绿色节能制造技术——液压成形研究现状及发展

液压成形是依靠高压液体使金属坯料贴模成形的柔性加工工艺.它具有成形产品质量轻、刚度好、形状及尺寸精度高、模具简单和生产周期短等诸多优点,目前已在国外汽车工业中得到广泛应用.就液压成形工艺原理及分类进行了介绍,概述了液压成形设备发展及该技术在工业领域中的应用,并且总结了国内外相关研究进展及发展趋势.     

大型锥形方管特种成形工艺

在研究大型锥形方管无模拉伸变形机理的基础上，建立了大型锥形方管无模拉伸速度控制模型，制定了大型锥形方管无模拉伸特种成形工艺以及确定主要工艺参数.用无模成形代替普通的大型锥形方管生产工艺中的全部成形工序，工艺及设备简单，无模拉伸的同时完成形变热处理，提高产品的综合性能.该方法特别适用于强度高、摩擦力大、塑性低的变断面管件.模拟实验结果表明，无模拉伸工艺能够拉伸出较理想的锥形方管，产品的尺寸精度及外观均较折弯焊接的钢管优越.实际尺寸与理论尺寸误差小于78%，具有实用价值.     

曲面法优化超高强度钢的淬火工艺参数

为获得超高强度钢22MnB5热成形过程中最佳的淬火工艺参数,采用正交实验设计法进行实验设计,并采用响应曲面法对实验结果进行优化分析.选择奥氏体化温度和保温时间作为优化因子,研究各因子对淬火硬度和抗拉强度的影响.先对淬火硬度以及抗拉强度进行了单目标优化,获得了单目标最优值,再结合理想点法对各目标进行了多目标优化,获得全局最优值.最后从微观角度对优化结果展开了探讨,进一步验证了预测模型的可靠性.     

空心管件压形模的设计

为设计实现空心管件压形模,通过对空心管件的变形分析,考虑具体模具设计要求,介绍了模具结构及工作过程.结果:完成了在曲柄压力机上使用的空心管件压形模的设计,并给出了模具结构、工作过程及主要零件的设计要点.此模具灵活可靠、操作方便,可以运用到类似的管件成形模设计中,填补了空心管件在压力机上利用模具成形的空白.     

小直径高压加氢换热器的制造

某石化厂30万吨/年润滑油高压加氢装置使用的小直径高压加氢换热器具有直径小、器壁厚的特点,筒体成形时的变形量较大,换热器管程和壳程的密封元件是Incoloy 825材质的Ω密封环,材料特殊,加工精度要求高、制作难度大,通过多方面论证,确定利用钢板分两瓣热冲压成形的的工艺方案制作筒体,不仅能够降低设备的预算、而且节约了大量的制造成本。     

大型锥形方管特种成形工艺

在研究大型锥形方管无模拉伸变形机理的基础上,建立了大型锥形方管无模拉伸速度控制模型,制定了大型锥形方管无模拉伸特种成形工艺以及确定主要工艺参数.用无模成形代替普通的大型锥形方管生产工艺中的全部成形工序,工艺及设备简单,无模拉伸的同时完成形变热处理,提高产品的综合性能.该方法特别适用于强度高、摩擦力大、塑性低的变断面管件.模拟实验结果表明,无模拉伸工艺能够拉伸出较理想的锥形方管,产品的尺寸精度及外观均较折弯焊接的钢管优越.实际尺寸与理论尺寸误差小于7.8%,具有实用价值.     

基于动态碳配分机制的高强塑积热成形钢研究

通过直接淬火、QP、回火等工艺对一种低碳含铜钢进行热处理,并使用拉伸试验机、落锤冲击试验机、扫描电镜、电子探针、X射线衍射、透射电镜等手段对其力学性能、显微组织和冲击性能进行表征.在连续冷却淬火过程中观察到碳在马氏体和残余奥氏体间的动态配分现象,QP处理和低温回火可改善实验钢的冲击韧性;实验钢综合力学性能良好:强塑积大于20 GPa%,抗拉强度超过1 400 MPa,延伸率约14%,室温冲击功高于40 J.结果表明,所开发的实验钢可以满足热冲压工艺对成形淬火一体化的要求,可作为具有高强塑积的热成形用钢.     

空心双拐曲轴内高压成形数值模拟的研究

内高压成形技术作为一种先进的轻量化的成型工艺广泛应用于汽车、航空、航天等轻量化领域,近年来成为广泛关注的热点。应用有限元模拟软件DYNAFORM对空心双拐曲轴内高压成形过程进行模拟,研究了不同加载路径下轴向进给和内压力对内高压成形的影响,给出了最佳的成形压力和轴向进给的加载路径,成形结果均较理想,得到了合格的成形零件。     

材料成形性能研究

同一种材料在不同的成形工艺条件下其成形性能各不相同,本文通过弯曲、拉伸、热疲劳、热成形、超塑成形及光学显微试验等试验方法,分析了几种典型金属材料在不同温度下成形性能的高低,从而确定其合理的成形参数。     

Zr基非晶合金超塑性成形工艺研究

采用感应耦合等离子体刻蚀工艺制备了微型硅模具,基于硅模具研究了非晶合金Zr41.25Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5的超塑性微零件成形工艺.采用差示扫描量热仪测定了Zr41.25Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5的过冷液相区间为360～440℃,在过冷液相区间热压成形非晶合金微零件、机械研磨去除零件飞边和采用40%的KOH溶液腐蚀去除硅模具,得到非晶合金微型零件.自主研制了成形设备,仿真分析与实验相结合,解决了成形过程中设备的温度控制问题,比较分析了不同温度下的成形结果,实验与仿真结果符合较好.在410℃条件下成功制备出模数0.03、齿数66和厚度500μm的微型内齿轮,齿形轮廓清晰,X射线衍射仪扫描结果显示该微齿轮为非晶结构,从而验证了采用该工艺制备微型零件的可行性.     

大口径无缝钢管淬火冷却均匀性影响因素

根据目前无缝钢管常用的外表面常压管射流与内表面轴向喷射冷却方式,采用有限元分析软件ANSYS对大口径钢管淬火过程温度场进行数值模拟.分析了钢管的管径、钢管的旋转速度及内喷射冷却介质——水的浸润角对钢管径向冷却均匀的影响.结果表明:在大管径条件下,管径对冷却均匀影响不大;钢管的旋转速度不低于60 r.min-1,水的浸润角为270°左右时,钢管径向冷却均匀较好.     

弹性/黏弹性混合管道瞬变流参数校核方法

为探究弹性管道与粘弹性管道串联混合连接的管道系统瞬变流压力波动的影响规律,设计并搭建了弹性/粘弹性串联混合管道系统瞬变流实验台,分别是镀锌钢管、镀锌钢管与聚丙烯（polypropylene,简称PPR）管混合管和镀锌钢管与聚乙烯（polyethylene,简称PE）管混合管。在不同初始流量情况下,分别对三种管道系统进行了瞬变流实验,基于实验数据,对粘弹性管道瞬变流模型结合一维拟稳态摩阻模型的参数进行校核,并提出了混合管道瞬变流参数校核方法。结果表明：使用粘弹性管道替换部分弹性管道会使得瞬变流压力波峰值衰减幅度下降,钢管/PPR混合管道相比钢管/PE混合管道具有更大的下降幅度。改变初始流量不会引起压力波相位发生改变,其对粘弹性效应产生的影响可以忽略不计。此外,应用一维拟稳态摩阻模型可以较准确地模拟混合管道瞬变流的压力波动过程,本文所提出的混合管道瞬变流参数校核方法可简便且准确地校核混合管道瞬变流参数,为工程中混合管道瞬变流的数值计算提供参考依据。     

非织造复合材料模压成形冷却过程数值模拟

针对非织造复合材料模压成形的冷却过程,从材料、模具及成形工艺三方面探讨了影响制品冷却效果的因素.基于Laplace传热理论,建立了模压成形模具的三维稳态仿真模型以及制品的一维瞬态仿真模型.以汽车左右轮罩地毯为例,进行了三维数值模拟仿真及实验验证.轮罩地毯31个特征点的仿真结果在数量级及分布趋势方面均与现场测量数据比较吻合,证明了非织造复合材料模压成形冷却过程数值模拟的精度和实用性.     

稠油热采注蒸汽管网枝状布置优化设计

采用最优化方法设计管网可以最大程度地提高管网的总体经济效益。为了在管网设计中较好地体现注汽井分布不规则的情况,提出了一种稠油热采注蒸汽干管拐弯的枝状网布置形式和优化设计方法。该种管网布置方式是将每个方向伸出的干管分成两段,中间拐弯,能够较好地体现注汽井分布的不规则性。以初投资的年摊还额和运行费用为优化设计目标函数,把管线管径、保温层厚度、注汽站位置和干管走向与长度等设计变量纳于一体,同步设计,得到了总体最优的设计管网,并开发了优化设计软件。根据某油田的实际井位分布情况,运用该软件进行了设计。在相同的经济参数下,优化设计结果同实际管网的对比表明,优化管网大大降低了干管的长度和年运行费用,提高了管网的总体经济效益。     

顶管施工模型试验系统研发与应用

针对顶管施工产生的施工扰动问题和现有模型试验设备的不足,研发对管壁注浆压力、土仓压力和土体损失率能进行精确控制的室内顶管模型试验系统,并以海口给排水管网改扩建工程为背景,通过管线预埋的方式研究近间距顶管顶进对既有管道和地表竖向变形的影响.研究结果表明:研发的室内模型试验系统可以精确控制管壁注浆压力、土仓压力和土体损失率,试验系统得到的数据正确可靠;顶管顶进时会对既有管道产生附加应力,但附加应力远小于围岩应力,实际现场中无需考虑附加应力对管片承载的影响;现场顶进施工需对机头的切削速率和顶进速率进行协同调控,且严格控制出土速率,从而实现对地表竖向变形的有效控制.可为今后现场平行顶管施工提供有效指导.     

热压机床加热系统的研究

研究了利用加热管进行加热的压机设备加热系统，该加热系统与目前正在使用的高频介质加热系统相比，具有低成本、高效率、安全可靠等优点     

长钢顶管稳定特性的有限元分析

随着钢顶管直径和顶进距离的不断增大,复杂受力条件下的钢顶管屈曲破坏成为了施工过程中的工程隐患.通过简化长径比超过100的钢顶管受力模型,探讨了长钢顶管稳定特性有限元分析方法.首先进行钢顶管管道的特征值屈曲计算,得到管道的一阶屈曲模态.再将一阶模态作为初始缺陷引入到钢管,进行弹塑性屈曲极限分析.通过算例分析了钢顶管在各种基本荷载及不同组合荷载下的屈曲模态,并探讨了其弹塑性稳定极限荷载的变化规律.分析结果反映了钢顶管屈曲工程案例现象,并建议通过控制注浆效果和顶进措施来提高管道的稳定安全性,对于高围压下的钢顶管尤其需要注重顶力控制.     

热管刀具的设计及散热性能测试

为设计结构合理的热管刀具,研制了热管性能测试系统,模拟热管在车刀内的工作条件,通过正交试验优化热管使用参数.在此基础上,分别设计了嵌入式、侧压式和槽嵌式3种不同热管植入形式的热管刀具,并进行干车削45#钢实验,以量化评估这几种热管刀具的散热性能.对热管的传热测试结果表明:圆热管和扁热管在受热段长度18 mm、冷却段长度20mm、循环冷却水温度75℃、热管弯曲5°时的传热效果最优.对这几种热管刀具的切削量热实验表明:嵌入式热管刀具中的热管传热效率最高,槽嵌式的次之,侧压式的最弱.     

换热站监控系统设计

通过对换热站换热特性的分析．设计了供热系统的控制方案。采用温度-压力模糊串级控制方案控制二次网供回水平均温度．缩短调节时间;利用变频调速技术进行补水定压的控制。降低能耗。采用组态软件编写了监控画面。该系统能够帮助运行管理人员及时准确地了解现场运行工况、调整运行参数．从而能有效提高整个集中供热系统运行的安全性、稳定性和经济性。     

探地雷达在地下顶管脱空检测中的应用效果分析

为了对顶管周围的脱空和密实情况进行探测,结合工程实例,采用探地雷达对水泥顶管和钢制顶管开展实践探测工作和试验性探测研究;同时,从理论上建立了水泥顶管和钢管顶管的脱空模型,开展探地雷达二维有限单元法正演模拟。研究结果表明:探地雷达对水泥顶管周围的脱空情况进行探测时,能取得很好的效果;探地雷达对钢制顶管周围的脱空情况进行探测时,由于雷达天线与管壁之间的多次反射信号强烈,对脱空的探测效果很差。因此,探地雷达对于水泥制的顶管脱空检测是可行的,而对于钢制顶管的脱空检测需要研究新的无损检测方法、研制新的设备,以便取得好的应用效果。