比无控制时分别缩短53.6%和53.3%。验证了动力学模型与离散滑模控制的有效性,提高了系统控制精度与效率。

Cu-20%Fe粉末异步轧制有限元模拟及工艺参数影响规律

为研究高铁含量铜铁粉末异步轧制的成形规律及合理选取工艺参数,应用Shima-Oyane屈服准则,在MSC.Marc有限元软件中建立粉末轧制有限元模型,通过实验验证了该模型的有效性。利用仿真结合轧制实验方法分析了异速比、压下率、轧制速度、轧辊直径及辊面摩擦系数等工艺参数对生坯相对密度和轧制力的影响规律。结果表明:相较于粉末对称轧制,采用异步的方式能显著减小轧制力,提高生坯密度分布均匀性;过大的压下率和轧辊直径分别会对生坯造成边裂和缠辊等不良影响,过低的压下率和摩擦系数导致生坯不能顺利轧制成形。实验结果与有限元模拟结果相符,相对密度模拟结果最大误差为3.89%,轧制力模拟结果最大误差为9.49%,研究结果对铜铁粉末异步轧制成形工艺优化有较好的借鉴价值。

考虑复合故障和撞击力的滚动轴承动力学建模研究

滚动轴承是一种广泛应用于机械领域的零部件,动力学建模对提高滚动轴承性能具有重要意义。对由于滚动体与故障边缘接触而产生的撞击力激励函数进行推导,随着故障宽度及转速的增大,撞击力不断增大。建立一种考虑内外圈复合故障、撞击力激励函数、滚动体随机滑动因素的四自由度滚动轴承动力学模型,采用数值计算方法对动力学模型进行仿真求解。通过试验得到不同转速下滚动轴承的振动响应,验证动力学模型的正确性。

C型钢的冷弯成形工艺参数分析及优化

针对正交试验设计方法在工艺参数水平较多时,试验数量巨大,甚至无法进行的缺点,本文提出了利用均匀试验的方法来研究多水平工艺参数对C型钢成形质量的影响。先是采用MSC.Marc对C型钢的整体及各层的应力应变分布进行了分析。然后,将基于均匀试验设计获得的计算结果样本在MATLAB中对数据进行了回归分析,得到了优化的工艺参数。结果表明:合理的工艺参数能够降低板材成形的边部最大等效应变,有效改善了冷弯产品的质量。

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。

高铁轴承外圈的冷辗扩变形机理研究

为了实现高铁轴承外圈的精确成形,基于冷辗扩基本理论,应用ABAQUS有限元软件,建立了高铁轴承外圈的冷辗扩轧制过程的仿真模型。并对其冷辗扩过程进行了数值模拟,分析了轧制过程应力应变场的演变规律,阐明了变形机理。研究结果为实现和推广高铁轴承冷辗扩轧制成形技术奠定理论基础。

轴端长度对楔横轧阶梯轴成形光轴端面质量的影响

随着楔横轧工艺的不断创新与产品范围的进一步扩大,阶梯轴楔横轧成形光轴时,由于金属流动的不均匀性导致轴端长度直接影响着轧件轴端质量,从而降低产品的材料利用率。为探明其影响规律,提高轧件端部质量与楔横轧的材料利用率,通过DEFORM-3D有限元软件,采用数值模拟与轧制实验相结合的研究方法,对楔横轧阶梯轴成形光轴的轧制过程进行有限元模拟,通过分析轧制过程中的应力场、应变场及特征点,揭示轧制过程金属流动规律,阐明轧制变形机理;在此基础上,采用交互正交试验设计轴端长度、台阶倾角、台阶长度、断面收缩率4个工艺参数,分析这些参数对轴端凹心的影响关系,即凹心值与轴端长度、台阶倾角成负相关,与台阶长度、断面收缩率成正相关,且随着坯料轴端长度的减小最终轧件端部凹心逐渐增大。应用统计数据软件SPSS22.0拟合获得各工艺参数与轧件端部质量的关系方程式,以凹心值等于零为目标,获取了最优轴端长度对端部质量的影响方程式。通过轧制实验与模拟对比分析,获得的轧件形状和最终的端部凹心值基本一致,进一步验证了模拟分析的可靠性。本文获得的公式与端面质量的影响规律,可以有效地从理论上提高轧件端部质量,确定闭开联合楔横轧闭式轧制轴端长度,实现楔横轧无料头近净成形。

工艺参数对闭开联合轧制件微观组织的影响研究

通过Deform-3D有限元软件建立了汽车油泵轴楔横轧轴向闭开联合轧制的热、力和微观组织相互耦合的有限元模型。分析了工艺参数对闭开联合轧件的平均晶粒尺寸的影响。结果表明,零件的平均晶粒尺寸随着整体断面收缩率的变化而变化;随着闭式断面收缩率占比的增加,先增大后减小;随着闭式轧制长度比的增加而减小。