楔横轧齿轮轴轴齿一体化成形机理研究

为实现齿轮轴短流程高效精确制造,本文创新了楔横轧齿轮轴一体化成形方法。在分析齿形塑性成形原理基础上,综合出加工模具的主要参数,得出了满足分齿条件的参数公式,设计出齿轮轴楔横轧模具;通过Deform软件对齿形模具进入加工过程的阶段进行了仿真,得到齿形模具于阶梯轴第1阶段展宽段进入加工成品质量最佳。在此基础上进行仿真,分析其应力场、应变场以及温度场,进而阐明齿轴一体化楔横轧成形机理。仿真与实验结果比较表明:误差在8.2%以下,验证了仿真结果的可靠性。本文研究结果为实现齿轴一体化精确短流程成形奠定了理论基础。

振动辅助Ti-45Nb钛合金冷镦成形有限元模拟研究

在金属塑性成形加工中,振动辅助成形技术的应用可以有效地降低零件成形载荷,提高产品质量。本文首次基于塑性大变形理论和有限元数值模拟,对Ti-45Nb钛合金振动辅助冷镦成形机理进行了分析与研究。首先以位错密度的变化作为内变量描述材料在变形过程中材料软化、硬化等关系,建立了振动辅助冷镦成形本构模型,并采用MATLAB工具编程拟合出本构方程中的材料参数。然后利用Deform有限元软件对Ti-45Nb钛合金的大长径比薄壁零件进行建模仿真分析,根据反挤压道次中材料成形流动情况的结果,对模具中应力集中的凸模结构进行优化设计。结果表明:本文基于大变形建立的本构模型能够有效描述振动的软化作用,尤其在材料塑性变形阶段拟合较好,预测精度评估相对系数(RC)值>0.994。此外,通过建模仿真分析得出的多级倒角结构可有效促进材料流动,减小模具磨损,提高模具寿命。

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。

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。

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.

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。

差温轧制6063/7072铝合金复合板有限元模拟及翘曲影响因素

高能量密度动力电池的发展对液冷板提出了高安全、高性能制造要求,针对传统“冲压-钎焊”工艺焊合可靠性低、界面抗冲击性差等缺点,本工作提出“差温轧制-吹胀”新工艺以制备结合良好、界面质量高的6063/7072铝合金液冷板。但异质金属的轧制易形成翘曲缺陷,导致后续吹胀工艺无法正常进行,因此亟需研究轧制液冷板的翘曲机理及其影响规律。本工作通过ANSYS/LS-DYNA有限元仿真和实验相结合的方式,研究了其差温轧制过程中的翘曲行为及其机理,分析了工艺参数对翘曲曲率的影响规律。结果表明:轧制方向的应力不协调导致6063铝合金板相对7072铝合金板需产生更大形变以达到应力平衡,轧制方向的应力差可以用来表征6063/7072铝合金液冷板的翘曲情况;提高轧制压下率、增大轧制温度差以及减小6063铝合金板厚度比例可有效降低液冷板的翘曲曲率,从而提高液冷板成形精度;实验与仿真的翘曲曲率相对误差小于5.58%,表明本研究的有限元模型准确可靠;通过差温轧制实验得到了6063/7072铝合金复合板,表明差温轧制复合板技术方案可行,为液冷板的高性能制造提供了有效途径。

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。

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。

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。

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。

工艺参数对高铁轴承外圈端面成形质量的影响

为了实现高铁轴承外圈的精确成形,应用ABAQUS有限元软件,对不同工艺参数下的冷辗扩轧制过程进行了有限元模拟,得到了工艺参数对高铁轴承外圈成形质量的影响规律为:较大的驱动辊转速和芯辊直线进给速度有利于坯料上端面的成形,较小的轧制比获得的坯料上端面成形质量较好.

工艺参数对5CrNiMo18变截面锥形薄壁回转件强力旋压成形壁厚均匀性影响

锥形薄壁回转件大量应用于航空航天领域,变截面锥形回转件是其中难以成形的零件之一.本文基于Simufact.Forming仿真软件,对5Cr Ni Mo18不锈钢材料强力旋压成变截面锥形薄壁回转件的过程进行仿真模拟,分析芯模转速、旋轮进给比、摩擦系数3个主要工艺参数对锥形件的壁厚均匀性的影响.使用正交试验方法设置参数组合,用极差法分析试验数据,得出影响因素的主次及较优参数组合.研究表明:当芯模转速1 200 mm·min-1,旋轮进给比1 mm·r-1,摩擦系数0.15时,壁厚极差最小.旋轮进给比对壁厚极差影响最大,随着旋轮进给比增大,壁厚极差先增大后减小;芯模转速对壁厚极差影响次之,随着芯模转速增大,壁厚极差先减小后增大.研究结果为提高旋压成形航空机匣质量提供了理论基础.

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。

轴承内圈冷辗扩封闭成形热力耦合有限元分析

基于ABAQUS软件建立了圆锥滚子轴承内圈冷辗扩封闭成形热力耦合有限元模型。通过对坯料辗扩过程中应力应变分析,获得了圆锥滚子轴承内圈辗扩过程中金属流动规律。结果表明,辗扩过程中金属流动由小端面向大端面。分析了封闭辗扩过程中坯料温度的分布规律,并与开式辗扩过程进行了对比。结果表明,封闭辗扩有利于改善端部质量,但辗扩时温度比开式成形要高。

海藻酸钠/明胶溶液3D低温沉积成形线材的尺寸精度

以海藻酸钠/明胶溶液为打印材料,采用3D低温沉积成形(LDM)技术在6℃成形环境下打印成线材,对比研究了挤出压力、溶液黏度和喷头速度对试验得到的和理论计算得到的挤出胀大率和挤出拉伸率的影响,确定了最佳打印参数,并探讨了在最佳打印参数下打印件的尺寸精度。结果表明:线材的挤出胀大率随溶液黏度的增加而减小,随挤出压力的增加而增大,挤出拉伸率随喷头速度的增加而增大;最佳打印参数为溶液黏度1.26Pa·s、挤出压力80kPa、喷头速度8mm·s-1,此时线材的成形效果较好,试验值和理论计算值的相对误差最小;在最佳打印参数下,基于挤出胀大率和挤出拉伸率的理论计算结果对打印件尺寸进行调整,调整后打印出的矩形件和空心圆环实际尺寸与设计尺寸的相对误差小于5%,打印精度较高。