重型燃机叶片锻造过程数值模拟与工艺优化

高温锻造过程中,坯料内的温度场、应变场等热力参数对锻件内的裂纹损伤和微观组织有重要影响. 利用刚粘塑性有限元法,对某重型燃机叶片的锻造过程进行了有限元数值模拟,得到了锻造过程中锻件内温度场、应变场以及锻造载荷随时间的变化规律,并在此基础上结合裂纹损伤和修复机制以及再结晶组织演化规律,提出了一种优化的锻造工艺方案. 即在终锻尺寸上公差基础上欠压4 mm进行预锻,预锻温度1 160 ℃,终锻温度1 120 ℃. 实际锻造工艺试验验证了工艺方案的可行性,为该工艺的工程应用奠定了科学基础.     

铝合金机轮轮毂锻造流线仿真与实验研究

采用Deform 2D软件对铝合金机轮轮毂在不同工艺参数下的锻造流线进行仿真分析,并通过机轮轮毂缩比件锻压工艺实验研究对仿真结果进行验证.研究结果表明:适当增大坯料与模具之间的摩擦,可减小流线与锻件表面夹角,避免流线露头;与常规热模锻工艺相比,等温模锻工艺(模具温度和坯料温度均为450℃,压制速度为0.1 mm/s)在较高的温度和较低的变形速率下,可有效降低材料的变形抗力,增强材料在模腔中的流动性,成形的机轮轮毂流线分布合理,晶粒细小均匀,避免了热模锻过程中易产生裂纹、充填不满等缺陷.     

轮槽铣刀闭式滚挤成对锻造

介绍一一种新型的轮槽铣刀锻造工艺－－以两件刀坯相挤成型，克服了单件滚挤端裂、废品率高的缺点，由于坯料逐渐缩径，使得金属组织密实，碳化物分布均匀，该铸造工艺不仅提高了刀具的性能和使用寿命，而且节省了钢材，提高了经济效益。     

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。     

用高速钢W18Cr4V扁锭锻造方坯时内部裂纹的研究

在微机上采用刚－粘塑性有限元分析法对高速钢锻造过程进行了模拟研究，发现纵向裂纹主要是由于锻造过程中双鼓形的存在，使锻平时横截面内出现较大横向拉应力，其数值超过坯料强度而形成的。据此提了合理工艺参数和改进锻造工艺的措施，有限元分析结果与实际相符。     

航空发动机整体叶盘的五轴数控加工工艺研究

整体叶盘的质量影响空气动力性能、机械效率以及运转平稳性。与国际先进企业相比,国内窄槽道、小轮毂比整体叶盘的制造工艺仍存在加工精度与效率偏低等问题。分析航发整体叶盘基材特性和加工特点,优化工艺路线,设计五轴数控加工工艺与编程方法,采用五轴点位钻孔、3+2五轴定位型腔铣相结合的整体叶盘槽道加工策略,以及合理的刀轴矢量控制,能有效提高整体叶盘加工质量与效率。     

AlSi7MgBe合金半固态坯料制备及其触变成形

采用近液相线半连续铸造技术制备AlSi7MgBe合金半固态坯料,研究制坯工艺以及二次加热温度和保温时间对半固态浆料微观组织的影响,通过组织与性能分析对AlSi7MgBe合金的半固态触变成形性进行了研究.研究结果表明,AlSi7MgBe合金采用近液相线半连续铸造,坯料具有均匀、细小的蔷薇状组织.当二次加热温度为595℃,保温15 min时,能够得到适合于进行半固态触变成形的球化组织.对近液相线半连续铸造AlSi7MgBe合金坯料进行半固态触变成形,可以获得轮廓清晰、组织致密的成形件,成形件的组织与性能得到改善,与液态模锻工艺相比,硬度提高20%.     

失谐整体叶盘的硬涂层减振研究

提出一种对叶片涂敷硬涂层的减振方法来提高失谐整体叶盘的可靠性,并以叶片双面涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的失谐整体叶盘为例进行振动研究.首先,为了在保证计算精度的前提下提高计算效率,利用固定界面动刚度模态综合法对涂层叶盘有限元模型进行了减缩处理;其次,基于该有限元减缩模型对涂层叶盘进行模态分析,并与全尺寸有限元模型做出了数据比较;最后探究了硬涂层对整体叶盘的影响.研究结果表明,NiCoCrAlY+YSZ硬涂层具有较强的阻尼效应,能够显著抑制整体叶盘的共振响应.     

LD11铝合金活塞裙锻造成形坯料工艺

LD11铝合金活塞裙由于形状复杂、含硅最高,非常难以成形,成形过程中,坯料的形状直接影响产品的质量。因此,坯料形状的选择,一直是该类活塞裙成形的技术难点,首先从理论上对圆柱形的锥台形两种不同形状的坯料在成形过程中金属的流动行为进行了分析,初步了解了它们各自的变形特点,然后采用有限元方法,对圆柱形和锥台形两种坯料的成形过程进行对比模拟,进一步得到了它们在成形过程中速度场、应变场和金属纤维流线的分布规律,通过分析这些场量的不同分布对产品质量所产生的影响,初步选择了活塞裙成形的坯料工艺方案。最后,根据所选的方案进行实物锻造,得到了形状、尺寸和内部质量都比较理想的产品,采用这种理论分析、有限元模拟和实物锻造相结合的方法,不但确定了LD11铝合金活塞裙锻造成成形的坯料工艺方案,同时也说明了它是制订塑性加工工艺的一条良好技术路线。     

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.     

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。     

斗齿模锻过程优化设计方法研究

为提高模锻成形过程设计的计算效率,提出了一种基于正交设计和数值模拟相结合的优化设计方法,该方法将优化过程与有限元模拟相分离.将其应用于斗齿锻件模锻优化设计,优化了锻造过程的外形参数和工艺参数,获得了良好的效果.同时,该方法对其它模锻件成形过程的优化设计也具有指导意义.     

铁路货车支撑座锻造成形过程仿真与实验

分析了支撑座的锻造成形性,提出了一模两件、左右支撑座合二为一的锻造新工艺、新方法,采用塑性成形有限元(FEM)软件DEFORM-3D,基于三维刚粘塑性有限元理论对支撑座的锻造成形过程进行了模拟分析及优化,并利用优化后的工艺方案进行了生产试制.产品检验及应用实践表明:支撑座锻造新工艺可行、锻钢支撑座产品性能稳定可靠.工厂已实现了锻钢支撑座系列产品的批量生产.     

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.     

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.     

基于有限元分析的铝合金等温挤压工艺设计

常规挤压条件下(推杆速度不变)，热挤压件的微观组织(例如亚晶粒)沿长度方向的分布是不均匀的，为了控制(或减少)这种不均匀性，工业界常采用等温挤压工艺，即挤压过程中根据所测的挤压件表面温度去调整推杆速度或对坯料进行梯度加热，研究了如何使用商用有限元软件去设计推杆速度曲线，并比较等温挤压工艺和常规挤压工艺在挤压载荷、温度以及亚晶粒尺寸分布等方面的不同。     

不连续变形对金属塑性影响的模拟与分析

选取最优的应变速率,利用弹塑性有限元分析软件MSC MARC/AutoForge对成形过程进行数值模拟.通过模拟,分析不同摩擦系数、工况温度、材料、锻造次数以及3次不连续变形的不同下压量等重要参数对锻压过程的影响,研究工件的总等效塑性应变、所受最大成形力以及直径的增加程度.探讨了影响圆柱坯料成形和精度的主要因素,得出了对锻造成形工艺以及模具设计起重要指导作用的合理锻造工序.     

厚度梯度准则在成形极限图建立中的应用

介绍了一种预测板料发生颈缩的新准则--厚度梯度准则,该准则基于当板料发生颈缩时沿垂直于颈缩方向的厚度梯度分布存在着极值C;在板料成形过程中,当其厚度梯度值小于临界厚度梯度值C时,认为板料发生颈缩.采用eat/Dynaform软件仿真了HS钢的凸模胀形试验,基于厚度梯度准则有限元计算获得了其成形极限图(FLD).获得的FLD与通过理论计算和试验方法得到的结果进行了对比分析,基于厚度梯度准则的有限元计算结果与试验得到的数据吻合较好,且比理论计算得到的结果更接近试验得到的数据,从而证实了该方法的正确性和优越性.     

厚度梯度准则在成形极限图建立中的应用

介绍了一种预测板料发生颈缩的新准则——厚度梯度准则,该准则基于当板料发生颈缩时沿垂直于颈缩方向的厚度梯度分布存在着极值C;在板料成形过程中,当其厚度梯度值小于临界厚度梯度值C时,认为板料发生颈缩.采用eat/Dynaform软件仿真了HS钢的凸模胀形试验,基于厚度梯度准则有限元计算获得了其成形极限图（FLD）.获得的FLD与通过理论计算和试验方法得到的结果进行了对比分析,基于厚度梯度准则的有限元计算结果与试验得到的数据吻合较好,且比理论计算得到的结果更接近试验得到的数据,从而证实了该方法的正确性和优越性.     

基于减缩模型的硬涂层-失谐整体叶盘动力学分析

提出一种对叶片涂敷硬涂层的阻尼减振方法，并以涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的失谐整体叶盘为实例进行有效性研究.首先，利用改进的固定界面子结构模态综合法对涂敷硬涂层的失谐整体叶盘的有限元模型进行减缩，并求解其振动特性.其次，研究了硬涂层对失谐整体叶盘振动特性的影响.最后，重点分析了硬涂层厚度对失谐整体叶盘阻尼性能的影响.结果表明，硬涂层对固有频率的影响微弱，但有较强的阻尼效应，能够显著抑制失谐整体叶盘的共振响应.