超高强钢板冲压模具磨损CAE分析研究与应用

针对超高强钢板冲压模具的磨损问题,提出一种有效而快捷的预测模具磨损量和使用寿命的方法.该方法采用Archard磨损理论,得到冲压成型结束后模具的磨损区域主要集中在模具圆角处.系统地研究了模具硬度、冲压速度和模具材料对模具磨损程度的影响.结果表明:模具硬度达到60~65HRC时能有效减小磨损量;模具磨损量与冲压速度成正相关关系.采用磨损累积法预测模具修模前的使用寿命,模拟得到的冲压7 500次的模具磨损量与试验数据仅相差1.47%,表明该方法是正确可行的.这对于确定合理的冲压工艺方案和模具结构设计具有重要的实用价值.     

齿间动态载荷分配下的齿轮磨损分析

为了寻求与实际更为符合的直齿圆柱齿轮磨损量计算方法,基于单双齿交替啮合和磨损后轮廓形状改变对齿间载荷的影响,推导了相邻2对轮齿在共同承担载荷时的动态载荷分配公式,得到了啮合轮齿的齿间动态载荷;基于Winkler弹性模型和轮齿啮合原理,获得了磨损量计算所需要的压力分布及啮合速度;基于Archard磨损模型,推导了齿轮的磨损量计算模型。算例显示:随着磨损次数的增加,磨损量逐渐增大;齿根处磨损最为剧烈,单双齿转换处的磨损有缓慢微幅波动;磨损与载荷耦合增加;在考虑载荷分配后,最大磨损量大幅减小。研究表明,计算齿轮磨损需考虑齿轮间动态载荷的分配问题。     

基于混合磨损模型的模具轮廓优化设计

针对成形过程模具的磨损剧烈,模具寿命低的问题,采用混合磨损模型对模具轮廓进行优化设计。以轮毂锻造成形过程中上模芯磨损为例,对上模芯轮廓进行分析,确定待优化的3个设计参数。根据黏着磨损、磨粒磨损及氧化磨损这3个磨损模型建立新磨损计算模型,并通过有限元软件数值模拟获取模具轮廓各处的磨损,以等磨损量作为模具轮廓磨损均匀的评判标准。在此基础上,以有限元软件数值模拟数据作为训练样本,采用BP神经网络建立上模芯轮廓设计参数与模具等磨损量的非线性映射关系。最后,结合训练好的函数映射关系和遗传优化算法,对轮毂锻模的上模芯进行形状优化设计,反求出磨损最均匀状态下的上模芯设计参数。研究结果表明:优化后上模芯等磨损量比优化前减少了29.65%,且最大磨损下降了12.59%,上模芯磨损更均匀且最大磨损量更小。     

湿式换挡离合器摩擦片磨损规律研究

研究湿式换挡离合器摩擦片工作过程的磨损量变化规律.基于离合器油压和转速特性,利用数值拟合的方法建立了摩擦片单次工作磨损量计算模型,通过对离合器摩擦片磨损试验过程的油液进行光谱分析,确定了磨损工况系数,并利用模型讨论了油压和转速对磨损量的影响.通过18000次综合传动换挡试验,得到了离合器磨损量与换挡次数的函数关系.经验证,湿式换挡离合器内齿摩擦片磨损量可以表示为离合器工作油压、滑摩转速和换挡次数的函数.     

基于BP神经网络和SQP算法的轮毂锻模优化设计

针对轮毂锻模的上模芯磨损剧烈的问题,将锻造成形数值模拟、BP神经网络和SQP算法耦合以优化模具的型面,改善上模芯的磨损情况,从而提高模具的寿命。基于MATLAB平台,以等磨损为目标建立优化数学模型,采用3次样条插值曲线描述上模芯成形部位的轮廓形状。结合锻造成形数值模拟和修正的Archard磨损模型得到计算结果并以此训练BP神经网络,建立模具型腔控制点与目标函数之间的映射关系。运用SQP算法对设计变量进行寻优,得到最优的上模芯成型部位的轮廓形状,并对此轮廓的磨损情况进行数值模拟验证。结果表明：优化后成形上模芯磨损量减小且更加均匀,等磨损值下降了38.4%。     

Hastelloy G3管材热挤压模具磨损有限元分析

基于修正的Archard磨损模型,利用DEFORM-2D有限元软件分析了镍基耐蚀合金(Hastelloy G3)管材热挤压成形时挤压工艺参数对模具磨损的影响规律. 结果表明,挤压模具的磨损主要集中在锥模出口处. 模具最大磨损深度随着挤压速度、坯料预热温度的升高而降低,随摩擦因数的增大而升高. 模具表面磨损深度随着模角的增大而升高. 最佳热挤压工艺参数是:挤压速度200mm·s-1,坯料预热温度1180℃,摩擦因数0.05,界面换热系数5N·mm-1·s-1·℃-1. 此时,模具最大磨损深度为0.0515mm,模具可重复使用20次.     

粉末热锻模具磨损特性的实验研究与机理分析

为研究粉末热锻模具的磨损特性和磨损机理,文章通过制取预锻坯、设计和制造模具,搭建实验平台,在不同压下量(15.8%、18.1%、20.9%)下进行粉末热锻实验,将经混粉、压制和烧结后的预锻坯锻造到不同的相对密度(92%、94%、96%);对试验前、后的模具沿轴向标记点进行磨损量检测,使用扫描面电镜和物相分析等手段对试验后的模具进行微观分析。试验结果表明:粉末热锻过程中模具的磨损量随着锻造密度的增加而增大;模具在工作段沿轴向上越靠近上端,磨损量越大;粉末热锻模具的磨损机理是氧化和剥落交替进行的动态平衡过程。     

齿面磨损最小直齿锥齿轮Ease-off修形设计与分析

为了改善齿轮传动性能和可靠性,提出了直齿锥齿轮齿面抗磨设计与分析方法。该方法结合碟型刀具在摇台型机床切制直齿锥齿轮方法获得大轮齿面;通过预置传动误差及抛物线修形参数设计小轮法向Ease-off曲面,并叠加于大轮的共轭齿面表达修形齿面。结合齿面接触分析、承载接触分析、Archard磨损公式,提出考虑磨损深度影响的齿面承载接触分析数值方法,将齿面几何分析与力学分析融为一体,且充分考虑了安装误差、齿面修形和磨损的耦合性,可准确快速获得齿形重构后的齿面磨损量;以无磨损时承载传动误差幅值(ALTE)最小、齿面磨损次数最多进行修形优化设计,获得最优Ease-off曲面,并分析磨损对ALTE的影响。结果表明:相同磨损量下,随载荷的增加磨损次数逐渐减少且趋于相等;随齿形重构次数增加,主要是双齿啮合区的齿面初始间隙增加,导致承载变形增大;多载荷工况下,随磨损次数增加最小ALTE及其对应的载荷逐渐增大;共轭齿面轻度磨损后ALTE有所改善。     

基于动态啮合力的齿轮磨损量计算方法

针对直齿轮磨损问题,考虑到齿轮动态特性对磨损的影响,联合Archard公式和齿轮动力学方程建立了基于动态啮合力的齿轮磨损定量计算模型。基于动力学方程求出动态啮合力,将动态啮合力及滑动系数代入Archard公式计算磨损量;将磨损量视为齿形误差重构齿廓,并重新计算动态啮合力及滑动系数;反复迭代则可得到动态啮合力和磨损量的变化规律。进行齿轮磨损试验,采用光谱仪分析油液中Fe元素浓度变化,得到齿轮磨损量的变化规律及磨损系数K,通过仿真结果与试验结果的对比验证了模型的准确性。最后对齿轮的磨损状态进行仿真预测,结果表明,当主动轮运转5.578×107次后,总磨损量达到2.085 g,动态啮合力峰值超过理论值的4倍,有过载风险;以此作为阈值则可得到齿轮的磨损寿命。仿真模型对于齿轮的磨损寿命预测和抗磨损设计具有重要的工程意义。     

考虑接触刚度的含间隙铰接副动态磨损分析

针对大多数含间隙铰接副的磨损计算都非常复杂,精度和效率不能兼得,且很少能够与含间隙铰接副系统的动力学分析动态结合起来考虑表面接触刚度对磨损影响的问题,提出了一种新的含间隙铰接副磨损分析方法。基于无质量杆-弹簧阻尼模型建立考虑接触刚度影响的含间隙铰接副系统动力学分析模型,利用非对称Winkler弹性基础模型计算接触压力分布,釆用Archard磨损理论计算接触表面磨损量,对接触表面轮廓实时更新得出含间隙铰接副的动态磨损量。分析结果表明,在表面接触刚度较小时含间隙铰接副的动态磨损严重,且随系统转速的变化呈现出不同的变化趋势,反映了不同接触刚度下含间隙铰接副的动态磨损趋势。该方法计算精度和计算效率较高且充分考虑了表面接触刚度对含间隙铰接副动态磨损的影响,对含间隙铰接副系统的设计和动力学分析及磨损预测具有一定的指导意义。     

基于遗传算法的挤压模具型腔形状优化设计

以磨损为目标建立优化数学模型，采用B样条函数插值描述模具型腔轮廓形状，基于有限元和修正的Archard磨损模型计算结果训练BP神经网络，建立模具型腔控制点与目标函数之间的映射关系，计算遗传算法的适应度值，优化模具型腔．研究结果显示：采用本方法得到的模具型腔形状，与锥形模相比，沿其表面最大磨损深度降低了63．9％，磨损深度分布均匀，说明此设计方法可行．     

花键冷挤压成形过程凹模入口半角优化数值模拟

以花键挤压成形过程为研究对象,利用DEFORM-3D软件对花键的冷挤压成形过程进行模拟;以金属流动、变形程度、成形载荷和模具磨损等作为花键成形过程中的衡量指标,分别设定15°、20°、22.5°、25°和30°的不同凹模入口半角,模拟分析对花键冷挤压成形过程的影响。模拟结果表明,凹模入口半角为20°时,花键的整体成形质量最好。     

摩擦阻力对纯铝在等径弯角挤压过程中变形的影响

室温下对纯铝试样进行了等径弯角挤压(ECAE)，通过对挤压后纯铝试样的宏观变形及微观形貌分析，探讨了ECAE过程中模具内壁与试样之间的摩擦阻力对试样变形的影响，得到了滞变区比例与挤压位移之间的关系．结果表明：挤压过程中试样在模具通道内角点附近形成难变形区；在模具通道外角点形成变形死区；试样的芯部变形比较均匀，为明显的剪切变形；受摩擦阻力的影响，试样顶部和底部均出现了滞变区，该区域呈轴对称分布且沿试样长度方向逐渐向试样芯部扩展；滞变区比例随挤压的进行而增大．     

PVC/MBS共混物熔体的挤出胀大性能研究

研究毛细管挤出过程中ＰＶＣ与轻度交联ＭＢＳ共混物熔体的胀大行为及其影响因素,结果表明：温度和剪切应力对挤出胀大比Ｂ值的影响较大;Ｂ与口戏比及ＭＢＳ用量成反比关系,从理论上分析了ＰＶＭＢＳ共混体系的微观相作用。     

冷挤压模具镀TiN的试验研究

冷挤压成形是一种高效、无切削的塑性成形技术,具有生产率高、材料利用率高的独特优点.冷挤压成形技术的关键是冷挤压成形模具,它的加工制造要求较高,成本也高,不仅要有高的硬度和强度,还应具有高的韧性与耐磨性,以便提高模具的寿命.本文论述了采用 HCD 法在冷挤压成形模具上镀复 TiN 的试验结果,寻求提高模具寿命的途径,并简要分析了模具失效形式.     

温度对40Cr钢温挤压成形的摩擦--磨损性能影响

采用温挤压技术对40Cr钢进行成形试验,考察了不同温度下温挤压试样的摩擦-磨损行为.通过扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析了40Cr钢磨损后表面形貌、化学元素分布和物相组成,讨论了40Cr钢温挤压的磨损机理.结果表明,在挤压温度为550℃时试样晶粒尺寸细小,残余奥氏体含量较高,硬度最高,其磨损性能为最佳;而当温度为650℃和750℃时,晶粒尺寸较粗大,残余奥氏体含量降低.在5N载荷作用下,挤压温度为550℃时,摩擦因数为0.7667;当挤压温度达到650℃,摩擦因数为0.8587,提高了12.01%,磨损性能降低;750℃时,摩擦因数为0.8764,相比550℃提高了14.31%,磨损性能进一步变差;在550、650和750℃时,磨损形式主要为磨粒磨损.     

不同环境温度下典型身管用钢磨损性能研究

通过摩擦磨损、高温硬度及相应的分析试验研究了典型身管用钢32Cr2MoVA、30SiMn2MoVA在室温、200、400以及600℃下的摩擦磨损行为与规律.结果表明:两种材料的摩擦系数在各个温度区间内的区别不大,主要受摩擦氧化物产生与否影响.32Cr2MoVA的磨损率随着温度的提高先降低再提高之后又下降,30SiMn2MoVA的磨损率随着温度的上升而先降低,然后逐渐升高,600℃达到最高.温度、身管钢在高温下的硬度和磨盘材料与滑动销的高温硬度差(Hd--Hp)共同影响磨损表面氧化物层的最终形态.室温至200℃时,身管钢磨损行为主要受表面氧化物层的影响.室温下两种身管钢磨损机理均为黏着磨损及磨粒磨损,200℃时均为氧化轻微磨损.环境温度达到400℃以上时,身管钢以及磨盘材料的基体硬度开始影响磨损行为.400℃时两种身管钢磨损机理均为氧化严重磨损.600℃时,32Cr2MoVA的Hd--Hp减小,磨损表面出现了厚度很大、致密的氧化物层,磨损机理为氧化轻微磨损;而30SiMn2MoVA的Hd--Hp显著增大,试样发生了明显的塑性挤出,为塑性挤出磨损.     

纺丝溶液的挤出对聚丙烯腈初生纤维表面形态的影响

采用旋转流变仪并结合Tanner黏弹性流体挤出胀大方程研究了剪切对聚丙烯腈/二甲基亚砜(PAN/DMSO)溶液挤出胀大的影响,用原子力显微镜(AFM)研究了挤出速度对PAN初生纤维表面粗糙度的影响规律。结果表明：随着挤出速度的增大,体系的挤出胀大比逐渐增大,当挤出速度大于90m/h时,挤出胀大比的变化出现拐点,增大的趋势变缓;聚合物大分子链的回复是初生纤维表面形貌形成的主要原因,湿法纺丝过程中,挤出速度低于90m/h时初生纤维表面粗糙度随着挤出速度增加而减少,在较高挤出速度时,随着挤出速度增加而增加;干湿法纺丝初生纤维的表面粗糙度明显低于湿法纺丝,并且随挤出速度的增加而增大。     

高耐磨冷作模具钢的热处理工艺研究

在实验电阻炉中对一种高耐磨冷作模具钢进行热处理工艺试验,通过金相显微镜观察、洛氏硬度测定和失重法耐磨性分析,研究热处理工艺对材料碳化物组织、硬度和耐磨性的影响。试验结果表明,采用980℃和1020℃淬火热处理工艺均能使试验钢获得良好的组织和较高的硬度,最佳热处理工艺为980℃淬火+180℃×2次回火,最佳工艺下的试验模具钢比Cr12MoV模具钢磨损量减小两倍以上。     

粉末冶金Al-10%Ti复合材料的力学和耐磨性能

文章采用“冷压烧结+热挤压”的粉末冶金法制备出Al—10％Ti复合材料,研究了Al—10％Ti复合材料的孔隙率、抗拉强度、伸长率、硬度和耐磨行为。结果表明:与Al相比,Al-10％Ti复合材料的孔隙率较高,抗拉强度和伸长率较低,硬度和耐磨性较高;Al-10％Ti复合材料的磨损体积损失分别是Al的1/22.3及Qsn6.5-0.4的1/14.8,其磨损表面呈Al基体+Ti颗粒+孔隙的耐磨组织。