2020年, 第45卷, 第9期　
刊出日期：2020-09-25
  

  • 全选
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    锻造
  • 大型飞机起落架模锻件锻透性研究
    赵明杰, 黄亮, 李建军, 曾嵘, 章晓婷, 张晗, 李蓬川
    锻压技术. 2020, 45(9): 1-7,15. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.001
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    通过反向有限元法设计了起落架模锻工艺路线,分别建立了预锻和终锻过程的三维有限元模型,分析了大型飞机起落架不同锻造过程中的晶粒尺寸和锻透性变化。结果表明,锻造过程对终锻件的残余应变及晶粒分布具有重要的影响。预锻加终锻的锻造过程比其他锻造过程更优。大型飞机起落架的终锻过程继承了预锻结果的残余应变,导致终锻过程的残余应变减小,终锻件的最大残余应变为0.272;终锻过程继承了预锻结果的再结晶体积分数和晶粒尺寸,有效地提高了难成形区域的再结晶体积分数,并细化了晶粒尺寸,终锻件的平均再结晶体积分数为80%,平均晶粒尺寸为Φ40μm。由此可见,预锻加终锻的锻造过程能够有效地提高材料的锻透性,成形出满足使用要求的锻件。
  • 6082铝合金锻造组织不均匀性及其对锻件性能的影响
    张劲, 蒋震, 虞大联, 白玉琳, 邓运来
    锻压技术. 2020, 45(9): 8-15. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.002
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    针对带筋板的连杆类锻件,结合有限元数值模拟,得到锻件的等效应变和有效应力,采用电子背散射衍射(EBSD)方法观察了不同应变区域的微观结构,并研究了锻造组织不均匀性对锻件力学性能和晶间腐蚀性能的影响。研究结果表明,在锻件不同区域,应力、应变存在很大的差距,锻件的微观组织、强度和晶间腐蚀性能存在不均匀性。在等效应变最小的区域,没有足够的变形能,主要是晶粒粗大的变形组织;在等效应变为2.1的区域,晶粒细化效果最为明显,在同样条件下的人工时效处理后的屈服强度和抗拉强度最高,分别为318和340 MPa,并且晶间腐蚀性能也是最佳的;在等效应变最大的区域,由于加大了变形储能,再结晶程度提高,晶粒长大导致强度有所下降。
  • 螺旋锥齿轮锻造成形过程数值模拟及其模具变形规律
    李心蕊, 邢彪, 管延锦, 任启华, 杜晓晓, 纪宝华
    锻压技术. 2020, 45(9): 16-21. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.003
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    为提高螺旋锥齿轮锻造工艺的制造精度和经济效益以及为工艺制定和模具设计提供指导,在工厂已有成形设备的基础上,提出了下料、镦粗-冲孔复合、辗扩、终锻成形的大模数螺旋锥齿轮锻造成形工艺。采用有限元法,通过数值模拟研究得到了终锻成形过程中的应力、应变等物理场量的演变与分布规律,验证了锻造工艺的可行性;通过数值模拟研究了终锻过程中模具齿形的不均匀弹性变形情况,为工艺的制定和模具的设计提供指导。研究发现:下模齿形在热力耦合的作用下产生不均匀变形,下模齿形的高度降低、螺旋线中点的螺旋角减小以及齿廓形状变窄,从而对齿轮齿形的成形精度产生显著影响。
  • 基于数值模拟的钢珠套螺杆多工位冷锻工艺优化
    杜昱青, 陈学文, 连婷婷, 朱红亮, 杜科学, 张家银
    锻压技术. 2020, 45(9): 22-28. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.004
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    针对汽车零部件钢珠套螺杆的成形设计了两套工艺方案。第1套方案的工序2在大高径比镦粗成形时,零件易出现鼓形部位侧面不平整以及折叠的问题,其中,高径比接近于4,大于局部镦粗比的极限值3,故提出第2种方案,即强缩预镦冷挤压方案。在Forge有限元软件中建立了钢珠套螺杆20MnTiB合金结构钢的Hansel-Spittel流变应力模型,并对两套成形工艺方案进行了数值模拟。分析了零件成形过程中的等效应变分布、载荷-行程曲线以及损伤变化规律。结果表明:第2套方案的等效应变分布以及损伤分布均比第1套方案的分布均匀,且等效应变的最大值、总载荷以及损伤的最大值均小于第1套方案,因此,第2套方案为最优方案。通过对模拟结果进行试验验证,可以看出,应用第2套方案终镦成形的零件表面质量良好,金属填充饱满、无裂纹。
  • 斜盘式压缩机双向活塞的锻造工艺及其结构优化
    段晶莹, 付长景, 任勇, 赵庆涛, 方新
    锻压技术. 2020, 45(9): 29-35. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.005
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    设计了斜盘式压缩机双向活塞的锻造模具及其成形工艺,分析了活塞在压缩机实际运行中的受力情况。应用Ansys Workbench软件对锻造铝合金活塞进行有限元分析,根据数值模拟结果采取增大开裆过渡圆角的措施对活塞进行结构优化。最后,通过生产试制及极限试验验证了锻造模具及其工艺的合理性。结果表明:结构优化后的活塞中部开裆台阶处的最大应力从15.9 MPa变为14.2 MPa,应力减少了10.69%,改进效果显著。经过生产试制和方案修正,成形效果良好,力学性能满足图纸要求。经低倍组织观察流线均匀,晶粒较细,无金属夹杂、裂纹等缺陷;在装机极限试验中活塞运行良好,说明改进后的锻造模具和工艺达到了预期的效果。
  • 带法兰球笼万向节外套锻件多向精密成形工艺
    张超, 刘光辉, 张义帅, 王涛, 汪金保, 刘百宣, 刘华
    锻压技术. 2020, 45(9): 35-40. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.006
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    以某型带法兰球笼万向节外套零件为研究对象,根据带法兰球笼万向节外套零件的结构特点,重新设计锻件形状,采用多向精密成形工艺,一步成形接近零件尺寸的复杂形状外套锻件。利用Deform-3D有限元模拟方法,对该锻件的成形过程进行分析,根据充填效果、温度场分布、载荷-时间曲线、等效应力云图等设计相应的模具结构,并进行工艺试验。通过工艺试验成功制得带法兰球笼万向节外套锻件,该工艺较胎模锻成形工艺节材30%,并且减少了锻件的加工余量,有效地缩短了后续机加工时间。目前,该型锻件已批量化生产,产品外观良好、尺寸稳定。
  • ACP1000锻造主泵泵壳制造工艺及质量控制
    张跃, 陈一伟, 赵立彬, 卫东, 李海涛
    锻压技术. 2020, 45(9): 41-44,50. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.007
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    ACP1000核电厂主泵泵壳锻件材料为ASME SA508-3低合金钢,该锻件形状复杂、质量大,锻造、热处理条件差,因此对冶炼、浇注、锻造、热处理以及检验等关键制造工艺提出了较高的要求。为了顺利获得质量可靠、性能优良的主泵泵壳锻件,从冶炼和浇注、锻造和热处理、机加工以及检验和试验4个方面,对主泵泵壳锻件制造的主要关键工艺及质量控制要点进行了介绍,并据此顺利制造出主泵泵壳锻件。经过各项检验、试验可知,该锻件无论在外观尺寸,还是在理化性能及无损检验指标方面,均满足ASME相关标准以及技术规格书的要求,且部分结果存在一定裕度,证明了该方法的可靠性和正确性,为主泵泵壳锻件的制造提供了一条可行道路。
    • 板料成形
  • 二维下料问题的顺序按叠分组启发式算法
    许雁杰, 陈秋莲, 陈燕, 崔耀东
    锻压技术. 2020, 45(9): 45-50. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.008
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    提出顺序按叠分组启发式算法求解二维按叠下料问题,确定按叠下料方案。顺序按叠分组启发式算法按顺序生成组成下料方案的布局图,对于每一个布局图,先根据整叠规则选择毛坯(矩形件)形成的候选毛坯集,再按候选毛坯集分组排样生成当前布局图,并根据整叠规则确定该布局图的使用次数;重复此布局图的生成过程,直至所有毛坯的需求均得到满足,从而确定下料方案。每次生成一个布局图后,通过毛坯价值修正算法对毛坯价值进行修正,使毛坯价值趋于合理。经多次迭代,生成多个不同的下料方案,从中选择总成本最低者作为按叠下料问题的解。实验结果表明,基于整叠规则的顺序分组启发式算法可明显降低二维按叠下料的总成本。
  • 5052铝合金方盒件冲压成形变压边力技术
    李奇涵, 邢继刚, 高嵩, 景淑帆, 何童贵, 徐传伟, 韩小亨, 王宝中
    锻压技术. 2020, 45(9): 51-56. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.009
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    以5052铝合金方盒件精确冲压成形为研究对象,通过拉伸试验获得材料的性能和参数,绘制应力-应变曲线,考虑到材料的各向异性,建立5052铝合金方盒件冲压成形的数值模拟模型,并通过试验验证了模型的有效性。基于数值模型,研究了不同的工艺参数对方盒件冲压成形的影响规律,取得了常值工艺参数的最优组合为:压边力为15.932 kN、摩擦系数为0.175、冲压速度为1313 mm·s-1。进一步研究不同变压边力下的方盒件的冲压成形性能,结果表明,施加Λ型变压边力加载方式可以改善成形质量、提高板材的成形性能。并将模拟下的方盒件与试验结果进行对比,结果相一致,验证了数值模拟的可靠性。
  • 基于Kriging模型的S梁性能梯度热冲压工艺优化
    邢伟鑫, 唐炳涛, 刘纪源, 郭宁
    锻压技术. 2020, 45(9): 57-63. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.010
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    采用加热装置对热冲压模具进行温度分区,使同一零件的不同区域具有不同的冷却速率,最终得到同一热冲压成形件具有梯度性能的方法,是一种有效的热冲压工艺。以S梁为研究对象,利用Ls-dyna仿真软件,基于mode Frontier优化平台,采用Kriging模型的多目标遗传算法,以模具初始温度、板料初始温度、保压时间为输入变量,以板料最终温度、板料厚度和减薄率为目标函数进行优化,获得合理、有效的工艺参数为:B1500HS硼钢的初始温度为900℃、加热区凸模初始温度为500℃、加热区凹模初始温度为520℃、非加热区凹凸模初始温度为30℃、保压时间为5s。最后,采用优化后的工艺参数对性能梯度分布热冲压工艺过程进行仿真,验证了优化结果的可靠性。
  • 6111铝合金温成形数值模拟研究
    夏建生, 陈德茂, 窦沙沙
    锻压技术. 2020, 45(9): 64-69. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.011
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    采用CFT-I型多功能材料表面综合性能测试仪,研究板料初始温度、冲压速度及法向载荷对6111铝合金与H13模具钢之间摩擦系数的影响。利用正交实验得出最优工艺参数组合并进行模拟仿真,通过实验验证有限元模拟的可靠性。研究结果表明:摩擦系数随着温度的升高先减小后增大,随着法向载荷的增加而增大,随着冲压速度的增加而减小;冲压成形后,板料法兰区域温度较低,底面部分温度较高;板料的应力、应变分布规律基本相同,主要发生在侧壁、凸模及凹模圆角处。通过模拟仿真与实验测量可知,零件的最大减薄发生在侧壁区域,凸模和凹模圆角处减薄较小,实验与仿真的厚度分布规律基本吻合,验证了有限元模型的有效性。
  • 扳手状梁类件整体冲压成形工艺
    孙丽, 周海龙, 黄冠鑫, 张亚岐, 刘俊锋, 戴维
    锻压技术. 2020, 45(9): 69-74. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.012
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    针对扳手状梁类件完成收口翻边后模具无法实现脱模,且对向翻孔同轴度难以保证等问题,提出一种扳手状梁类件整体冲压成形的方法。首先,通过对传统凸模结构进行改进,取消收口翻边凸模的支撑结构,利用凸模圆角限位和板料的随形流动实现收口翻边,保证凸、凹模能够顺利脱模;其次,通过前工序的预翻孔和后工序的整翻孔保证对向翻孔的同轴度;此外,利用Dynaform对该种梁类件进行全工序分析;最后,以试制的方式对所提及的方法进行验证,结果表明:取消收口翻边凸模的部分支撑结构可以实现凸、凹模的顺利脱模;且通过预翻孔和整形来提高翻孔的同轴度。使对向翻孔的同轴度可以达到Φ0.3 mm。
  • 基于蓝光扫描逆向工程的某汽车A柱加强板冲压成形回弹补偿
    张辉, 赵朕, 潘爱琼
    锻压技术. 2020, 45(9): 75-80. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.013
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    针对某汽车A柱高强钢加强板零件,首先设计了弯曲→切边冲孔→翻边冲孔→整形切边共4道工序,并进行了全工序模拟,模拟结果显示,零件成形性好、工艺可靠。针对由回弹造成的零件尺寸超差问题,基于蓝光扫描逆向工程技术,对初次试模零件进行蓝光扫描和逆向建模,并将其与零件初始设计模型进行对比,获得了零件的回弹量,并基于此结果对模具进行型面补偿。对回弹补偿后的零件进行检测,30个测量点的尺寸公差均满足设计要求。试验结果表明:该种基于蓝光扫描逆向工程的冲压成形回弹补偿方法是可行、有效的,能够避免反复试模,缩短模具开发周期。
    • 管材成形
  • 轴向对称鳍片管滚弯成形数值模拟
    石朋, 高占民, 陈庆敏, 刘宇, 张晓军
    锻压技术. 2020, 45(9): 81-86. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.014
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    为探究工艺参数对轴向对称鳍片管滚弯成形质量的影响规律,利用ABAQUS软件对轴向对称鳍片管滚弯成形进行数值模拟研究。利用所建立的有限元模型对轴向对称鳍片管、圆形光管的滚弯成形过程进行数值模拟,对比分析了等效应力、等效应变的分布规律。通过外侧壁厚变化率和椭圆率曲线图以及对应的等效应力和等效应变云图,分析了压下量、下辊轮中心距和辊轮转速对轴向对称鳍片管滚弯成形质量的影响,通过分析获得了各个参数的最优取值范围。研究结果表明:通过优化工艺参数能够有效地控制成形件质量。最后通过实际实验验证了结果的正确性,说明通过对轴向对称鳍片管滚弯过程进行数值模拟分析可以获得合理的工艺参数,并可有效地指导实际生产。
    • 特种成形
  • 多辊摆辗新技术理论与数值模拟
    孙少东, 朱春东, 刘鑫
    锻压技术. 2020, 45(9): 87-92. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.015
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    在普通摆辗技术的基础上,提出了一种超大型圆盘件成形新技术——多辊摆辗技术。该技术具有省力、节能、产品尺寸精度高等优点,特别适用于制造超大型圆盘件。首先介绍了多辊摆辗技术的成形原理,然后,借助几何学与塑性成形原理对多辊摆辗的模具、工艺及坯料相关参数的设计方法进行了分析,最后,使用有限元分析软件Deform-3D对多辊摆辗成形超大型圆盘件进行了数值模拟分析,从而证明了所给参数设计方法的正确性,并且分析了多辊摆辗超大型圆盘件成形过程中的工件形状、工件外径、工件应变以及成形载荷的演变规律。研究结果表明,多辊摆辗技术的可靠性高,可为超大型圆盘件的直接成形提供方法。
  • 铝合金薄板自冲铆接疲劳寿命仿真与分析
    郑清春, 王乃鑫, 朱培浩, 张涛, 王炳
    锻压技术. 2020, 45(9): 93-98. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.016
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    建立铝合金薄板自冲铆接结构的疲劳寿命预测模型。采用有限元软件ABAQUS和疲劳分析软件FE-SAFE,通过有限元仿真和数理统计多元正交回归实验,研究了表面粗糙度和残余应力对自冲铆接构件疲劳寿命的影响规律。拟合出自变量为表面粗糙度、残余应力、最大应力,因变量为疲劳寿命的函数关系式,得出疲劳寿命随表面粗糙度和残余应力的变化趋势。研究结果表明:表面粗糙度、残余应力、最大应力及两两交互作用对疲劳寿命的影响从大到小的顺序为:残余应力、表面粗糙度与残余应力的交互作用、表面粗糙度;最大应力为固定值且表面粗糙度不变的情况下,残余应力减小,疲劳寿命增大;残余应力不变的情况下表面粗糙度增大,疲劳寿命减小。疲劳实验结果与仿真结果的平均误差为9.74%,证明仿真结果可靠。
  • 板料姿态多方位调整中走刀方向对成形质量的影响
    朱虎, 李吉龙
    锻压技术. 2020, 45(9): 98-104. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.017
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    在板料姿态多方位调整的数控渐进成形中,为解决对难成形面和易成形面的相对走刀方向的规划问题,研究了工具头的不同走刀方向对成形质量的影响。对于包含有难成形面和易成形面的成形件模型,利用有限元分析和网格成形实验,以工具头同向、反向和正反交替3种走刀方向为研究对象,分析了不同走刀方向对成形件轮廓尺寸和材料流动的影响。研究结果表明:以不同走刀方向成形得到的成形件外形轮廓与设计件外形轮廓的差异程度,由大到小依次为同向、反向和正反交替;以不同走刀方向成形得到的成形件板料扭曲程度,由大到小依次为同向、反向和正反交替。
  • 气门成形过程数值模拟与挤压模具结构优化
    陈磊, 王廷坤, 王宗申, 崔来胜, 朱立华
    锻压技术. 2020, 45(9): 105-112. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.018
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    通过DEFORM-3D建立汽车发动机气门成形过程的有限元模型,对气门挤压和模锻过程进行数值模拟,分别对变形过程中坯料的金属流动规律、温度、等效应变和模具的温度、等效应力、磨损深度进行分析。结果表明,模具过渡圆角处温度和应力集中,磨损情况最为严重。通过改变过渡圆角半径,对挤压模具结构进行优化,得到最佳优化方案。当挤压模具的过渡圆角半径取16 mm时,挤压模具和模锻模具的磨损情况同时改善,模具寿命显著提高。同时,模拟结果与气门锻件金相组织的观察结果基本一致,从而验证了有限元模型及优化过程的合理性与可靠性,可为气门的实际生产提供指导。
  • 选区激光熔化成形AlSi10Mg铝合金零件支撑结构的研究
    何先定, 吴凌, 安治国
    锻压技术. 2020, 45(9): 113-117,136. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.019
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    为研究不同摆放方式和支撑结构对选区激光熔化(SLM)成形铝合金制件尺寸精度的影响,对某无人机停车扳机零件进行了研究。通过对成形制件的成形工艺分析,提出了3种适合SLM工艺的摆放方式,设计了两类支撑结构,并对摆放方式及支撑结构的6种组合进行了工艺试验。对试验所得的不同制件从支撑体积、单独打印时间、零件支撑表面积及表面积占比4个方面进行了比较。同时,对去除支撑后的制件进行了三维激光扫描和误差分析。结果表明:采用立式正装a方式,支撑体积最小,设计支撑面也最小,表面效果及成形精度最好。当激光功率为400 W、扫描速度为1100 mm·s-1、铺粉厚度为50 μm、扫描间距为110 μm时,可以将制件的正负偏差控制在0.3 mm以内。
  • 采用均匀压力线圈的铝合金曲面零件电磁校形
    梅龙, 刘维, 邹希凡, 黄尚宇
    锻压技术. 2020, 45(9): 118-122. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.020
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    回弹是铝合金板料成形工艺中不可避免的问题之一,直接影响到铝合金零件的成形精度。根据铝合金曲面零件的形状特征,采用具有3D随形结构的均匀压力线圈进行电磁校形,运用全过程多物理场耦合数值模拟方法分析铝合金曲面零件的应力状态与分布均匀性的演变过程,以揭示采用均匀压力线圈的铝合金曲面零件电磁校形机理。研究结果表明:冲压成形曲面零件在厚度方向上应力分布不均匀,外层受拉应力、内层受压应力,卸载后零件回弹严重;采用均匀压力线圈对冲压预成形零件施加整体近均匀分布的脉冲磁压力,曲面零件应力分布更均匀,内、外层均受拉应力,卸载后零件回弹大大减小,零件成形精度大幅提高。
  • 基于有限元的铝合金发动机盖外板充液成形
    杨文江, 崔礼春, 张稳定, 佘威
    锻压技术. 2020, 45(9): 123-129. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.021
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    应用有限元模拟技术,对铝合金发动机盖外板充液成形过程进行研究,既利用“摩擦保持”效应减少零件表面出现滑移线的风险,又避免该效应产生的零件减薄不足的问题。通过建立铝合金发动机盖外板的有限元模型,对压边力、液室压强加载曲线等进行正交试验优化,模拟不同参数下的成形缺陷,最终得到最优液室压强加载曲线,即压边力设置为1250 kN,成形至115 mm时液室压强加载至5 MPa并保持至成形完成、到底后主动加压至14 MPa。开发模具实物后,试验验证结果与有限元模拟基本吻合,得到了A面品质、减薄率等符合要求的合格零件。
  • 双锥形构件旋压成形对组织与性能的影响
    杨文华, 赵建斌, 郝花蕾, 崔旭昌, 郝爱国, 吉卫
    锻压技术. 2020, 45(9): 130-136. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.022
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    为了实现铝合金双锥形构件成形,提出采用多道次旋压和冲旋成形两种方法,并研究了两种方法对旋压件厚度及贴模间隙的影响规律,以及对不同部位的组织与性能的影响规律。结果表明:多道次旋压后的零件壁厚不均匀,且贴模间隙达到1 mm左右;冲旋成形后零件的壁厚均匀,且贴模间隙较小,仅为0.2 mm以下。经两种旋压方式成形后的试验件侧壁的抗拉强度为162~171 MPa,比原材料强度提高了27%~34%;口部的抗拉强度为133~149 MPa,比原材料强度提高了4.7%~17%。旋压后的组织分布不均匀,并且显微组织沿构件轴向和切向均发生了伸长。旋压之后,断口中韧窝的数量在不断减少,准解理平面不断增多,而且减薄率越大这种现象越明显。
  • 非均匀网格数铣锥底瓜瓣分区滚弯成形工艺参数研究
    胡德友, 李继光, 杜正勇, 杜佳明, 王亚龙, 陈凤贺
    锻压技术. 2020, 45(9): 137-143. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.023
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    运载火箭箱底结构考虑到传力及空间等因素,常采用锥形底设计。针对锥形底用非均匀网格数铣锥底瓜瓣的成形精度控制,采用分区滚弯成形工艺参数进行研究,探究网格区及法兰区在成形过程中的受力变形趋势。结果表明:当数铣锥底瓜瓣受到非均匀网格的结构限制时,在网格区与焊接区的薄厚交界处存在突变,出现反向变形,相互制约;同时,发现侧轴倾斜高度差对网格区直线度的影响较小,但对于弧度间隙影响显著;由于中间网格区域与轴向上、下端辅助筋条区的强度差异,且受到网格区受力制约,轴向易呈现焊接区内凹、网格区外凸的现象,当上、下轴夹持间隙为20 mm、网格区侧轴倾斜高度差为90 mm、法兰区侧轴倾斜高度差为110 mm时,弧度间隙可控制在2.0~3.5 mm、直线度可控制在4.0~5.5 mm以内。
    • 装备与成套技术
  • 波纹辊轧机辊系垂直振动的仿真与分析
    魏静静, 王涛, 和东平
    锻压技术. 2020, 45(9): 143-147. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.024
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    波纹辊轧机在轧制复合板过程中由于辊型曲线的影响经常会发生振动现象,波纹辊轧机辊系的垂直振动会影响轧制过程的稳定性,故以波纹辊轧机为研究对象,建立了轧机4自由度垂直振动模型。利用有限元软件ABAQUS,分别对波纹辊轧制与平辊轧制过程进行了仿真模拟,并对轧制过程中轧制力的变化情况进行了对比与分析。求解了波纹辊轧机辊系的固有频率,并利用Adams/Vibration分析模块,对波纹辊轧制与平辊轧制时轧辊的动态响应情况进行了仿真与分析。分析结果表明:由于波纹辊表面为波纹形,波纹辊轧制复合板时的轧制力比平辊轧制的轧制力大且轧制力波动较大,在垂直方向的振动较为明显。
  • 马架扩孔自动进给装置系列化参数化设计
    曹繁, 兰箭
    锻压技术. 2020, 45(9): 148-154. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.025
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    针对传统马架扩孔装置需依靠人工操作芯轴及环件转动的问题,提出了马架扩孔自动进给装置,并进行结构设计,以提高装置的自动化程度。该装置仅适用于小型环件,为了更大程度地满足需求,开发了一套系列化参数化设计系统,通过该系统可快速设计出一套新的扩孔装置,显著提高设计效率。首先,基于Deform在不同压下量和转动角度下进行数值模拟,确定最佳工艺方案,得出各系列环件的参数;然后,通过对构型进行分析,找出装置设计的内在驱动链,推导出各基本参数的计算公式、校核分析等内容,并基于计算机技术为之提供软件支撑,实现装置的系列化设计;最后,利用现有装置基于CATIA软件建立原型模板,通过参数化建模和CATIA二次开发相互结合,开发出高效实用的计算机辅助设计系统,通过输入不同的参数值即可驱动模型的变更,获得满足设计要求的新模型,实现参数化设计。
  • 压力机平衡力对转动副间隙的影响
    杨莉, 张思颖, 秦泗吉
    锻压技术. 2020, 45(9): 155-161. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.026
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    根据非参数刚体接触-分离的转动副间隙分析模型,以间隙变化量大且对平衡力施加变化最敏感的转动副作为研究对象,对200 kN小型压力机所需的最佳平衡力进行了研究。为了确定压力机所需的最佳平衡力,从间隙角位移、间隙角速度、滑块运动误差和间隙碰撞力4个方面给出了间隙变化的评价指标。通过在滑块上施加不同的平衡力,分析4个间隙评价指标的变化,确定了施加给压力机滑块的最佳平衡力。最后,应用Adams仿真,验证了针对偏置六连杆机构拉深成形压力机,采用该间隙模型预测压力机的最佳平衡力是合理可行的。
  • 封头压机移动工作台在不同负载下启动速度波动问题的研究
    王金鹏, 王才才, 赵梅香, 史青, 王生金
    锻压技术. 2020, 45(9): 162-165. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.027
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    为研究封头压机移动工作台在不同负载下启动速度波动较大的问题,以40 MN封头压机为例,基于对移动工作台液压油缸启动过程中受力的理论分析,利用AMESim仿真软件对移动工作台的液压回路进行建模和仿真分析,得到移动工作台液压油缸进油端的压力变化曲线和速度变化曲线。通过调节负载重量、是否增加调速阀等方式,得到了相应的压力变化曲线和速度变化曲线,并进行了对比分析。仿真结果表明:在移动工作台液压回路中,增加调速阀可以大幅降低不同负载下移动工作台启动速度的波动和压力的波动。
    • 模具
  • 基于响应面法的齿轮轴模具磨损目标参数优化
    何伟, 董万鹏, 孙礼宾, 孟翔耀, 朱越
    锻压技术. 2020, 45(9): 166-170. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.028
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    为提高模具寿命,提出了利用响应面法(RSM)和有限元技术(FEM)相结合,以多目标锻造工艺参数为优化目标的优化方法。以齿轮轴预锻下模磨损量为优化目标,建立了有限元数值模拟与响应面法相结合的二阶响应面回归分析模型,求得该模型的拟合度为96.57%,并基于响应面目标函数求得最佳工艺参数组合为:始锻温度为1190℃、摩擦系数为0.3以及模具硬度为54 HRC。通过Deform-3D数值模拟对目标参数进行了验证,得到磨损量为2.48×10-4 mm,根据允许最大磨损量0.5 mm,得到模具寿命为2016件,满足期望值2000-100+200件的生产要求,并基本符合生产验证所得的实际模具寿命2005件。
    • 材料与成形性能
  • 8Cr5MoV冷轧工作辊用钢的热变形行为
    朱元健, 李亨, 王汉, 张振威, 罗吉平, 吴玉程
    锻压技术. 2020, 45(9): 171-176. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.029
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    利用Gleeble-3500热模拟机在变形温度为850~1150℃、应变速率为0.005~5 s-1、最大变形量为60%的条件下,对8Cr5MoV冷轧工作辊用钢进行热压缩试验。通过研究试验获得的真应力-真应变曲线,获得了该合金的热变形行为及热加工特征,并采用双曲正弦模型来描述8Cr5MoV合金钢的热变形行为,建立了该试验条件下材料的本构方程和热加工图。研究结果表明:Arrhenius模型可以较好地表征8Cr5MoV合金钢的热变形行为,在本试验条件下热变形激活能为393.6075 kJ · mol-1;在不同应变条件下,8Cr5MoV合金钢的热加工图有显著差异,与动态再结晶软化有关。在变形温度为1075~1150℃、应变速率为0.0183~1 s-1时,能量耗散效率均在31%以上,能量耗散效率峰值可达38%,热加工性能最佳。
  • 时效处理工艺对Mg-12Zn-2Ca合金组织与性能的影响
    王博
    锻压技术. 2020, 45(9): 177-180. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.030
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    通过对Mg-12Zn-2Ca合金进行不同的T6处理(固溶+人工时效)工艺,并观察显微组织和测试布氏硬度,研究了时效处理工艺对Mg-12Zn-2Ca合金组织与性能的影响。试验结果表明:Mg-12Zn-2Ca合金在380℃下固溶20 h后,在180℃下进行不同时间的时效处理,随着时效时间的增加,合金的硬度值出现急剧上升,在时效12 h时达到阶段高点,之后在相对较小的区间波动,至96 h时达到最高点,随后出现明显回落。因此,Mg-12Zn-2Ca合金在380℃下固溶20 h后,在时效温度为180℃下的最佳时效时间为96 h,合金硬度到达最高值,为89.7 HBW,其组织为等轴晶α-Mg基体相以及在α-Mg相之间与α-Mg相内部弥撒分布着的Mg5Zn13Ca2与Mg6Zn3Ca2等第二相。
  • W含量对新型超高强度钢热塑性的影响
    宁静, 王敖, 苏杰, 王毛球, 刘振宝, 梁剑雄, 程兴旺
    锻压技术. 2020, 45(9): 181-186. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.031
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    为研究合金元素W对新型超高强度钢热塑性的影响,采用Gleeble-1500热模拟试验机研究了两种不同W含量的新型超高强度钢的高温拉伸行为,试验温度范围为800~1200℃,应变速率为0.1 s-1。结果表明:不同W含量的试验钢的抗拉强度接近,但低W含量的试验钢的断面收缩率明显优于高W含量的试验钢。800~900℃范围内,两种试验钢均因动态回复程度的升高而使得塑性变好,1000℃以上时,塑性的提升依赖于动态再结晶的进程,而高温时晶界熔断会造成断面收缩率的明显下降。结合微观组织分析得出,大颗粒含W未溶碳化物对热塑性的危害远高于细小弥散的Nb、Ti、V的析出碳化物。因此,对于高W含量的试验钢,应采用更长时间的固溶处理以实现良好的热塑性。
    • 理论与实验研究
  • BP-ECAP中背压和温度对铜变形的影响
    吴春凌, 周龙, 陈斌, 刘霞
    锻压技术. 2020, 45(9): 187-193. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.032
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    背压等通道转角挤压能够大大提高晶粒的细化度,同时防止裂纹的产生,使试样的微观组织和力学性能得到显著的提升。利用有限元软件Deform-3D,对已预压缩的铜切屑背压等径角挤压进行模拟,分析不同背压和温度条件下等效应变的变化,探索最佳温度和背压,使具有超细晶结构的铜切屑在块体成形的过程中,最大程度地提高致密性并保持其超细晶微结构。结果表明:当背压在0~50 MPa内、温度在20~300 ℃时,增大背压或温度,铜所受的等效应变增大,变形更为均匀,同时试样的致密度高;当背压超过50 MPa或温度高于300 ℃时,铜所受的等效应变会大幅度降低;当背压为50 MPa、温度为300 ℃时,铜所受等效应变最大、变形均匀、晶粒细化程度较好且致密度高。
  • 热态锯切条件下锯齿磨损实验与有限元仿真
    王琛, 双远华, 陈建勋, 张雨田, 李潮, 王文豪
    锻压技术. 2020, 45(9): 194-200. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.033
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    热态锯切过程中的锯齿磨损对锯切质量和加工效率有着重要的影响。首先,根据锯齿直线运动的假设,对锯切过程进行了分析;进而基于Usui模型建立了锯齿磨损仿真模型,并对磨损模型进行了实验验证。仿真研究了不同工艺参数(锯切线速度、单齿锯切深度与实验温度)对锯齿前刀面磨损的影响规律。最后,通过构建磨损敏感度表达式,探讨了不同工艺参数对磨损量的影响程度。结果表明:锯齿前刀面月牙洼深度随着锯切线速度、单齿锯切深度的增加而增加,随实验温度的增加而减小;月牙洼最深处距齿尖的距离随锯切线速度的增加而减小,随单齿锯切深度和实验温度的增加而增加;影响锯齿磨损的各个因素的主次顺序为:实验温度、锯切线速度、单齿锯切深度。
  • 等剪应力钢丝缠绕缸筒的有限元模拟与应用
    杨晓俊, 夏卫明
    锻压技术. 2020, 45(9): 201-211. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.034
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    结合厚壁缸筒等剪应力钢丝缠绕理论,给出了厚壁缸筒等剪应力缠绕的有限元模拟方法。由于有限元模拟和实际缠绕施工中,对钢丝层按多个等厚度的台阶进行简化,使得缠绕后各钢丝台阶中的剪应力比理论值略低,实际的预紧效果略低于理论设计。根据各钢丝台阶剪应力有限元解和理论解的差值,提出了误差率的概念,并给出了误差补偿措施,经过误差补偿后的有限元模型,有限元解和理论解一致。讨论了预紧系数的意义和取值范围,并结合50 MN预应力钢丝缠绕液压缸的设计,研究了在最小预紧系数和极限预紧系数的范围内,初始缠绕应力随预紧系数的变化规律,以及预紧工况和合成工况下,芯筒内外壁径向、切向应力的变化规律。
    • 计算机应用
  • 宽腹高筋大锻件局部加载成形的狼群算法优化
    赵成喜, 陈金萍
    锻压技术. 2020, 45(9): 211-218. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2020.09.035
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    为了提高宽腹高筋大锻件筋部填充性和晶粒尺寸的均匀度,提出了模拟狼群围捕猎物过程的工艺参数优化方法。分析了宽腹高筋大锻件的局部加载成形工艺,以坯料温度、压力机加载速度、单次压下长度作为优化参数,以筋部填充性和晶粒均匀性为目标,建立了优化模型。使用最优拉丁超立方法设计了实验,得到了不同实验条件下的有限元仿真结果。使用BP神经网络拟合质量参数与工艺参数之间的非线性关系,经测试,BP神经网络的拟合精度较高。模拟狼群围捕猎物过程,将最优参数组合视为食物浓度最大位置,则可以将参数寻优过程转化为狼群算法的搜索过程。经仿真和生产验证,优化后的筋部等效未填充高度减少了68.9%,晶粒尺寸均值减小了18.2%,晶粒尺寸标准差减小了27.5%,证明了该优化方法的有效性。
锻压技术
Forging & Stamping Technology
ISSN 1000-3940
CN 11-1942/TG

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