基于插值求解与数值模拟的三维模具补偿方法

模具补偿是金属板料成形中控制回弹的主要方法.针对迭代修正方法在三维模具补偿中效率低、精度差的问题,提出一种基于插值求解与数值模拟的模具补偿方法.通过定义成形后工件形状误差与模具型面偏差之间的函数关系,求解得到了工件成形所需的理想模具补偿量;在有限元模拟中,沿回弹前后节点连线方向进行工件网格面节点反向调整,并对补偿后的节点群进行逆向处理,实现模具补偿面重构.该方法简化了三维模具型面的补偿流程,可实现模具型面内不同位置的独立、非均匀补偿,并保障了模具补偿型面的光顺性.以轨道车辆司机室车顶蒙皮为例,对比了不同模具补偿型面成形后工件的回弹量和形状偏差,并采用研究中获取的理想模具型面进行工件试制,结果表明成形件满足精度要求.     

电磁感应加热温度场建模方法的研究

为有效解决电磁感应加热过程中加热温度的控制问题,对电磁感应加热温度场的建模方法进行了研究.分析了电流透入深度对工件加热的影响及电磁感应加热过程中工件的温度分布情况,描述了感应加热时工件温度随工件半径和时间的变化情况.将温度场建模理论引入电磁感应加热系统的研究中,给出了电磁感应加热温度场的建模方法.实验结果表明,该方法能够成功地解决电磁感应加热温度的控制问题.     

超高强钢管气压热成形设备的研究开发

为了满足超高强钢管气压热成形工艺研究的需求,基于高气压热成形原理,轧制技术及连轧自动化国家重点实验室自主设计开发了一套超高强钢管气压热成形设备.该设备利用电阻加热方式对管坯温度进行精确控制,开发了管端部高压密封结构、快速充气系统及液压伺服进给系统;结合模具内部的循环冷却水路设计,高温管件在内高压与轴向进给联合作用下成形,且成形过程中与冷态模具接触被直接淬火,实现了单工位条件下的管件加热、成形及在线淬火功能.实验测试表明,该设备最高充气压力可达40 MPa且密封可靠,温度控制精度为±1℃,管件充气速度连续可调,为超高强钢管气压热成形工艺研究提供了可靠的支持.     

逐步熔融凝固启动阶段电磁场和温度场的数值计算

在不同的电源功率和频率,不同的成形材质和尺寸等工艺条件下,应用控制容积方法对逐步熔融凝固初始加工阶段的感应电流面密度及温度场进行了数值计算,得到任意位置的温度随时间的变化,成形化和模具初始加热过程中的等温线图及固液分界线,所需电源功率和完全熔化时间。     

基于Archard磨损理论的螺旋伞齿轮精锻成形模具磨损分析

基于Archard磨损理论,应用刚塑性有限元法对螺旋伞齿轮精锻成形过程中模具的磨损情况进行了模拟分析,主要分析了模具预热温度和精锻成形速度对模具磨损的影响。结果表明:在一定温度范围内,提高模具预热温度有利于提高模具的耐磨性;成形速度的增加会降低模具的耐磨性。     

花键轴增量式滚轧成形工艺的分流方式及温度效应研究

为了降低花键轴增量式滚轧成形工艺中工件初始直径对滚轧载荷和齿形填充质量的负面影响,根据分流锻造思想提出了一种齿顶分流方式,分析了温度效应对滚轧载荷和齿形填充质量的影响,并通过DEFORM-3D有限元软件对该分流方式进行了数值分析验证.研究结果表明:在校正滚轧阶段,齿顶分流方式的应用使得花键轴增量式滚轧成形工艺中滚轧载荷最大值平均下降了约60％,并降低了工件初始直径对花键轴齿形填充质量和齿距累计误差的影响.工件材料在400、800、1 000℃(相对室温20℃)时,温度效应使得最大滚轧载荷分别平均下降了约20％、67％、80％,并且明显提高了齿形处工件材料的填充质量.     

花键冷敲精密成形接触面积数值计算与分析

通过分析冷敲精密成形的金属变形过程、加载过程和边界条件,建立花键冷敲精密成形接触面积数学模型,对接触面积进行理论计算;被成形件在滚压模具中连续快速发生局部塑性变形,为了对花键类零件冷敲精密成形工艺的机理和工艺力学进行研究,通过分析花键冷敲精密成形过程滚打轮与工件接触过程,建立工件进给量与滚打道次数值关系,得出工件进给量与各道次之间打入深度关系及各道次面积演化规律;应用MATLAB数值分析软件对接触面积影响因子进行数值计算与仿真分析。     

主动螺旋伞齿轮闭塞模锻物理模拟

根据金属流动趋势设计了主动螺旋伞齿轮的预制坯;开式模锻螺旋伞齿轮试验结果显示,模具结构复杂,所产锻件有飞边;采用闭塞模锻成形了螺旋伞齿轮铅试件,揭示了闭塞模锻主动螺旋伞齿轮成形过程,说明了用闭塞模锻工艺成形主动螺旋伞齿轮的可行性;通过铅试件网格试验,揭示出在闭塞模锻中金属内部质点的流动规律、金属流线分布趋势及纤维状况,说明了锻造齿轮内在质量高的原因;提出采用局部加热,以工件柄部代替大端冲头,设计大、小端双动冲头闭塞模锻模具的创意．研究结果表明,螺旋伞齿轮闭塞模锻铅试样物理模拟对该类零件精密成形工艺制定及模具设计具有重要指导意义．     

触变模锻Al-7%Si/Al-30%Si合金双金属的数值模拟

采用有限元软件DEFORM-3D对半固态模锻Al-7%Si/Al-30%Si(质量分数,下同)合金复合材料过程进行数值模拟,研究复合成形过程双金属坯料的充型特征,同时探讨工艺参数对复合成形的影响规律。模拟结果表明:单金属触变模锻具有整体性变形特征,双金属触变模锻充型性能受界面传力影响,其非动模侧充型能力比单金属的弱;随着下坯料初始温度提高,界面传力增强,底部充型能力增强;下坯料初始温度过高,会导致复合界面偏靠下侧、弯曲程度大、底部出现飞边;坯料与模具之间的摩擦因素越大,复合界面弯曲和边部向上倾斜越严重;Al-7%Si和Al-30%Si合金初始温度分别为585℃和575℃,当坯料与模具之间摩擦因数较小时,上、下坯料变形协调,锻件充型饱满,复合界面水平居中,双金属模锻复合效果良好。     

花键轴振动挤压成形试验研究

针对花键轴挤压成形制造效率低、模具所受载荷大的问题,采用了一种新的振动辅助挤压成形工艺,并进行了花键轴成形试验、微观组织分析和硬度测试,揭示了成形载荷的主要影响因素及金属流动规律。试验设备为振动挤压机床,采用模数为1.75、齿数为10的花键轴挤压模具对直径为17.9mm、材料为AISI1045A的棒料进行了振动挤压成形试验,模具每进给1mm便回程0.5mm,振动频率分别取10、15和20Hz。结果表明:相比于直接挤压,振动挤压成形过程的成形力可降低将近25%,原因是在模具回程过程中润滑油得以流入模具与坯料的接触面,重新生成油膜,从而减小了摩擦力;在试验频率范围内,成形载荷随振动频率的提高而增大;振动挤压成形花键轴具有表面质量高、成形速度快、材料流动均匀的优点,且沿轴向齿顶圆直径变化小,成形精度高;与传统的直接挤压成形相比,振动挤压成形花键轴齿型部位的硬度降低了近10%,有利于成形。     

Mold-filling ability of semisolid alloy

The mold-filling ability of the semisolid alloy has very important effects on the quality and properties of the work pieces produced by the semisolid forming process. The factorial experiments show that all of the heating factors, such as mold temperature, heating temperature and the keeping time of billets, have some effects on the mold-filling ability of semisolid alloy. According to the analysis of influencing extent on the filling ability, it is found that the most important one of the factors is the mold temperature instead of the billets temperature, the next one is the heating temperature of the billet, and the keeping time rows on the third. It is also found that there is an interrelation between the billet heating temperature and the mold temperature. The effect of the interrelation on the mold-filling abilityis even stronger than the keeping time. The higher the mold temperature, heating temperature or the keeping time is, the better the mold-filling ability of the semisolid alloy is. The parameter to describe themold-filling ability, defined as the maximum filling height along theupright direction or the maximum filling length along the horizontal direction, can be theoretically determined according to the flowing theory of viscous fluid.     

钢坯加热的数值模拟

借助CFD仿真手段,模拟蓄热式加热炉内钢坯加热的实际状况,研究了钢坯长度、宽度方向上下表面和中心温度的温度分布,提出钢坯存在上下温差、四角边缘温度高和靠近出钢口钢坯温度低等问题。同时,研究了炉内不同厚度钢坯与加热时间的基本关系,比较了仿真计算结果与实际炉内加热时间,通过数值拟合,得出钢坯厚度与加热时间的拟合公式,可在生产实际中使用。上述研究结果可为加热炉钢坯加热制度的制定和优化提供依据。     

气膜对铝合金半连铸液穴形状及表面质量的影响

利用气膜连铸技术对6063铝合金熔体液穴形状、熔体与结晶器接触高度、初凝壳形成位置点以及液穴深度进行了研究.结果表明:与热顶铸造相比,气膜铸造降低了结晶器的有效散热长度,增加了熔体金属与结晶器接触高度,初凝壳形成位置点降低,液穴平直.初凝壳高度降低,减少了由铸锭的回热现象,偏析瘤和冷隔消除,铸锭表面质量明显提高.     

TC4钛合金热镦加热方法

通过对ＴＣ４钛合金加热方法的研究，提出了接触电加热快速升温的方法，有效避免了空气污染，针对加工中经常出现的热裂，用有限元法了加热过程中的温度场和应力场，结果表明加热效果良好，并且通过实验验证了其可行性，为钛合金棒料热镦工艺的确定提供了理论和实验基础。     

局部感应加热对高强钢方管二次辊压成形的影响

本文通过对高强钢方管角部进行局部感应加热，提高其弯角区域的成形性能，降低其变形抗力，由此在不影响非变形区域组织性能的前提下，获得所需方管的截面尺寸和组织性能。在热辊压过程中，坯料在没有模具限制的方管角部外侧邻近区域发生堆积，且随着加热温度上升，角部外侧金属堆积更明显。同时，在方管内角表层出现显微裂纹恶化，裂纹以树枝状生长。热辊压成形后的残余温度会产生一个自回火过程，能够明显降低残余应力，且随着温度的升高，残余应力降低的幅度变大。当加热温度在650℃以上时，自回火对残余应力的影响大于宏观裂纹的扩展能力，起主导作用，且压扁过程中压下量超过方管对角线长度2/3时也不会产生裂纹。     

连铸热坯表面温度可见光谱CCD辐射测温方法

针对连铸坯表面测温现状和存在的问题,建立了双色法(R、G)与单色法(B)相结合的实时测温模型。采用可见光面阵CCD图像传感器进行铸坯表面图像采集,实验研究了不同光圈(F)与积分时间下的R(红)、G(绿)、B(蓝)三基色值随温度的变化规律和动态响应区间。利用计算机图像处理技术建立了连铸热坯表面二维温度场与RGB的关联关系,实现了连铸热坯表面温度场的在线测量。通过控制CCD传感器光积分时间以提高CCD传感器的动态响应范围,为实现连铸坯表面温度场在线测量提供了理论基础和技术支撑。     

Forming condition and control strategy of ferrite decarburization in 60Si2MnA spring steel wires for automotive suspensions

The ferrite decarburization behavior of 60Si2MnA spring steel wires for automotive suspensions, including the forming condition and the influence of heating time and cooling rate after hot rolling, was investigated comprehensively. Also, a control strategy during the reheating process and cooling process after rolling was put forward to protect against ferrite decarburization. The results show that ferrite decarburization, which has the strong temperature dependence due to phase transformation, is produced between 675 and 875℃. The maximum depth is found at 750℃. Heating time and cooling rate after rolling have an important influence on decarburization. Reasonable preheating temperature in the billet reheating process and austenitizing temperature in the heat-treatment process are suggested to protect against ferrite decarburization.     

钢坯高压水除鳞后的表面氧化铁皮形貌及内部组织演变

在不同温度和时间条件下对钢坯进行加热,出炉后利用高压水去除钢坯表面氧化铁皮,然后利用光学显微镜和扫描电镜观察钢坯表面形貌及内部组织,利用XRD分析除鳞后钢坯表面氧化物相组成。结果表明,除鳞后的钢坯表面残留一层氧化铁皮,该层氧化物相组成取决于加热温度和保温时间。低温短时加热时,残留氧化铁皮相组成中含有单质Fe;提高加热温度和延长保温时间使钢基体表面被完全氧化成Fe3O4和Fe2O3。钢坯在炉中长时间高温加热使残留氧化铁皮晶粒粗大,钢坯基体内部出现过热、晶界氧化以及脱碳等问题,加热温度越高、加热时间越长,氧化烧损越严重。     

软接触电磁连铸的实验研究

进行低熔点金属锡的软接触电磁连铸实验,考察拉坯速度、有无保护渣及电磁感应输入电流强度对铸坯表面质量的影响。结果表明,在无结晶器振动的情况下,随着拉速的增加,铸坯表面的质量降低。施加等幅高频磁场能够有效提高铸坯的表面质量。     

自然作用压力对分户循环热水供暖系统的影响

通过实际工况下分户循环系统自然作用压力的分析计算得出 :实际运行时的供水温度越高、供回水温差越大 ,越适合选用异程式系统 ;反之 ,越适合选用同程式系统。提出异程式系统可通过在设计时减小比摩阻的方法来减小垂直失调 ;同程式系统可通过适当增大上一层环路局部阻力的方法来减小垂直失调现象的建议