控制微观组织和材料损伤的锻造工艺多目标优化

为了对大型锻件多步锻造过程中微观组织和裂纹进行控制,提出了一种基于数值模拟的多目标优化设计方法.该方法以始锻温度、锻模击打速度和工步压下量为优化设计变量,以锻件晶粒均匀细小和材料损伤为子目标并构造总目标函数,将正交试验设计引入优化解搜索过程,获得了最优锻造工艺参数.应用该方法对圆柱体两步镦粗工艺进行多目标优化设计,并与单目标优化进行了对比分析.结果表明:工步压下量对锻件微观组织和开裂率影响最大,其次为锻模击打速度,始锻温度影响最小;要想获得均匀细小的锻后晶粒组织并防止裂纹产生,宜选用较高的始锻温度和较大的初锻压下量;多目标优化对微观组织和材料损伤的优化效果较显著.     

基于热加工图及响应面法的手把体多目标优化

以手把体为例,综合考虑应变速率及变形温度对材料微观组织结构和性能的影响,运用DEFORM材料库中的应力应变数据,建立了45钢的热加工图,初步为手把体锻造提供合适的工艺参数范围.进一步以初始锻造温度、飞边槽桥部高度、模具下压速率为优化变量,以锻件最大损伤值、终锻成形载荷、坯料填充率为优化目标,采用Design-Expert软件进行了响应面拟合建模分析,得到三个目标量的二阶响应面模型,并进行优化分析,经数值模拟验证其误差范围小于5%.生产实践结果表明:多目标优化后的工艺参数能够获得形貌完整的锻件,并有效地减小最大损伤值,降低成形载荷,显著地提高了材料利用率.     

基于仿真技术的推力锥锻造工艺开发

以推力锥锻造成形工艺开发为目的,分析了推力锥产品锻造工艺的可行性,提出了2种锻造工艺方案,利用金属塑性成形仿真软件DEFORM-3D,对2种工艺的推力锥锻造成形过程进行了仿真.通过工艺优化,提出了精备料、准定位、快成形的推力锥锻造成形新工艺,即锯切下料、空气锤上镦粗及预锻、摩擦压力上机终锻的推力锥锻造工艺.通过生产试制及产品检测,获得了壁厚差在1.5mm以内、摩擦面的平面度低于0.7mm、无需后续机械加工的推力锥锻件.     

模锻变形对曲轴用非调质钢1538 MV显微组织的影响

影响曲轴锻后组织的主要因素有变形量、终锻温度、金属流动及锻后冷却.本文采用数值模拟的方法研究了曲轴用非调质钢1538MV的锻造过程,并对轧材原料和曲轴成品的显微组织进行了分析,探讨了模锻变形对曲轴显微组织的影响.研究结果表明,曲轴较高的锻造温度和较小的变形量使得曲轴的锻后组织较轧材有所粗化.曲轴变形过程中的温度和应变分布不均导致了曲轴组织的不均匀.曲轴的铁素体含量和珠光体片层间距都低于轧材,且部分位置出现了贝氏体组织,这说明曲轴锻后的相变区冷速过快,应当进一步优化曲轴锻后冷却制度.另外,曲轴锻造过程中的偏析区金属流动对曲轴的锻后组织产生了明显的影响,也是造成贝氏体组织产生的原因,应严格控制轧材的质量.研究结果为轧材质量的提升和曲轴锻造工艺及锻后冷却制度的优化指明了方向.     

高Nb--TiAl合金叶片锻造模拟

采用Deform-3D有限元软件模拟β-γ高Nb-TiAl合金叶片等温锻造,分析等效应变场、等效应力场与温度场的分布.叶片等温锻造中叶身与榫头的等效应变分布均匀,随着上模具压下速度的增大和预热温度的升高,变形过程中等效应力降低,有利于动态再结晶的发生;上模具压下速度在1.0~1.5 mm·s-1、预热温度在1250~1300℃有利于提高β-γ高Nb-TiAl合金叶片锻件的质量.     

利用局部加载法冷精锻圆柱直齿轮

冷精锻圆柱直齿轮具有齿腔充填困难、成形力大及模具寿命低等技术难题.对此,提出了传统封闭式冷锻-局部加载终锻二步锻造工艺.利用数值模拟方法分析了局部加载终锻的变形过程、等效应变和成形载荷,并与封闭式冷锻成形圆柱直齿轮进行了对比,结果表明:利用局部锻造工艺作为终锻,不但齿腔充填良好,而且能极大地降低成形力和单位压强;局部加载成形的齿轮齿形部分变形大、组织好.＃     

Cr-Co-Mo-Ni齿轮钢的热变形行为及模锻工艺的有限元模拟

在Gleeble-3800热模拟试验机上进行大变形等温压缩试验,研究Cr-Co-Mo-Ni齿轮钢的高温热变形行为和显微组织,分析材料流变应力与变形温度和应变速率的关系,建立热变形过程的本构方程和热加工图.该材料的流变应力随着温度的升高而下降,随应变速率的增加而增加;用双曲正弦函数式可描述其在热变形过程中的流变应力,热变形活化能为487.21kJ·mol-1;热加工图显示的适宜加工区间为温度1000～1100℃,应变速率0.1 ～1s-1.在热模拟试验基础上进行该钢种锻造工艺的有限元模拟,并结合热加工图分析初锻温度和加工道次对于锻件温度和应变速率的影响,得出适宜的模锻工艺参数为初锻温度1000～1100℃,锻造道次15次.     

中小型轴承套圈毛坯的锻造工艺

在阐述“中小型”轴承套圈锻造工艺优点,即提高金属材料利用率、降低加工成本、提高锻件质量的基础上,详细介绍了加热速度和时间、冷却速度、始锻与终锻温度等关键技术。分析了影响毛坯质量的主要原因,提出了对应的改进措施。     

基于类等势场法和模型的锻件预制坯设计

利用塑性变形过程中金属的流动规律与静电场等势线分布类似这一特性,提出一种预制坯设计的新方法—类等势场法,并采用此方法对某齿轮锻件进行预成形设计。利用ANSYS软件得出预制坯形状,以此形状为局部变量,以压机速度、摩擦因数、温度为全局变量,以成形载荷、填充率、晶粒尺寸为优化目标,利用有限元软件DEFORM-3D进行数值模拟,并采用Matlab软件中的MBC(model-based calibration)工具箱对其进行数学建模及优化,最后在预锻工艺参数不变的条件下,得到终锻的最佳工艺参数组合是等势线ξ为0.205 V时的预制坯形状及压机速度为56 mm/s、摩擦因数为0.2、温度为1 000℃。生产实践表明:该方法设计的齿轮与传统方法相比,终锻成形载荷下降40%,材料利用率提高56.7%,而且组织得到细化。     

Ti-6Al-4V合金在快锻液压机上锻造工艺的计算分析

本文对Ti-6Al-4V合金在快锻液压机上锻造过程中的变形力及变形温度等工艺参数进行了计算;阐述了锻件在快锻液压机上镦粗及拔长过程中的温度变化及锻造回炉加热次数的计算方法,为锻造车间锻造工艺的确定和对锻造工艺更加深入的研究工作提供了参考。     

铝合金环形座锻件等温精密成形工艺研究

为选择合适的铝合金环形座锻件等温精密成形工艺,防止各种缺陷的发生,并使其获得合格的力学性能和抗应力腐蚀性能,采用有限元方法模拟了环形座锻件的成形过程。分析了成形时的金属流动规律,并通过预锻制坯和三次模锻工艺形成了外形完美、性能合格的高质量铝合金环形座锻件。结果表明,环形座外环壁表面处易受剧烈剪切变形而产生粗晶缺陷,因此应适当减小该处的坯料体积。坯料设计时应精确计算体积,避免多余金属过多引起终锻后期的大量金属外排,从而防止外环壁折叠缺陷的产生。通过采用多次模锻的方法在每次模锻后去除多余飞边和连皮,既可以减小下一阶段模锻成形过程中飞边桥部的阻力,降低模压力,又可以防止终锻时大量金属外排造成的折叠缺陷。     

带中间法兰的大型轴锻件的锻造工艺研究

介绍了带中间法兰的大型轴锻件的锻造工艺。通过设计不同模锻工艺,并利用有限元法进行数值模拟仿真分析与对比,确定了模锻新工艺,收到良好效果。     

机车用柴油机连杆杆身模锻成形的计算机模拟

连杆工字型杆身肋底是模锻成形中经常产生缺陷的部位。采用基于ＡＮＳＹＳ软件所开发的弹塑性热－力耦合有限元模拟系统,利用网格重划技术,对机车用柴油机连杆杆身截面模锻成形进行了弹塑性热－力耦合有限元模拟,得到了变形过程中的应力场、应变场及温度场的分布。根据变形过程中节点流动趋势,分析了折叠可能产生的原因和部位,并为确定合理的成形工艺方案和模具形状、提高成形质量和模具寿命提供了可靠的依据。     

大型锻件淬冷过程数值模拟与实验验证

为了了解和分析大型锻件在淬火过程中温度和组织场等的变化情况,应用非线性有限元软件MSC.Marc及其二次开发功能建立了二维有限元模型.综合考虑相变与温度的耦合关系、相变热的影响和热物性参数的非线性等问题,获得锻件淬火过程1/4截面上瞬态温度场和组织场的变化云图.材料的TTT转变曲线在AutoCAD软件环境下通过开发的程序实现动态调用.以35CrMo钢长圆柱大型锻件为对象,模拟了其淬火过程中温度和组织的转变过程.比较计算得到的温度曲线和实际测量结果表明,两者吻合较好.     

大型锻件夹杂性缺陷的形成及控制锻造工艺

为合理控制实际生产中大型锻件内部缺陷的变化过程 ,使其各项性能满足检验标准 ,采用物理模拟技术研究了饼、块类锻件较为严重的夹杂性缺陷在塑性成形中的变化规律 ,系统分析了其形成过程及影响要素 ,据此论述了有效控制夹杂性缺陷的锻造方法 ,并将其初步用于实际生产 ,改善了产品内在质量 ,取得了满意效果。研究表明 :造成探伤超标的塑性夹杂性裂纹伴生于孔隙性缺陷闭合的大变形过程中 ,通过控制锻造工艺获得满足产品使用要求的优质锻件是塑性加工学科的重要发展方向     

Fitting function representation for strain fields and its application to the optimizing process

A fitted function method to describe the strain fields during forging was discussed to optimize the homogeneous distribution of strain in the axial forging zones during successive stretching. The results are verified by experiment and numerical simulation, and the deviations between experiment and simulation are less than 24%. Therefore, the fitted function method can be applied to optimize the stretching process for large forgings. The optimal value of feed determined by the analytic method ensures that the degree of inhomogeneity in strain in the axial ingot zone is less than 6%. This work provides a mathematic model to optimize technological parameters in stretch forging of large ingots.     

Semisolid die forging process,microstructures and properties of AZ31 magnesium alloy mobile telephone shells

A semisolid slurry of AZ31 magnesium alloy was prepared by vibrating wavelike sloping plate process,and the semisolid die forging process,microstructures,and properties of the magnesium alloy mobile telephone shell were investigated.The semisolid forging process was performed on a YA32-315 four-column universal hydraulic press.The microstructures were observed by optical microscopy,the hardness was analyzed with a model 450SVD Vickers hardometer,the mechanical properties was measured with a CMT5105 tensile test machine,and the fractograph of elongated specimens was observed by scanning electron microscopy (SEM).The results reveal that with the increase of die forging force,the microstructures of the product become fine and dense.A lower preheating temperature and a longer dwell time are favorable to the formation of fine and dense microstructures.The optimum process conditions of preparing mobile telephone shells with excellent surface quality and microstructures are a die forging force of 2000 kN,a die preheating temperature of 250℃,and a dwell time of 240 s.After solution treatment at 430℃ and aging at 220℃ for 8 h,the Vickers hardness is 61.7 and the ultimate tensile strength of the product is 193MPa.Tensile fractographs show the mixing mechanisms of quasi-cleavage fracture and ductile fracture.     

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.     

汽车转向节锻造成形工艺的有限元分析

文章提出了卡车转向节卧式-火锻造成形新工艺,基于刚粘塑性有限元理论,对转向节的一火锻造成形的各个工序建立了三维热力耦合有限元模型;利用大型有限元分析软件对各成形过程进行数值模拟,优化得出制坯的合理毛坯形状和尺寸、预锻及终锻金属流动过程、应变分布和载荷-行程曲线分布;数值模拟结果与实验结果吻合,数值模拟为工艺制定和模具设计提供了可靠的理论依据.