2021年, 第46卷, 第5期　
刊出日期：2021-05-25
  

  • 全选
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    锻造
  • 间隔衬套温精锻成形工艺方案设计
    骆静, 张驰, 周立华, 向渝, 陈勇全, 何拥忠
    锻压技术. 2021, 46(5): 1-6. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.001
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    某款间隔衬套下端因其具有8个异形齿爪而在加工过程中较难成形,针对该问题设计了两种成形工艺方案,并借助有限元分析软件模拟两种方案下间隔衬套的成形过程及齿爪处的金属流动情况,量化比较了两种方案中齿爪的充填效果。模拟结果表明:初步成形工艺方案中,齿爪的充填以轴向挤入为主,其金属流动较差、充填效果不饱满,齿爪外侧充填较内侧的差,外侧最大不饱满高度约为1.5 mm,内侧最大不饱满高度约为1.0 mm,达不到后续机加工的要求;改进工艺方案中,齿爪的充填方式为金属轴向挤入和周向流动的复合充填,外侧最大不饱满高度降至0.4 mm,改善效果明显。应用改进工艺方案进行工艺实验,其试制产品和模拟结果具有较好的一致性,锻件可以满足后续机加工的设计要求。
  • 四通阀体热锻成形CAE分析及工艺优化
    王波, 张加正
    锻压技术. 2021, 46(5): 7-11. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.002
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    为了解决实际生产中遇到的四通阀体在多向模锻成形中填充不满、冲头载荷大的问题,采用有限元软件DEFORM-3D对四通阀体的填充过程进行了数值仿真,通过模拟结果研究了水平冲头进给速度、垂直冲头进给速度以及坯料加热温度对锻件温度分布的影响。同时,为了获得最优参数,采用控制变量法研究了水平冲头进给速度、垂直冲头进给速度以及坯料加热温度对四通阀体质量的影响。研究结果表明:合理地选择冲头进给速度及坯料加热温度,可以避免锻件在成形过程中局部流速差过大或者温度分布不均匀,从而避免锻件在冷却过程中产生应力,有效地提高了锻件质量。最优热锻工艺参数为:水平冲头进给速度为7 mm·s-1,垂直冲头进给速度为18 mm·s-1,坯料加热温度为1050℃。
  • 锻造工艺对易切削钢中硫化锰及力学性能的影响
    王英虎
    锻压技术. 2021, 46(5): 12-18. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.003
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    采用金相显微镜、扫描电镜和ASPEX扫描电镜-能谱仪等方法,研究了锻造工艺对易切削钢中硫化锰形貌、长宽比、尺寸、最大弦长、数量及其力学性能的影响。研究结果表明:铸态试验钢中的硫化锰呈近似球形或纺锤形,大部分硫化锰在基体内任意分布,少量硫化锰沿晶界呈链状分布;锻态试验钢中的硫化锰沿着锻造方向伸长,与铸态试验钢相比,其长宽比与最大弦长增大、尺寸减小、单位面积内数量增加。铸态试验钢拉伸断口的主要特征为解理台阶与河流花样,断裂方式为脆性断裂;锻态试验钢的拉伸断口为解理和韧窝混合型形貌,断裂方式为韧性断裂。锻态试验钢的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率及冲击韧性与铸态试验钢相比均有明显改善。
    • 板料成形
  • 八字形零件渐进成形机理分析
    向青林, 叶春生, 汪兴
    锻压技术. 2021, 46(5): 19-24. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.004
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    利用三层实体单元和壳单元,对非对称类零件(八字形零件)的渐进成形过程进行数值模拟,研究了成形过程中板料不同区域的厚度变化、应力状态以及各区域应变分量占比与演化历史,并对零件的两个特征截面——中部截面和拐角截面进行了比较。结果表明:渐进成形具有局部变形特征,工具头附近区域的应变值剧烈增加,远离工具头区域的应变值缓慢增加并逐渐趋于平稳;成形角度虽然相同,但八字形零件成形后的中部减薄程度比拐角严重;中部与拐角截面正应变分量占比大致相同,前者的xy平面切应变ε12占比较大,而后者的yz平面切应变ε23占比大,说明ε12是导致中部截面减薄更严重的主因;成形过程是拉伸、剪切与弯曲效应的集合,拉伸效应与弯曲效应相互叠加,且拉伸效应对成形过程的影响最为显著;正弦定律不能完全适用于对非对称类零件厚度的预测。
  • 基于挤压成形再冲压工艺的后悬弹簧连杆轻量化设计方法
    黄志超, 彭晓亮, 汪伟, 张帆
    锻压技术. 2021, 46(5): 25-33. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.005
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    传统后悬弹簧连杆制造工艺繁多,且在实际工作过程中的耐久性和强度等性能表现并不佳。通过引用新型铝合金材料,以挤压成形为冲压毛坯成形工艺,并结合成熟的冲压工艺,取消了电泳后处理工艺,而且重新设计了零件结构,从而设计出新型铝镁硅可热处理强化合金的后悬弹簧连杆。通过有限元模拟分析进行初步设计,并利用试验车以及台架试验验证有限元模拟分析的准确性和设计思路的可行性。结果表明:新设计有较好的可制造性,其重量相比原冲压焊接设计减少了40%,强度性能提高了38%,刚度性能接近原钢件设计。无焊接变形的新工艺明显减少了四轮定位参数的变化量,提高了轮胎使用寿命,而且悬架整体硬点不变,且成本略有减低。
  • 船用双曲率板件冷压成形回弹模拟与试验
    杜忠民, 肖凡, 刘维, 周海波
    锻压技术. 2021, 46(5): 34-38. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.006
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    针对船用双曲率板件冷压成形,选取以弯曲变形方式为主的冲压方向,能够提高零件冷压成形性能,但是,回弹是板料弯曲成形中不可避免的问题之一,严重影响了板件冷压成形精度。分别采用动力显示算法与静力隐式算法对双曲率板件冷压成形与卸载回弹过程进行有限元模拟,并基于回弹预测对模具进行了3次迭代补偿设计。板料最终厚度减小不超过10%、增加不超过5%,未产生严重减薄与起皱缺陷,零件成形尺寸与设计尺寸之间的偏差小于3 mm,形状偏差降低了50%以上,有效地提高了其成形精度。对该双曲率板件进行冷压成形试验,通过测量零件形状和尺寸,验证了零件的冷压成形符合设计要求。
  • 基于人工神经网络和遗传算法的封头成形工艺参数多目标优化
    李雷, 赵柏森
    锻压技术. 2021, 46(5): 39-45. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.007
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    以DYNAFORM数值模拟、人工神经网络和NSGA-II多目标遗传算法为研究手段,以奥氏体不锈钢大型封头作为研究对象,将上下模间隙、下模圆角半径、拉延筋高度、拉延筋相对位置作为优化变量,将起皱、厚度不均匀性、回弹量作为优化指标,利用人工神经网络代表优化变量与优化指标之间的关系,采用NSGA-II多目标遗传算法优化人工神经网络,获得帕累托前沿解集。最后,从帕累托前沿解集中选取比较合适的解为:上下模间隙为10.99 mm、下模圆角半径为44.96 mm、拉延筋高度为39.97 mm、拉延筋相对位置为0.4,此时的起皱、厚度不均匀性、回弹量3个指标均较小且均衡。将这组最优工艺参数进行试验试制,得到了表面光滑、厚度均匀、无折皱以及回弹较小的封头构件。
  • 汽车B柱加强板热冲压工艺的遗传算法多目标优化
    王泌宝
    锻压技术. 2021, 46(5): 46-52. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.008
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    为了提高汽车B柱加强板热冲压件的厚度均匀性,提出了非支配排序遗传算法的工艺参数多目标优化方法。分析了B柱加强板的热冲压过程,选择板料加热温度、冲压速度、摩擦系数和模具间隙作为优化参数。以减小最大减薄率和最大增厚率作为优化目标,建立多目标优化模型。使用最优拉丁超立方抽样法在优化空间内设计实验点,并依据Autoform有限元软件得到实验值。基于BP神经网络拟合工艺参数与质量参数之间的关系,并依据预测均方根误差验证了拟合的精确性。使用非支配排序遗传算法搜索多个优化目标的Pareto前沿解。经生产验证,与厂家工艺相比,优化后的热冲压件最大减薄率减小了22.25%,最大增厚率减小了7.34%,说明优化后冲压件的质量得到了提高;且优化后最大减薄率和最大增厚率的标准差均减小,说明优化工艺的生产稳定性更好。
  • 液压拉深压边圈设计
    韩海军
    锻压技术. 2021, 46(5): 53-56. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.009
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    在板料拉深工艺中,压边装置对拉深工艺的优化及拉深件的质量有较大的影响。推导出拉深工艺中压边力与行程(拉深深度)的关系式,并根据该关系式设计了可优化拉深工艺的液压压边装置,该装置通过齿轮和齿条结构带动齿轮旋转改变泄压阀设定值来改变压边力,实现了压边力的动态控制;考虑到分块压边圈易造成工件在分块式压边圈接缝处产生凸痕缺陷的问题,设计了S型接缝。依据理论公式,设计了一种简单、实用的拉深压边装置,对于拉深工艺复杂的拉深件,可有效实现拉深中工件不同部位、不同阶段的压边力控制,很好地防止了零件出现起皱、变薄及拉裂等缺陷,减少了拉深次数,降低了成本。
  • 铝合金板件自冲铆接性能的响应面-遗传算法优化
    卢秋霞, 刘洁, 王志鹏
    锻压技术. 2021, 46(5): 57-63. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.010
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    为了改善自冲铆接的接头性能,提出了融合二阶响应面模型和存档微遗传算法的多目标优化方法。介绍了自冲铆接原理和铆接过程,建立了提高接头底切量、剩余厚度、底部厚度的多目标优化模型。选择了待优化的模具参数,基于极差分析和主效应图对模具参数的灵敏度进行了分析。基于中心复合实验设计法与二阶响应面法,对模具参数和质量参数之间的函数关系进行了拟合,经决定系数和修正决定系数验证,二阶响应面的拟合精度较高。使用存档微遗传算法对多目标优化模型进行求解,获得了优化的模具参数。经生产验证并与工厂的自冲铆接接头相比较可知,优化的接头底切量提高了10.00%,底部厚度提高了8.61%,剩余厚度提高了3.11%,抗拉剪能力提高了5.68%。以上数据表明,经过优化后,自冲铆接的接头性能得到了有效提高。
  • 汽车发罩外板冲压回弹补偿研究
    孙刚, 徐建军, 白朋鹏, 张晓静, 王宪峰, 韩冬
    锻压技术. 2021, 46(5): 64-71,168. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.011
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    以某车型发罩外板为研究对象,通过对该零件的工艺进行模拟分析,计算每一道工序应力释放后的回弹矢量,同时,考虑每一道工序的上模压料板与下模贴合时对工序件的附加变形所引起的材料流动以及回弹,选择合理的补偿方案,精准地模拟并评价回弹矢量,基于补偿数据进行A面重构,并根据重构优化后的数据进行方案验证以及现场出件验证。现场出件结果表明:产品A面区域的调试工作量降低了60%,首件尺寸合格,与模拟预测结果一致,模具无机加整改工作,有效地解决了发罩外板零件回弹不稳定的难题。结果表明,所提到的方法对提高CAE模拟的准确性、提升回弹补偿精度、避免模具装配后的型面机加整改、降低模具调试优化轮次、提前达到装车要求具有重要的指导意义。
    • 管材成形
  • 薄壁铜管旋转模压法缩径成形质量实验与仿真研究
    王旭, 李勇, 韩皓阳, 尹中锡, 唐新开
    锻压技术. 2021, 46(5): 72-78. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.012
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    旋转模压缩径工艺是薄壁铜管制造超薄微热管的重要工序,针对外径为Φ5 mm、壁厚为0.1、0.2、0.3 mm的铜管,通过实验探究了模具转速、模具进给速度与铜管壁厚3个参数对缩径成形质量的影响。结果表明,该工艺下,铜管表现出3种成形现象:顺利成形、规则压溃及弯折。在其余参数一定的情况下,增大模具进给速度会使铜管发生从顺利成形到规则压溃、再到弯折的转变,并减小已成形区长度。增大模具转速会提高已成形区长度与临界进给速度。铜管壁厚的增加在一定程度上可以提高转折长度:铜管壁厚由0.1 mm增加至0.2 mm时,提高效果明显,但由0.2 mm增加至0.3 mm时,无明显变化。实验中的最优工艺参数为:模具转速为4800 r·min-1,模具进给速度为50 mm·s-1,可兼顾成形质量与生产效率。基于ABAQUS有限元软件建立铜管旋转模压缩径仿真模型,辅助分析成形过程并验证了实验结果。
    • 特种成形
  • 2024-T351铝合金方形光斑激光喷丸残余应力场数值模拟
    闾家阳, 王永军, 王俊彪, 黄遐, 曾元松
    锻压技术. 2021, 46(5): 79-85. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.013
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    为了分析激光喷丸作用后,以2024-T351铝合金为代表的高强航空铝合金材料表面和内部残余应力的分布情况,并为后续板料激光喷丸变形分析打下基础,在ABAQUS软件平台上,构建了一种方形光斑激光冲击的有限元计算模型,对方形光斑激光冲击诱导的残余应力场进行了数值模拟,分析了在无搭接和搭接率为25%的两种情况下,激光冲击产生的残余应力场在空间上的分布特征,发现冲击坑中心处残余压应力值较大且均匀性较好,边缘处出现了较大的拉应力且应力梯度较大。通过进行无搭接的激光喷丸实验和X射线衍射应力测试实验,验证了有限元模型的有效性。试件表面形貌通过激光位移传感器进行了测量观察。
  • 薄壁内外齿形件旋压成形机理
    余林峰, 徐晓, 夏琴香, 赵杰
    锻压技术. 2021, 46(5): 86-93. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.014
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    针对内外齿形件在旋压成形时容易出现齿形角不对称、齿侧壁厚分布不均及齿顶圆角填充不饱满的问题,采用数值模拟与成形试验相结合的方法,对薄壁内外齿形件旋压成形时的应力与应变分布、材料变形特点以及材料流动情况进行了研究;通过总结应力、应变分布规律及材料变形规律,揭示了其成形机理。结果表明:薄壁内外齿形件旋压成形过程是剪切变形与挤压的复合成形;成形过程中接触区域均处于三向应力状态;内外齿稳定成形区域处于平面应变状态,口部裙边与底部飞边为压缩类应变状态;因内外齿形的形状特点,旋压成形时材料变形具有周期性、不均匀性和不对称性的特点;材料整体流动与旋轮啮合方向一致。
  • 锥筒形件剪切-拉深复合旋压成形可旋性表征方法研究
    晏畅, 肖刚锋, 夏琴香, 袁云鹏
    锻压技术. 2021, 46(5): 94-100. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.015
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    针对锥筒形件剪切-拉深复合旋压时可旋性表征困难的问题,提出采用可旋性表征曲线对其进行表征。基于Abaqus软件建立了镍基高温合金锥筒形件全流程复合旋压成形有限元模型,分析了不同半锥角锥筒形件的破裂及起皱情况,进而获得其极限拉深系数;在此基础上,构建了锥筒形件剪切-拉深复合旋压成形的可旋性表征曲线,获得了锥筒形件复合旋压成形时的安全区以及破裂起皱区,并通过复合旋压工艺试验验证了有限元模型的可靠性。结果表明:采用剪切旋压时的半锥角为横坐标、拉深旋压时的极限旋压系数为纵坐标所构建的可旋性表征曲线,可实现对锥筒形件剪切-拉深复合旋压成形可旋性的有效表征。
  • 5052H32铝合金薄板自冲铆接和无铆连接对比研究
    单丰武, 杨海, 王付才, 聂小勇, 曾建邦
    锻压技术. 2021, 46(5): 101-108. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.016
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    对厚度为1.2 mm的汽车用5052H32铝合金薄板自冲铆接和无铆连接进行了对比研究。结果表明:铆钉长度为4 mm时,SPR接头互锁值较小,接头强度及能量吸收值较低,受剪切拉伸时铆钉角易从底层板脱离;铆钉长度为6 mm时,SPR接头底层板的最小剩余厚度较小,有腐蚀风险;铆钉长度为5 mm时,SPR接头强度、能量吸收值及剖面金相参数值为综合最优;无铆连接时,铆点数与接头强度值呈线性关系,与能量吸收值的关系可以通过二次多项式进行拟合。不同铆接方式的接头在横向和纵向受力方向上的强度和能量吸收值基本无差异。无铆连接接头受剪切拉伸时,其失效形式有3种:上层板颈部位置撕裂失效,上、下层板互锁脱离失效,混合失效。单点SPR的静强度等效于2个Clinching铆点,单点SPR铆接能量吸收值等效于3.6个Clinching铆点。
  • 氮气弹簧缸筒热反挤压凸模结构对挤压成形力的影响
    张建波, 郝媛, 李开文, 蒋鹏, 侯惠敏, 陈浩, 王鹏, 张伟
    锻压技术. 2021, 46(5): 109-115. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.017
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    氮气弹簧缸筒的常用加工方式为机加工,为了提高材料利用率和生产效率、增强成形工件的性能,设计了一种热反挤压工艺以加工氮气弹簧缸筒。使用DEFORM11.0软件进行数值模拟,分析了坯料初始温度对成形结果的影响以及凸模结构对成形载荷的影响,设计了工艺过程并加工了挤压模具。采用热反挤压工艺加工的氮气弹簧缸筒的材料利用率为80.8%,相比机加工提高了47.6%,生产效率相比机加工提高了50%,取得了显著经济效益。结果表明,随着坯料初始温度的升高,成形载荷减小;随着凸模工作带高度以及凸模斜度的增大,成形载荷增大;当坯料初始温度为1200℃且凸模工作带高度为5 mm时,最大成形载荷为1652 kN,采用热挤压模具在2000 kN液压机上能够成形出符合设计要求的工件。
  • 6061铝合金盘件辗压成形材料流动规律及微观组织分布研究
    郝建强, 杨刚, 田佩瑶, 朱卫东, 翟月雯, 金泉林
    锻压技术. 2021, 46(5): 116-122. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.018
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    通过6061铝合金盘件的双面辗压成形工艺试验,结合数值模拟和微观组织检测,对辗压成形过程中的盘件形状变化、材料流动规律以及微观组织分布规律进行了研究。通过小进给、多道次辗压成形铝合金盘件,材料主要流动趋势是向盘件边缘流动,其次在盘件中心夹头附近有材料堆积现象;采用数值模拟分析发现,应变速率主要集中于盘件与辗压头的接触位置,等效应变沿着盘件轴向从变形区表面到中心逐渐减小;通过电子背散射衍射(EBSD)分析变形区组织分布特征,发现从变形区表面到中心,晶粒尺寸逐渐增大,再结晶体积分数逐渐减小。研究结果对辗压工艺的设计具有参考作用。
  • 温成形参数对螺旋锥齿轮弹性变形的影响
    吴昊, 李振红, 刘致远, 张晨星, 张渤, 熊桑
    锻压技术. 2021, 46(5): 123-130. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.019
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    针对螺旋锥齿轮近净成形过程中,由于模具的弹性变形程度较大,从而导致模具寿命降低、齿轮精度不足等问题,对螺旋锥齿轮成形和模具弹性回复过程进行计算机数值模拟,并采取正交试验,研究坯料温度、压下速度、摩擦因子这3个变量对模具寿命、齿轮与模具弹性回复的影响,以用于指导实际生产中工艺参数的设定。在所设定的环境下,压下速度对弹性回复的影响最大,且基本呈线性分布,其次为坯料温度,摩擦因子对弹性回复的影响最小。在压下速度为10 mm·s-1、坯料温度为850℃、摩擦因子为0.1的条件下,模具和工件受到的载荷处于较低水平且弹性回复较为均匀。
  • 挤压工艺参数对FGH96合金棒材显微组织的影响
    王超渊, 宋晓俊, 冯业飞, 周晓明, 邹金文
    锻压技术. 2021, 46(5): 131-136. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.020
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    对FGH96合金进行了不同挤压工艺参数的热挤压变形,研究了挤压温度、挤压比、挤压速度对FGH96合金热挤压棒材的晶粒组织和γ'相的影响,以及γ'相对再结晶晶粒长大的影响。结果表明:在实验选定的挤压工艺参数范围内,FGH96合金均发生了动态再结晶,随着挤压温度的升高,再结晶晶粒尺寸增大;在FGH96合金棒材的显微组织中,大尺寸γ'相呈链状分布于晶界,小尺寸的γ'相弥散分布在晶粒内部;随着挤压温度的升高,晶界处的大尺寸γ'相逐渐溶解,晶界迁移、阻力减小,再结晶晶粒长大,挤压温度为1100℃时,晶界处的大尺寸γ'相开始快速溶解,再结晶晶粒开始明显长大;挤压比和挤压速度的影响主要体现在单位时间内等效应变量和变形潜热对再结晶形核和长大的双重作用上,挤压比或者挤压速度过大或过小均会出现不均匀组织。
  • 筒形件热强力旋压成形工艺参数的回归分步优化
    庄燕, 周南
    锻压技术. 2021, 46(5): 137-142. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.021
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    为了改善筒形热强力旋压件的圆柱度并减小壁厚偏差，提出了基于回归分析的工艺参数分步优化方法。介绍了热强力旋压工艺流程，并选择筒形件的圆柱度和壁厚偏差作为优化指标，选择进给比、坯料加热温度、第1道次减薄率、轴向错距作为优化参数，设计了4因素、4水平正交实验，经实验得到了16组不同实验条件下的圆柱度和壁厚偏差。分别建立了圆柱度和壁厚偏差的线性回归方程和二阶回归方程。首先，依据二阶回归方程通过极值法对工艺参数进行初步优化；然后，参考线性回归方程系数对工艺参数进行再次优化；最终，得到的筒形热强力旋压件的最优工艺参数为：进给比为0.35 mm· r-1、坯料加热温度为1100 ℃、轴向错距为3.3 mm、第1道次减薄率为33%。优化后筒形件的圆柱度提高了46.2%，壁厚偏差减小了30%，证明了工艺参数分步优化的可行性%
  • 2A12铝合金薄壁壳体强力旋压成形工艺
    郭亚明, 徐恒秋, 薛秀琴, 王东, 郑嫄, 王宇, 黄涛, 赵兴, 梁春磊
    锻压技术. 2021, 46(5): 143-150. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.022
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    针对铝合金薄壁壳体旋压成形精度难控制以及热处理变形问题,采用强力旋压成形方法成形了2A12铝合金薄壁壳体,研究了H112态和退火态的坯料对成形的影响,分析了减薄率、进给比对成形中扩径量的影响规律,以及进给比和坯料壁厚对成形表面质量的影响。试验结果表明:H112状态的2A12铝合金经过道次减薄率为42.5%的旋压后,内表面出现裂纹;当减薄率由15.6%增大至42.5%时,扩径量由0.2 mm减小至0.03 mm;当减薄率为42.5%,进给比由0.67 mm·r-1分别提高至0.8和1.0 mm·r-1时,扩径量由0.12 mm分别降低0.06和0.01 mm。对H112状态的铝合金坯料采用380℃×1.5 h退火,再进行多道次旋压,旋压道次中间对坯料再进行330℃×0.5 h去应力退火,最终再对壳体进行495℃×40 min真空气冷,工件椭圆度可控制在0.12 mm以内,抗拉强度达到490~517 MPa,伸长率达到13.0%~15.5%,光洁度为1.298~2.221μm。
  • 汽车轮毂轴承单元摆辗铆接技术及有限元模拟分析
    张侠, 成国发, 钱进浩
    锻压技术. 2021, 46(5): 151-157. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    运用专业Simufact有限元模拟软件,建立轮毂轴承单元摆辗铆接有限元分析模型,设定工艺过程参数,运算得到铆接后的法兰轴末端材料流动及等效应变和等效应力等。模拟结果表明:法兰末端材料流动顺畅、无折叠;等效应变和等效应力分布大致相同;随着轴向进给的增加,等效应变和等效应力值逐渐变大,且在接触上模圆角区域靠近凸缘处最大。摆辗铆接成形工艺可实现轮毂轴承单元的铆接,将法兰末端材料扩展辗压形成凸缘,实现轴承内圈的锁紧,也可为其他环形组件的连接装配提供参考。
    • 装备与成套技术
  • 双球铰连接柱塞缸的结构性能
    刘艳妍, 欧士浩, 刘东林
    锻压技术. 2021, 46(5): 158-162. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    针对自由锻造液压机的双球铰连接柱塞缸,基于球铰自锁条件,分析了柱塞缸的工作状态,研究了连接球铰副挤压工件时的自锁偏心距,明确了柱塞缸连接球铰副的运动条件,为合理利用柱塞缸的连接球铰副提供了依据。根据柱塞缸的结构特点,建立了柱塞的受力模型,分析了柱塞的受力状态,研究了柱塞对导向套和压套的侧推力以及控制柱塞缸侧推力的条件,明确了压套是制约工作缸抗偏载的关键因素。结合柱塞的导向结构特点和受力分析,阐述了在用柱塞缸导向结构的工艺性缺陷,提出了改善柱塞缸抗偏载性能的结构方案,为大型自由锻造液压机的柱塞缸结构设计提供了有效支撑。
  • 基于测试与仿真的数控闸式剪板机刚性优化设计
    周欢, 贲能军, 龚俊杰, 顾琪, 惠为东
    锻压技术. 2021, 46(5): 163-168. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    以某型数控闸式剪板机为研究对象,运用应变电测技术对机床在典型工况下的真实的刚性性能进行测试,分析影响剪板质量的因素,再利用大型通用有限元分析软件对剪板机整体建模并进行仿真计算,描述了剪板机刀架及工作台的挠曲变形情况。根据有限元仿真结果与测试数据的对比,验证了剪板机变形趋势与实验测试结果基本一致,为后续的优化设计提供了可行性,通过分析找出了机床结构中的薄弱环节,提出了增加垫铁限制某方向位移、修改几何结构及尺寸、改变加强梁形状等优化设计方案,探讨了各参数变化对机床刚性的影响,优化后该型剪板机的刚性和剪板质量显著提升。
    • 模具
  • 挡板件多工位级进模设计
    郑晖, 栾景旺, 孙凌崴
    锻压技术. 2021, 46(5): 169-173. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    在分析了挡板件数量、结构和工艺特点的基础上,确定了制件采用级进模进行生产。设计了级进模排样图,包含冲裁、弯曲、拉深等9个工步,并对冲裁、拉深和弯曲工艺性能进行了阐述。同时,介绍了多工位级进模的模具结构设计要点:工步设计是否合理、制件的定位是否准确、带料的托料送进是否平稳,以及导向的设计是否满足精度要求。本套模具采用导料板进行导料,侧刃用于粗定位,导正销对每一步进行精定位,以保证定位的精度;选用弹压卸料板进行卸料与压料,并设置小导柱、小导套对其进行导向,提高导向精度;设置限位柱,防止卸料板运行过量,对模具造成损坏;弯曲工步设计为向下弯曲,在条料两侧安排浮顶器确保条料平稳送进。最后,利用落料的方式成形零件。以CATIA为计算机辅助设计工具,设计出挡板级进模所需的模具零件,并对模具零部件进行装配,得到模具装配体的三维数模。
  • 基于响应面法的幅板冲压成形模具磨损
    铁争鸣
    锻压技术. 2021, 46(5): 174-178. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    以高强钢幅板为研究对象,采用DEFORM软件对初始工艺方案下的冲压成形效果进行模拟,通过分析得到影响凹模磨损的关键工艺参数。然后,以坯料预热温度、冲压速度、模具预热温度、模具硬度为因素,以凹模磨损峰值为响应量,通过设计响应面试验,对因素和响应量之间的关系进行拟合,得出响应面模型并对模型的准确性进行了验证。得出最优参数组合为:坯料预热温度为800℃、冲压速度为6.1 mm·s-1、模具预热温度为201.5℃、模具硬度为59 HRC。采用最优参数组合进行实际试模,模具的寿命明显提高,验证了模拟响应面模型和模拟结果的准确性,为实际生产中分析模具磨损情况提供了理论依据。
  • 基于Deform的平板锻模型腔四周增加半圆形阻力槽的研究实践
    徐皓, 刘江
    锻压技术. 2021, 46(5): 179-184. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.028
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    借助Deform有限元数值模拟软件,针对平板锻件在生产制造时容易出现飞边过大且四角缺料等锻造缺陷问题,通过在锻模型腔飞边桥四周增设截面直径为Φ5 mm的半圆形阻力槽和不增设阻力槽的两种对照设计方案,依据金属材料流动规律及载荷模拟仿真结果,分别对平板成形模拟结果和载荷情况进行模拟分析。并进行了通过实际生产验证,在锻模型腔四周增加了截面直径为Φ5 mm的半圆形阻力槽后,可以显著优化锻模型腔结构,锻件合格率由81.7%提高至97.9%,不仅保证了难度较高的锻模型腔四角充填工艺的质量,而且还减小了飞边和坯料下料尺寸,材料利用率提高了6.9%。
  • 基于正交试验的汽车扭力臂热锻模具磨损分析及优化
    翟崇琳, 唐友亮, 徐青青, 孙肖霞, 苗进
    锻压技术. 2021, 46(5): 185-189. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.029
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    基于Archard理论磨损模型与Deform-3D软件,建立扭力臂热锻有限元模型。利用正交试验法对坯料初始温度、模具初始温度、上模运动速度及摩擦系数进行组合,并模拟得到了模具磨损量。运用极差分析法对试验数据进行处理,得到了各个参数对热锻模具磨损的影响程度及最优工艺参数组合。结果表明,各个参数对模具磨损的影响由大到小为:上模运动速度>摩擦系数>坯料初始温度>模具初始温度。结合实际生产情况,确定最优工艺参数组合为:坯料初始温度为1200℃,模具预热温度为300℃,上模运动速度为10 mm·s-1,摩擦因数为0.3,此时的模具磨损量为0.000333 mm。
  • 压簧折弯多工位级进模具设计
    袁博, 陈淑花, 张耀, 张涛
    锻压技术. 2021, 46(5): 190-193. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.030
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了适应压簧零件实际生产的技术要求和结构特点,进行多工位级进模具的排样设计。根据压簧零件的结构特点,排样采用单排结构设计,送料定距采用先侧刃粗定位、后导正销精定位。选取导正孔的设计,以确保零件本身的圆孔位置,进而确保板料在冲裁、折弯时的强度,以及送料精度。压簧零件多工位级进模具采用顺装结构,使得工件与废料自然分离,有利于减少人工成本。同时,为了满足压簧零件的精度要求,合理地设计了空工位,以确保其成形精度。生产结果表明,压簧零件多工位级进模具能够满足产品的生产要求。该模具的材料利用率高达87.5%,极大地节省了材料。
  • 基于DEFORM的重型汽车前轴成形工艺及模具设计
    朱帅, 奚建胜
    锻压技术. 2021, 46(5): 194-200. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.031
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    针对重型汽车前轴复杂的结构特征,结合金属塑性成形理论,制定了某重型汽车前轴的辊锻制坯+模锻成形的成形工艺,通过计算确定了坯料尺寸和辊锻道次,并且选取合理的前滑值,设计了辊锻工序件和辊锻型槽;采用UG三维参数化建模软件完成了辊锻模具、压弯模具、预锻模具及终锻模具的设计。并采用有限元软件Deform-3D对前轴成形工艺进行数值模拟,通过观察在前轴成形工艺中各特征部位的充型情况,及成形过程中压力、温度的变化,并对成形后前轴锻件与实际生产前轴锻件的尺寸进行对比,验证了前轴成形工艺及模具设计的合理性,缩短了模具调试周期,提高了产品的设计效率,提高了材料利用率,降低了产品开发成本。所设计的前轴成形工艺和模具已应用于实际生产。
  • 板线材异形弹片复合成形模具设计
    朱乐平, 冯赞, 王成, 芮延年
    锻压技术. 2021, 46(5): 201-206. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    针对板线材类产品在整体冲压成形时,模具结构复杂、利用率低、制造成本高的问题,通过对产品材料、结构尺寸、成形工艺等方面进行分析研究,首先对异形弹片进行了排样工艺设计,采用了板线材自动送料+多工位级进模+数控折弯成形工艺;其次,通过对板线材成形工艺特点和成形设备的研究,采用多工位级进模冲压方式,来保障产品的连续成形,采用切断+数控折弯的复合成形方式来保证折弯精度,从而设计了异形弹片冲压机构+折弯机构复合成形模具结构。通过生产试验可知,其不但能保证产品的精度、节约材料,同时还可以缩短研发周期、降低成本,证明了板线材成形工艺结构的先进性、可行性和实用性,为该技术的应用推广奠定了实践基础。
    • 加热与热处理
  • GH4738合金热加工工艺窗口的表征与验证
    王龙祥, 王建国, 刘东, 王海平, 徐文帅, 赵兴东, 佟健, 秦卫东
    锻压技术. 2021, 46(5): 207-215,227. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了研究GH4738合金的热变形特性,选用锥形试样采用近等温热压缩实验获得了GH4738合金不同热力学参数(温度、应变)下经过1020℃固溶后的组织,研究了GH4738合金不同热力学参数下的组织演变规律。通过对不同热力学参数条件下合金晶粒(主要包括再结晶小晶粒的百分比和晶粒尺寸极差)的研究,建立了GH4738合金热加工工艺窗口。通过对GH4738合金热加工工艺窗口的分析得出,在GH4738合金变形过程中要想获得较为均匀的组织,宜采取高温小变形(温度应高于1030℃,应变应小于0.5)或大变形(应变应在2.0以上)的变形方案。最后,采用模锻成形验证了热加工工艺窗口的准确性。
    • 节能技术
  • 变转速混合动力液压机能效特性仿真分析及实验
    关锋, 张方东, 马超, 晋国
    锻压技术. 2021, 46(5): 216-221. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.034
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了弥补液压机中传动电驱液压泵引起的节流与溢流损失,提出了一种变转速混合动力液压系统控制方式。系统配备蓄能器后可实现电液电机的能量回收,达到系统泄漏的补偿作用,以及对液压执行器发挥预压紧的功能,可以精确调控运行速率与位置。在Simulation X软件中构建了仿真模型,并从动态特性和能效特性两个方面展开分析。研究结果表明:2.5 s后两电机均发生正向旋转,从而得到总压力;2.7 s时系统压力达到9.1 MPa;介于2.7~6.0 s之间时,压力稳定变化;6.6 s时,总压力信号减小至0。该液压系统表现出了优异的运行特性,形成了平稳的速度曲线。电动机驱动过程中形成了稳定的功率变化,以液压-电气方式进行能量回收时,系统达到了最高的能量回收率,表现出最优的节能效果。开展实验测试可知,该系统可以精确定位,速度曲线运行平稳,基本无冲击,整个系统运行特性良好。
    • 材料与成形性能
  • 空气能热水器搪瓷内胆封头变形研究及应用
    刘友荣, 吴红艳, 高秀华, 杜林秀
    锻压技术. 2021, 46(5): 222-227. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.035
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    空气能热水器搪瓷内胆在加工制造过程中发生了搪瓷烧结变形,引起桶身与封头组对错边问题,影响后工序焊接。采用排除法,对搪瓷内胆封头加工流程的各个工序逐一排查。利用Gleeble 3500热模拟试验机,测出高温时不同温度下钢的强度性能,建立了钢板自重高温状态下力矩引起钢板变形的计算公式,并进行了试验验证。明确搪瓷烧结工序是空气能热水器搪瓷内胆封头变形的关键工序。封头在烧结加热过程中发生组织改变+高温相变+高温蠕变等,这些因素的叠加是引起封头变形量超过2.0 mm的主要原因。最终,提出了增加封头搪瓷烧结支架的支点数的改进措施,经工业生产验证,封头搪瓷烧结变形的波动范围可以控制在水平缝隙小于2.0 mm。
  • 轨道车辆用6082-T6铝合金腐蚀疲劳性能研究
    孙晓红, 张仁航, 郭小玉, 马立勇, 周扬洋, 马龙
    锻压技术. 2021, 46(5): 228-233. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.036
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    以轨道车辆常用6082-T6铝合金为研究对象,通过3.5%NaCl溶液下的腐蚀疲劳试验,获取应力比R=0条件下横、纵向试样的应力-循环次数关系,通过最小二乘法数据处理,求得在50%置信度和50%可靠度下6082-T6铝合金板材的横、纵向腐蚀疲劳S-N曲线,并进行断口扫描,分析腐蚀疲劳断裂原因。结果表明,6082-T6铝合金板材横、纵向腐蚀疲劳极限分别为157和153 MPa,其横向性能略优于纵向性能。断口SEM微观组织分析表明,铝合金板材在腐蚀溶液的作用下产生点蚀坑,导致应力集中,继而发生疲劳裂纹扩展,在初始扩展区出现泥状花样形貌,出现二次裂纹及疲劳辉纹,直至疲劳瞬断。
  • PH13-8Mo钢热变形行为及本构模型
    杨大伟, 李伟, 林莺莺, 谷国君
    锻压技术. 2021, 46(5): 234-239,260. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.037
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    利用Gleeble-1500热模拟机对PH13-8Mo钢进行不同参数下的热压缩试验,研究变形温度为850~1030℃,应变速率为0.1~10 s-1条件下试验钢的热变形行为。结果表明,PH13-8Mo钢热压缩变形过程中流变应力呈现先上升、后平缓最后继续上升的特征,动态回复和动态再结晶行为导致热变形过程中出现软化现象,较高的变形温度有助于动态再结晶发生,PH13-8Mo钢晶粒尺寸对温度的敏感性较高。基于试验结果,通过周纪华-管克智模型建立了PH13-8Mo钢热变形本构模型,能够反映试验钢热变形过程中真应力-真应变的变化规律,预测相关系数为0.965,均方差为20.9。借助模拟仿真分析验证,证实该模型对PH13-8Mo钢热加工工艺的合理选择提供了一定的理论参考。
    • 理论与实验研究
  • 基于上限理论的开口凸模旋转挤压力分析
    宋晓茜, 王强, 赵淑珍, 张旭峰, 张治民
    锻压技术. 2021, 46(5): 240-245. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.038
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    对开口凸模旋转挤压成形新工艺进行了力学解析,基于双流函数导出了运动学许可速度场,引入上限理论分析了挤压过程中的塑性成形问题,建立了挤压力的计算公式。为了验证理论计算结果的准确性,选取AZ80镁合金材料,利用Deform-3D模拟软件进行数值模拟,并采用Gleeble-3500热模拟实验机进行开口凸模旋转挤压物理实验,探究了凹模旋转速度对开口凸模旋转挤压力的影响。结果表明:随着凹模旋转速度的增加,挤压力逐渐减少;上限法求得的挤压力均大于数值模拟与物理实验的挤压力,且其平均误差分别为6.03%和4.56%,表明了运动学许可速度场和上限解的合理性。为开口凸模旋转挤压工艺的进一步发展提供了理论支持。
  • 考虑应变补偿的铸态42CrMo钢本构模型
    陈园园, 李永堂, 庞晓龙, 齐会萍
    锻压技术. 2021, 46(5): 246-252. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.039
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    采用Gleeble-3500D热模拟实验机对铸态42CrMo钢进行高温拉伸实验,应变速率范围为0.01~5 s-1,变形温度范围为1000~1150℃,得到铸态42CrMo钢在不同工艺参数下的流动应力-应变曲线,研究其高温拉伸成形工艺,分析变形温度和应变速率对铸态42CrMo钢流动应力的影响。考虑应变对各材料参数的影响,采用四次多项式拟合应变与各材料参数的线性关系,其相关系数R在0.95以上;借助传统Arrhenius模型拟合实验结果,建立考虑应变补偿的Arrhenius本构模型及基于应变补偿的采用Z函数表示的流动应力方程。计算结果表明,流动应力计算值与实验值的相关系数为0.992、平均相对误差为6.13%,从而验证了该模型的准确性较高,可用于数值模拟。
  • 参考条件对M-JC和M-ZA模型预测精度的影响
    马斌, 梁强, 李平
    锻压技术. 2021, 46(5): 253-260. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.05.040
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    以HAl61-4-3-1合金为研究对象,采用Gleeble-3500热模拟试验机在600~800℃的变形温度、0.01~10 s-1的应变速率下进行等温热压缩实验,获得该材料的真实应力-真实应变曲线,分析热压缩过程中摩擦和温升效应对流动应力的影响,修正了流动应力曲线。基于修正的真实应力-真实应变数据,在不同参考条件下,分别建立该合金的修正Johnson-Cook(M-JC)模型和修正Zerilli-Armstrong(M-ZA)模型,并引入统计学方法对比分析了不同参考条件下两种模型的拟合精度。结果表明:参考条件对M-JC模型预测精度的影响大于M-ZA模型,在各自的最优参考条件下,M-JC模型的预测精度高于M-ZA模型,更适合作为后续有限元模拟的材料本构模型。
    • 新书介绍
  • 基于物联网的锻造机床运行信息采集系统设计——评《锻造过程及模具设计》
    吴海威, 吴汉灵
    锻压技术. 2021, 46(5): 261-261.
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  • 锻造液压机组计算机综合控制系统的开发设计——评《带钢冷连轧液压机与伺服控制》
    陈潜
    锻压技术. 2021, 46(5): 262-262.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
  • 锻压科技日语的翻译与交流原则技巧——评《科技日语》
    许霄翔
    锻压技术. 2021, 46(5): 263-264.
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锻压技术
Forging & Stamping Technology
ISSN 1000-3940
CN 11-1942/TG

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