2021年, 第46卷, 第7期　
刊出日期：2021-07-25
  

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    锻造
  • 多向锻造对电弧熔丝增材制造300M钢微观组织及拉伸性能的影响
    熊逸博, 郑志镇, 温东旭, 李建军
    锻压技术. 2021, 46(7): 1-6. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.001
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    为了解决电弧增材制造超高强钢构件中存在的晶粒粗大、成分不均匀和力学性能较差等问题,提出一种将电弧熔丝增材制造和多向锻造相结合的复合成形技术。首先,采用电弧熔丝增材制造技术加工出300M钢块体,然后对其进行多向锻造实验,并采用单向拉伸实验对多向锻造前后300M钢的拉伸性能进行测试,采用金相显微镜、扫描电子显微镜对微观组织和拉伸断口进行观察分析。结果表明:经过多向锻造后,沉积态的柱状晶被打碎并形成了均匀的等轴晶,微气孔得到消除,微观组织由贝氏体、马氏体和残余奥氏体组成。多向锻造后,材料的横向和竖向拉伸性能得到了大幅提升,各向异性得到消除,抗拉强度提高了205.1~281.8 MPa,屈服强度提高了23.9~50.5 MPa,伸长率提高了15.5%~16.2%,且拉伸断裂模式由准解理断裂转变为韧性断裂。
  • 铝合金控制臂锻造工艺及模具有限元模拟优化
    谢映光, 梁满朝, 王成磊, 梁朝杰, 林德民, 陈中敢
    锻压技术. 2021, 46(7): 7-13. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.002
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    为解决锻造铝合金控制臂的产品质量低、试验优化周期长等问题,以某型号汽车铝合金控制臂典型零件为研究对象,采用逆向工程手段优化终锻件的结构设计,结合Forge有限元分析计算软件进一步优化工艺方案及模具结构,并进行试生产验证。试生产结果表明:优化工艺方案及模具结构后,锻件填充性良好,无折叠和缩孔缺陷,材料利用率提高了11%。对试生产样件进行宏观分析及力学性能测试,分析结果表明:热处理后试样的组织均匀、晶粒细小、力学性能明显提高。前述基于有限元模拟和逆向工程结合的锻造工艺与模具结构优化方法,能够有效地提高产品合格率、材料利用率,缩短试验周期,降低生产成本,为此类零件锻造工艺的制定提供了重要参考。
  • 基于Deform的剥皮齿热锻过程仿真及工艺参数优化
    王琪, 赵耀, 陶丽佳, 袁海平, 曾富强
    锻压技术. 2021, 46(7): 14-21. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.003
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    剥皮齿作为木材剥皮机的刀具,其在高强度作业下,要求硬度高、耐腐蚀性强。提出了采用锻造成形方式加工剥皮齿,并基于Deform-3D模拟软件分析了剥皮齿热锻工艺参数对锻造成形质量的影响,揭露了剥皮齿热锻过程的成形规律,验证了设备选型、锻造方案及模具设计的合理性。通过正交试验对热锻过程中的工艺参数设置进行优化,最终制定了坯料温度为1180℃、预锻上下模间距为3.0 mm、终锻上下模间距为3.3 mm、上模运动速度为500 mm·s-1、摩擦因数为0.25的优化工艺参数组合。采用优化后的工艺参数组合方案,上模载荷相对于优化前降低了4.48%,提高了锻件的内部质量与模具的使用寿命。
  • 薄煤层液压支架用大型柱窝模锻成形工艺及模具设计
    许慧杰, 付明伟, 侯潇峰, 苏昂
    锻压技术. 2021, 46(7): 21-26. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.004
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    针对薄煤层液压支架上大型、薄壁、高落差、高减重孔类柱窝锻件在锻造成形中易产生错移、球窝面及窝口变形、拔模后截距大、截面积突变明显、成形载荷大、模具寿命低的问题,提出一种新的锻造成形方式。通过采用曲面分模、模具型腔倾斜放置、渐变拔模、减少模具闭合高度等方法,实现了此类型柱窝的锻造成形及顺利出模。结果表明,通过对模具结构、模具材料、热处理硬度的合理设计,可以达到提高锻件质量、减小机械加工余量、减少打击次数、缩短打击时间、提高生产效率、降低生产成本的目的。通过长时间对大型模锻件成形工艺的研究,总结出锻造行业国家标准中没有的大型锻件的工艺参数。
  • GH4169合金低压涡轮机匣异形环锻件胀形工艺
    罗鸿飞, 卢熠, 吴永安, 郭良刚, 王华东, 杨家典
    锻压技术. 2021, 46(7): 27-33. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.005
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    为了解决低压涡轮机匣异形环锻件轧制成形精度低、余量大、材料利用率低、周期长等问题,采用数值模拟与工艺试验试制相结合的方法,研究了GH4169合金低压涡轮机匣异形环锻件胀形工艺。模拟研究阐明了胀形变形量对低压涡轮机匣轧制成形锻件的应力、应变、温度分布及均匀性的影响规律,综合考虑建议胀形变形量取1.5%较为合理;胀形过程的工艺试制研究表明,通过胀形工艺对轧制成形的GH4169合金低压涡轮机匣异形环锻件进行整形,可显著降低锻件的椭圆度、提高锻件的尺寸精度,减小锻件余量并提高余量均匀性,提高材料利用率,同时可有效提高锻件的力学性能及其均匀性。锻件余量均匀性的提高也可有效减小低压涡轮机匣零件的机加工变形。
  • 30Cr2Ni4MoV钢压裂泵阀箱异向性控制锻造技术
    陈明, 赵建国, 胡振志, 董文斐, 李春辉, 李雪
    锻压技术. 2021, 46(7): 34-39. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.006
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    压裂泵阀箱因其使用工况特殊,不仅各向力学性能要求很高,且要求横向性能与纵向性能尽可能接近;然而,阀箱锻件为矩形截面轴类锻件,在锻造生产过程中由于金属纤维流线的存在,难以保证锻件的横向性能与纵向性能一致。针对锻件异向性的影响因素,对此类锻件的成形特点和锻造工艺现状进行了分析;以控制锻件金属流线为核心思路,对现有锻造成形工艺进行了优化,采用合锻换向和三向镦粗拔长的工艺改善了锻件异向性。为进一步提升阀箱锻件各向性能和同批次锻件性能的均匀性,结合空心类锻件成形特点和性能优势,创新性地提出将矩形截面轴类锻件转换为环圈锻件来锻造成形的工艺技术。通过实际生产,验证了该工艺技术的有效性和先进性。
    • 板料成形
  • 薄壁高矩形金属食品罐多道次拉深工艺设计
    黄珍媛, 谭朋朋, 李超
    锻压技术. 2021, 46(7): 40-45. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.007
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    为满足轻量化和大容量的需求,薄壁、高矩形形状成为了金属食品罐制品的发展趋势,同时也加大了食品罐罐身多道次拉深工艺设计的难度。针对某薄壁高矩形金属食品罐制品,根据均匀变形理论和K值法,以椭圆形过渡的方法设计了3道次拉深工艺方案:第1道次和第2道次拉深均采用椭圆过渡形状,第3道次拉深成形高矩形件,并确定了每道次制品的过渡形状;然后,运用数值模拟仿真技术对每道次的成形极限图和减薄率进行分析,3次拉深后的最终减薄率为15.4%,并评估了所设计工艺方案的可行性;最后,通过生产实践进一步证明,使用该工艺方案所生产的金属食品罐质量良好,试制样品长、短侧壁部分的减薄率与模拟预测结果基本一致,表明所设计的3道次拉深工艺方案可行,所应用的设计方法在生产实际中具有一定的应用价值。
  • 变压器硅钢片下料问题的一种启发式算法
    黎凤洁, 陈燕, 刘秋鹏
    锻压技术. 2021, 46(7): 46-52. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.008
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    针对变压器硅钢片下料问题,构建了以消耗材料最少为优化目标的下料问题整数规划优化模型,然后提出基于余料利用率顺序修正的下料算法求解该模型。算法采用合理有效的余料利用与生成策略,相同宽度的余料被认为是同种余料,通过约束余料的种类以及总数来避免库存积压,通过将同种宽度硅钢片进行拼接来提高材料利用率。与其他文献算法对比,证明了所提算法在保证运行时间合理的前提下,能有效地提高材料利用率。并通过运行生产实例进一步验证了算法的有效性。因此,所提算法可用于指导变压器硅钢片的下料环节,对提高企业经济效益有着重大的现实价值。
  • 基于KNN算法的中心带孔圆板拉深-翻孔变形方式的研究
    周鑫, 谢晖, 付山, 张清云
    锻压技术. 2021, 46(7): 53-59. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.009
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    为了准确、快速判别中心带孔圆板拉深-翻孔过程中的变形方式,选取第3代先进超高强钢QP980材料,以预制孔直径、凹凸模圆角半径和板料厚度为特征参量,通过AutoForm成形仿真获取样本数据集,以Python作为编程语言,基于机器学习中的KNN算法构建中心带孔圆板变形方式预测分类器,并利用随机数据集验证其准确度。结果显示,当K=3、p=14且考虑距离权重时,该分类器的预测效果最佳,总体分类准确率达到90.2%,对随机数据集的分类准确率为88.9%。对比传统理论计算和计算机仿真预测,该分类器能以较高的准确度在短时间内同时预测多组样本,能够为实际生产提供参考和借鉴。
  • 辅助筋条厚度对2219陶铝材料数铣短壳壁板成形精度的影响
    李继光, 胡德友, 王亚龙, 杜百红, 赵彦广, 陈哲
    锻压技术. 2021, 46(7): 60-65. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.010
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    以运载火箭贮箱用2219陶铝材料数铣短壳壁板为研究对象,通过分析产品结构特点,利用四轴滚弯方式分区成形凸台区及网格区,合理控制上、下轴夹持间距及下压量,探究航向上、下端辅助筋条厚度设计对成形工艺参数及型面精度影响的机制,以实现2219陶铝材料的工程化应用。结果表明:同等模块曲率半径下,辅助筋条厚度影响材料的塑性流动及相对弯曲半径,受到弯曲三向应力,制约成形工艺参数及产品精度。辅助筋条厚度为6 mm时比厚度为5 mm时产生更大比例的塑性变形,更容易达到成形曲率要求,影响显著,但对弧度成形精度影响较小。当数铣短壳壁板航向上、下端设有3条辅助筋条时,控制辅助筋条厚度为5 mm,可控制弧度间隙在2 mm以内、焊接区直线度在1.5 mm以内、网格区直线度在2.5 mm以内。
  • 先进高强度钢拉深工艺参数优化
    宣守强, 邓沛然, 王苏静, 杨瑾
    锻压技术. 2021, 46(7): 66-70. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.011
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    以厚度为0.8 mm的DP1180先进高强度钢板料拉深成形为例,利用HIF-60小松伺服压力机的拉深成形系统速度和压边力可调的特点,对其进行拉深极限测定实验。通过室温下的拉深实验得到了该板料在室温下的极限拉深直径为Ф54.50 mm,极限拉深比LDR为2.07。通过只改变单一变量,进一步研究了在不同的压边力、冲压速度以及润滑条件下的极限拉深直径,以及对应的各工艺参数下的LDR值。通过正交实验来设计优化方案,通过方差分析得到了影响先进高强度钢DP1180拉深工艺的因素的主次顺序为:压边力>润滑>冲压速度,通过极差分析得到了最优参数组合为:压边力为10 kN、采用油脂润滑、冲压速度为5 mm·s-1。对优化后的参数组合进行验证,实验表明:优化后的拉深成形件成形效果良好,无明显缺陷,且室温下的极限拉深直径增大为Ф55.75 mm,极限拉深比增大为2.12。
  • 热成形门环的制造工艺
    杨建, 覃显峰, 李钊文, 陈礼健
    锻压技术. 2021, 46(7): 71-78. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.012
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    针对热成形门环的制造工艺难点进行研究,在常规热成形方案的基础上进行整合优化,采用3个压料块结构解决了门环的成形起皱问题,并结合CAE分析结果对产品进行优化,最终通过实际生产验证了该方案合理可行。重点对焊缝的变形、开裂及偏差进行优化,分析表明:拐角位置材料流动量大,导致焊缝变形进而开裂,焊缝应当设置在材料流动量小的直线段;同时,将焊缝的CAE分析曲线反向输出进行产品匹配,实现设计与制造的一致性,生产验证中焊缝偏差控制在±3 mm范围内。进一步研究热成形的回弹机理及精度控制方法,热成形冷却过程中金相转化产生的应力、应变场改变以及热胀冷缩是零件变形的主要原因,CAE分析证明,减小模具间隙可以减少零件回弹变形。在加工数据上采用缩放因子0.172%对零件的热胀冷缩进行补偿,通过研合模具减小间隙后调整回弹补偿量,最终进行精度测量,合格率达到95%。
  • 减震器顶板变形控制与成形模设计
    陈加国, 匡余华
    锻压技术. 2021, 46(7): 79-83. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.013
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    减震器顶板是一个结构复杂的非对称工件,此类工件的成形一直是冲压工艺的难点。根据企业生产的减震器顶板中出现的质量问题,运用Dynaform仿真软件,对减震器顶板工件的成形机理进行了研究,分析了减震器顶板质量问题产生的原因,并提出了解决的工艺方案;采用一模二件成形方法,将非对称结构成形转化为对称结构成形,在工件成形时,利用相互约束的材料变形阻力来控制材料变形,利用成形模结构来控制工件变形顺序,提高了工件成形质量及模具寿命;对减震器顶板成形模具设计及制造提出了合理建议。通过企业生产证明,优化后的生产工艺及成形模具不仅减小了减震器顶板成形后的回弹量,还提高了减震器顶板尺寸精度、几何形状精度和生产效率,降低了生产成本。
  • 热轧带钢均匀化冷却问题分析与控制措施
    陈彤, 李永亮, 邝霜, 令狐克志, 汪云辉, 秦红波, 贾丽慧, 刘嘉楠
    锻压技术. 2021, 46(7): 83-89. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.014
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    利用有限元模拟软件ABAQUS对带钢轧后冷却内应力生成机理及其变化过程进行分析,热轧带钢冷却后出现边浪是由于横向冷却速率和横向温度分布不均导致的;研究了超快冷喷嘴、U形层冷集管、侧喷水对带钢横向温度分布的影响。结果表明:冷却集管喷嘴长期处于高温环境,存在喷嘴锈蚀、老化、变形、堵塞问题,同时层冷水沿带钢宽度方向存在流量差异,导致带钢横向温度分布不均匀;侧喷的吹扫能力与侧喷角度、侧喷喷嘴磨损量、侧喷压力等有关,若侧喷吹扫不净,带钢上表面残余冷却水聚集,则会造成带钢宽度方向不均匀冷却。通过优化冷却集管流量分布的均匀性、调整侧喷水嘴的角度、优化侧喷吹扫效果,可以提高层冷区域带钢冷却的均匀性。
  • 基于AutoForm的汽车后门外板拉延分析与工艺参数优化
    吴光辉
    锻压技术. 2021, 46(7): 90-95. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.015
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    以某无框汽车后门外板为研究对象,利用正交实验方案,以拉延变形时的最大增厚率和最大减薄率为研究指标,以拉延时的成形力、压边力、摩擦系数和模具间隙4个工艺参数为实验因子,在CAE软件AutoForm中按5个水平进行模拟仿真,考察各组实验结果的成形质量,并对结果进行极差分析,得出最优工艺参数组合。最后,根据最优组合的仿真结果,并结合现场经验,向主机厂反馈了产品改进意见。通过分析和改进,在标称压力为800 t的压力机上,采用压边力为1400 kN、模具间隙为0.77 mm、摩擦因数为0.15的工艺参数进行拉延加工,得到的车门外板无开裂和起皱缺陷,表面质量光整均匀,符合工艺要求,且明显缩短了设计周期和成本。
  • 某汽车翼子板的拉延工艺分析
    林金海, 孙层层
    锻压技术. 2021, 46(7): 96-99. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.016
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    汽车翼子板冲压件的模具开发调试周期长、返工返修次数多,利用CAE分析软件进行翼子板的成形仿真分析,结合零件的造型,总结出合理的翼子板冲压工艺方案及注意事项,并缩短了模具开发周期,减少了模具返工返修次数,提高了模具制造质量。对翼子板的拉延工艺进行详细分析,确定翼子板拉延的主要冲压工艺参数,并且确定了拉延模具的拉延方向、压料面形状、拉延筋尺寸和位置以及工艺补充面,另外,还介绍了翼子板拉延后工序的主要内容。CAE拉延仿真分析结果对实际模具生产具有重要指导意义,根据实际模具生产结果与CAE分析结果的对比,可以证明CAE拉延仿真分析的工艺性合理。
    • 特种成形
  • 生物质热压成型温度场离散元模拟
    李震, 于跃, 于今, 郝宇超, 万涛
    锻压技术. 2021, 46(7): 100-105. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.017
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    温度是影响生物质致密成型过程及燃料成型品质的关键因素之一,针对其致密成型传热机理及能量转换过程,应用EDEM-API二次开发对致密成型过程中的温度变化规律进行研究。通过离散单元法仿真分析生物质模型瞬态温度场,探究致密成型过程中温升和传热特性的演化规律,同时,从生物质密度、粒径、各时间分布等方面分析热压成型过程中温度场的变化。结果表明:在相同条件下,随着生物质材料密度增加,传热效果越好;粒径的增加,导致热传递效果逐渐减弱,粒径为Φ0.5 mm的生物质温升最快;传热过程中,压缩阶段的温度变化较大,保压阶段的温度变化平缓,生物质外部颗粒温度呈现梯度递减趋势并向内部传递。
  • 丝锥头数对内螺纹冷挤压成形质量的影响
    侯红玲, 陈鑫, 常向龙, 王艳茹, 赵永强
    锻压技术. 2021, 46(7): 106-112. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.018
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    为了研究大导程内螺纹的挤压成形过程及挤压丝锥的结构参数对其成形质量的影响,建立了3种头数的挤压丝锥模型,通过数值模拟得到了内螺纹冷挤压过程中的应力分布、金属流动规律以及挤压温度和挤压扭矩,获得了内螺纹成形质量,并通过内螺纹冷挤压试验验证了仿真结果。研究结果表明:内螺纹冷挤压过程中应力主要集中在工件与挤压棱齿接触区域,金属沿挤压棱齿表面流动,逐渐形成螺纹廓形;单头挤压丝锥加工的内螺纹质量最好,挤压温度与挤压扭矩最高;三头挤压丝锥加工的内螺纹质量最差,挤压温度与挤压扭矩最低;双头挤压丝锥兼有单头和三头丝锥的优点,内螺纹加工过程中的挤压温度和挤压扭矩较低,同时内螺纹的成形质量较好,试验结果与数值模拟结果基本吻合。
  • 脉冲电流密度对电热封头用STC330R搪瓷钢板弯曲变形性能的影响
    夏源, 周杰, 龚光辉
    锻压技术. 2021, 46(7): 113-117,123. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.019
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    为了提高电热封头用STC330R搪瓷钢板的弯曲变形性能,通过脉冲电流辅助STC330R钢板同步电流加载方式对其内部组织进行增强,分析脉冲电流密度对其弯曲成形性能和微观组织的影响。研究结果表明:提高电流密度后,板材获得了更高的弯曲温度,降低了拉压的不对称性,中性层偏移程度较大程度地降低。提高电流密度后,发生塑性变形时,成形载荷显著降低,试样温度升高,引起高温软化现象,同时屈弹比减小,因此,回弹角也减小。随着电流密度的增加,孪晶数量降低,板材内侧区域形成了大量的孪晶,当晶粒受到孪晶界的切割后,形成了许多细小晶粒,在中间区域也观察到明显的孪晶分界层,分界层之外形成了大量尺寸均匀的等轴晶,而板材的外侧组织中只形成了少数孪晶。
    • 管材成形
  • 一种弯管成形半径的影响因素研究
    吴磊, 黄凯东, 苏开华, 黄红兵, 冯嫦
    锻压技术. 2021, 46(7): 118-123. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.020
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    对于3003-H24铝合金的三滚轮推弯工艺,通过对加工过程中模具位置变化的分析,得出前期研究的弯管成形半径理论计算结果比实测结果偏小的原因,进一步通过对弯管力的计算,并结合有限元分析,得出弯管力与弯管成形半径成反比,弯管力对模具位置变化的影响极小,主要应考虑设备的零件间隙;通过对弯管成形半径的修正量与理论加工半径、弯管力的关系,以及弯管力与设备零件之间的间隙变化量的关系进行研究,结合图形分析的方式,结果表明,弯管力达到一定值后,继续增大对零件之间的间隙变化量影响不大,对于所使用的弯管机及弯管方式,弯管力大于100 N后,间隙变化量趋于稳定,弯管成形半径的修正量主要取决于理论加工半径。对于弯管加工,只要根据实际所需弯管成形半径,计算出理论加工半径,并对其进行相应修正,即可提高加工的准确性。
    • 加热与热处理
  • 基于状态反馈的锻造加热炉温度控制方法
    李中望, 余云飞, 徐琬婷
    锻压技术. 2021, 46(7): 124-129. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.021
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    锻造加热炉是锻压技术领域的重要设备,在加热过程中要求锻件的内外温度均匀,否则会形成内外温度差,从而在锻件内部产生应力,导致锻件缺陷。针对锻造加热炉的炉温,引入状态反馈控制,分析了某炉温状态反馈控制系统在满足性能指标时控制器最大输出超过最大允许值的情况,并通过适当地延长调节时间,有效地降低了系统控制器的输出。同时,通过在系统中设置全阶状态观测器,对估计模型与实际系统之间的误差进行补偿,提高了系统精度,并提出了去滞后的方法和思路,通过仿真进行了锻造加热炉温控系统去掉纯滞后的前后对比,得到了变换后系统与变换前系统间的相对作用强度为0.6775,体现出较好的替代性能。
  • 加热温度对退火态2219铝合金板材力学性能的影响
    张下陆, 李继光, 赵鸿飞, 杜百红, 卢润卓, 初冠南
    锻压技术. 2021, 46(7): 129-133. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.022
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    为了研究加热温度对退火态2219铝合金板材力学性能和微观组织的影响,在25~300℃温度范围内,对退火态2219铝合金板材进行单向拉伸试验。结果表明:退火态2219铝合金板材的强度随着加热温度的升高而降低,伸长率随着加热温度的升高显著增加,从室温状态下的31.50%升至300℃下的59.75%,塑性得到明显改善;退火态2219铝合金板材加热至一定温度再冷却至室温,然后进行固溶时效热处理,材料强度基本不发生变化,伸长率随加热温度的增加有所降低,从室温状态下的19.70%降至300℃下的15.04%,同时微观组织无明显差异,说明在一定温度范围内加热对2219铝合金板材的最终力学性能没有影响。
    • 摩擦与润滑
  • 基于激光熔覆的自润滑复合涂层制备及其性能研究
    刘博, 陈炜, 郭玉琴, 曹一枢, 周文涵, 刘志强
    锻压技术. 2021, 46(7): 134-139. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.023
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    为了防止H13热作模具钢在使用过程中出现的磨损失效现象,使其在工作环境下(200℃)具有自润滑能力,在H13热作模具钢表面进行激光熔覆,成功制备了具有自润滑能力的Stellite 6-Cr3C2-WS2复合涂层。研究了Stellite 6-Cr3C2-WS2复合涂层对熔覆涂层表面性能的影响。对熔覆涂层分别进行了X射线衍射(XRD)分析、扫描电子显微镜(SEM)组织观察、能谱(EDS)分析、显微硬度测试和摩擦磨损试验测试,系统地研究了物相组成、微观组织、显微硬度和磨损性能等。试验结果表明:熔覆涂层在激光束照射下反应生成的主要物相有γ-(Fe, Co)、Cr7C3硬质相、(Cr, W)C碳化物和CrS自润滑相;熔覆涂层显微组织主要由平面晶和树枝晶构成;熔覆涂层硬度是基材硬度的2~3倍,表面摩擦因数为基材表面摩擦因数的65%。因此,热作模具钢H13表面的熔覆涂层的硬度和耐磨性均得到了很大的提高。
    • 装备与成套技术
  • 泵控锻造液压机控制系统研究
    鲁苗, 陈柏金, 柳龙, 张朝壮
    锻压技术. 2021, 46(7): 140-145. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    针对22 MN正弦泵控制的自由锻造液压机组原控制系统结构复杂、设备元器件老化、故障频发、维护困难等问题,对正弦泵的工作原理、传动方式及其组建的泵控锻造液压机液压系统进行研究,在此基础上构建了基于PROFINET总线控制技术的控制系统,开发了操作与监控系统软件。采用智能控制策略,实现了压机动作和位置的精准控制。在原有液压系统保持不变的前提下,将机组原有的各种模拟调节控制改为数字控制,达到原有技术指标:压机位置精度达到±1 mm,锻造频次达到30~60次·min-1,压机与操作机实现联动控制。同时,简化了系统的控制结构,采用动态模拟技术显示系统的各种状态及参数,提高了系统的可维护性。实际应用表明,系统可靠性高、维护简单,能经受长期生产考验。
  • 可调节的板料无铆钉滚压连接装置设计
    宗鹏举, 何玉林, 党菁, 陈占斌
    锻压技术. 2021, 46(7): 146-151,156. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    针对传统的板料无铆钉连接技术需要专用的设备及模具,并且凹模结构复杂等问题,设计开发了一种简单实用的板材无铆钉滚压连接装置,该装置不需要专用的压力成形设备,通过一对凸模的旋转运动实现板料连接。通过设计合理的凸模和凹模的结构尺寸,分别对厚度为1.2 mm的Al5052铝板和厚度为1.5 mm的Al1060铝板进行了滚压连接试验,对所得的滚压试件进行断面观测试验和抗剪试验,得到相关几何参数及接头抗剪力。试验结果表明:该装置结构简单,能够实现不同厚度板料的连接,凸模旋转的垂直压下量对接头互锁值和底厚值的影响较大,对颈厚值的影响较小,合理地控制凸模旋转的垂直压下量和凸模间距可以提高接头的连接质量。
  • 泵控电液伺服系统滑模反步控制设计及其AMESim仿真
    朱学军, 李民, 曾庆仪
    锻压技术. 2021, 46(7): 152-156. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.026
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    为了提高大负载输出泵控电液伺服系统滑模控制方法对非匹配干扰的影响,采用反步法对系统非匹配干扰进行补偿,通过光滑连续一阶可导滑模技术来消除滑模与反步控制的冲突,并通过联合仿真验证滑模反步控制设计的准确性。研究结果表明:滑模反步控制器结果最接近参考信号,误差最小,表现出最优的稳定性。滑模反步控制器输出电流最小,波动效果最低,证明所设计的光滑连续滑模控制律有效地抑制了输出抖动。滑模反步控制器获得了比反步控制器和PID控制器更小的IMSE和IAPE,表明在控制器输出强度较低的条件下,利用滑模反步控制器达到了优于PID控制器与反步控制器的控制性能。滑模反步控制器则同时拥有反步控制与滑模控制的优点,不需建立精确模型也能够达到较好的控制性能。
  • 负载口独立控制负载模拟系统多余力解耦补偿抑制控制
    曹晓明, 姚静
    锻压技术. 2021, 46(7): 157-165. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.027
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    以负载口独立控制负载模拟系统为研究对象,针对该系统工作过程中产生的多余力导致的系统模拟负载力精度下降的问题,通过机理建模的方法建立了该系统的各组成部分以及系统的整体数学模型,分析出主系统运动输出位移与负载模拟系统输出负载力之间的耦合关系,进一步基于解耦补偿原理计算出系统多余力的补偿环节。搭建试验平台进行多余力抑制控制试验研究,主要从不同频率位置波动下的多余力抑制效果以及不同负载恒力下的多余力抑制效果两方面展开了研究,结果表明,负载口独立控制负载模拟系统在采用了多余力解耦补偿抑制控制方法后,以上工况位置扰动对负载模拟部分的力控精度的影响得到了大幅削弱,其多余力峰值消除一般可达65%以上,有效提高了负载模拟精度。
  • 基于任务坐标系的液压机四角调平控制
    熊义
    锻压技术. 2021, 46(7): 166-171. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.028
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    针对液压机滑块的四角调平电液系统,提出了一种基于空间任务坐标系的控制方法。分析滑块与调平缸的运动关系与空间位置关系,从而建立坐标转换矩阵,将液压机滑块四角的直线位移坐标转换为滑块中心位移与倾角组成的任务坐标,在任务坐标空间内设计了基于调平力偏置非线性前馈补偿的滑块跟踪运动PID控制器,并且直接针对滑块的倾角设计了调平PID控制器,针对不同控制目标的控制参数是独立调节、互不影响的。设计了基于调平力偏置的预加速过程,以缓解滑块与调平缸接触时的冲击。最后,在25000 kN玻璃钢液压机上对所提控制方法的有效性进行实验验证。实验中,调平缸分别定位于平面矩形的四角,矩形尺寸为3550 mm×2900 mm。实验结果表明:使用基于任务坐标系的四角调平控制方法后,液压机滑块绕坐标轴x、y的旋转倾角分别被控制在0.0032°和0.0045°以内,各调平缸的位移偏差不超过0.45 mm。
    • 模具
  • 排气罩的工艺分析与模具设计
    郑晖, 栾景旺, 孙凌崴
    锻压技术. 2021, 46(7): 172-177. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.029
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    通过分析排气罩的材料、数量、结构和工艺性,确定了此零件采用单工序模进行生产。设计了制件生产的工序图:工序1下方形料;工序2预拉深得到底部凸起位置;工序3激光切割翻边预制孔;工序4拉深翻边成形,得到翻边和下陷形状;工序5切边钻孔,完成制件。本次设计通过试压给出合格的展开件,使用展开毛料边缘定位,凸模与压边圈之间、压边圈与上模之间均采用导滑板的方式进行导向,定位精度高,以此实现了拉深翻边的准确加工。模具工作时安置调压垫调整压边力,设置镦死垫,避免了模具因受到巨大的冲击而导致的疲劳损伤。以CATIA为辅助工具,设计出拉深翻边成形所需的凸模、凹模以及压边圈,对模具零部件进行装配,得到拉深模具的装配体的三维数模。同时,介绍了覆盖件拉深模结构设计要点。通过实践验证,所设计的模具工艺性良好、结构合理、符合生产要求。
  • 基于响应面法发动机连杆热锻模具磨损失效分析
    张松泓, 徐颖若
    锻压技术. 2021, 46(7): 178-184. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.030
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    以发动机连杆作为研究对象,有效预测连杆终锻上模磨损最严重区域和使用寿命。基于Archard修正磨损模型,采用滑移速度﹑表面温度和表面压强作为评定终锻上模磨损量的依据,预测上模磨损最严重位置,对磨损最严重区域,选取上模材料初始硬度、摩擦因数、上模预热温度和下压速度进行单因素和多因素离散试验,以优化磨损量;对连杆进行20次模拟,并对磨损量结果进行曲线拟合,预测连杆终锻上模的使用寿命。模拟结果表明,上模P2点区域为磨损最严重位置,该区域优化后的最优磨损量为0.9615×10-6 mm,对应的最优参数组合为:预热温度为200℃、初始硬度为58 HRC、摩擦因数为0.3和下压速度为55 mm·s-1。试验表明,模型预测和实际磨损量数值基本相同,回归模型的预测数值可信度极高,该模型终锻上模寿命为87298次。研究结果有助于降低试模成本,提高连杆模具的研发成功率。
    • 材料与成形性能
  • 双相钢的成形与断裂极限性能分析
    潘利波, 左治江, 周文强, 祝洪川
    锻压技术. 2021, 46(7): 185-189. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.031
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    为分析双相钢的变形与断裂行为、评估其成形性能,以典型双相钢DP780和DP600为研究对象,采用实验与计算方法得到了两种双相钢材料的成形极限曲线和断裂极限曲线,通过观测不同应变路径状态下试样的断裂形态,分析材料成形极限与断裂极限曲线,并与传统低合金高强钢比较,研究了双相钢材料不同应变路径下的变形特性。结果表明:随着应变路径状态由单向拉伸向双向拉伸变化,双相钢的断裂主应变逐渐降低,且在断裂前会有明显的颈缩阶段,而当应变路径为双向等拉状态时,材料在断裂前无颈缩特征出现,表现为脆性断裂,这与传统低合金高强钢不同,双相钢的这一特性应主要由双相钢的铁素体和马氏体软硬两相组织决定。
  • 2205双相不锈钢的热加工图和组织研究
    郝建军, 张瑞丰, 宋耀辉, 李华英
    锻压技术. 2021, 46(7): 190-198. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.032
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    采用Gleeble-3800热模拟试验机,对2205双相不锈钢进行热变形研究,变形温度为850~1100℃,应变速率为0.01~10 s-1,真应变为0.91。绘制了流动应力-应变曲线,根据动态材料模型构建了不同应变下的热加工图,并且采用EBSD分析了微观组织。结果表明:流动应力随着变形温度的降低和应变速率的增大而增大;应变的增加使得耗散值η也在逐渐增大;失稳区域(925~1075℃/0.01~0.23 s-1)中的1000℃/0.01 s-1和1050℃/0.01 s-1变形条件下铁素体相的部分晶粒长大,而部分奥氏体相所受应变能较小,仍为等轴状晶粒,表现出明显的应变分布不均匀现象;最佳加工区域主要集中在950~1100℃/4.9~10 s-1下,该区域所对应的1000℃/10 s-1和1050℃/10 s-1变形条件下,耗散值η达到64%的主要原因为铁素体相中发生了较多的再结晶。
  • 22MnB5高强钢与201不锈钢温轧复合板组织性能研究
    李占富, 陈龙, 刘发, 姚圣杰, 赵洪运, 初冠南
    锻压技术. 2021, 46(7): 199-206,213. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.033
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    采用温轧工艺制备22MnB5高强钢与201不锈钢的复合板,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射、拉伸实验等方法研究了复合板的界面组织及力学性能。结果表明,温轧工艺制备的不锈钢复合板从基层到覆层之间依次为脱碳层、结合界面、渗碳层3种组织形貌。脱碳层的厚度随着压下率的增加而增大,覆层的奥氏体组织发生了形变诱发马氏体相变,热处理后的基层组织为板条马氏体。复合板界面处出现元素的相互扩散,且C、Cr、Mn元素的扩散能力较强,热处理后扩散层厚度增加。随着压下率的逐渐增加,复合板的抗拉强度增加、伸长率降低。热处理后复合板的抗拉强度达到1160 MPa以上,伸长率有所提高。
  • 形变+退火对内燃机用FeCoCrNiBx高熵合金组织演变的影响
    刘世平, 刘俊辉, 彭二宝, 周伟
    锻压技术. 2021, 46(7): 207-213. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.034
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    为了提高非等原子比高熵合金(Fe50Ni30Co10Cr10)的力学性能,在该合金中加入B元素作为间隙增强原子,对其进行变形处理与退火后,实现了对该合金显微组织的精确调控,并分析了经过不同时间与温度退火处理后该合金发生的再结晶转变过程。研究结果表明:FeCoCrNi高熵合金在添加B元素后会引起σ相温度发生小幅下降,随着温度逐渐下降,在574℃时生成了Cr5B3相。铸态试样内含有fcc基体相与Cr5B3第二相两种物相结构。在变形量较小状态下,晶粒外形主要以树枝晶形态为主,晶内组织发生了滑移,形成了明显的台阶外形;变形量达到50%后,晶粒明显拉长,形成了扭折带变形组织,树枝晶结构已逐步转变为扁平状组织;随着变形量增加,晶粒尺寸逐渐减小,晶粒明显细化。当退火时间达到30 min时,形成的晶粒尺寸与退火时间为10 min的晶粒尺寸存在明显差异,并未出现晶粒长大的情况,等轴晶内也同样形成了大量的hcp板条组织。
  • 奥氏体不锈钢的高温氧化行为
    张志红, 刘洁, 张孝元, 尉丰婵
    锻压技术. 2021, 46(7): 214-220,228. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.035
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    奥氏体不锈钢被广泛应用在工业、装修、食品、医疗机械等领域,具有良好的耐腐蚀性、耐高温性等。然而,在高温加热过程中,奥氏体不锈钢表面形成的氧化皮会造成钢板产生局部裂纹,影响钢的表面质量。对奥氏体不锈钢进行了高温氧化行为的研究,采用扫描电镜SEM、能谱分析仪EDS和X射线衍射仪XRD观察了钢表面氧化皮在加热和热轧条件下的演变过程。结果表明:在600℃时,奥氏体不锈钢表面会形成薄而致密的Cr2O3氧化层;随着温度的升高,钢表面逐渐形成了均匀的双层氧化层,且随时间的增加而增厚;在1250℃时,上层的氧化皮Fe3O4容易脱落,与基体分层,下层与基体结合紧密的氧化皮主要为FeO与Cr2O3和含Si元素形成的尖晶石氧化物。而轧制过程中,单层氧化皮脱落后,经过循环氧化破坏,基体表面为破碎块状组织,此时的氧化皮主要由铁的氧化物、Cr2O3沉淀以及FeCr2O4组成。
    • 理论与实验研究
  • HNi55-7-4-2合金高温本构模型修正及变形激活能演化规律
    尹小燕, 刘兴凯, 丁宏翔, 朱杰
    锻压技术. 2021, 46(7): 221-228. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.036
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    研究了挤压态镍黄铜HNi55-7-4-2合金高温本构模型的修正方法及其变形激活能的演化规律,对HNi55-7-4-2合金进行不同变形温度(873~1073 K)及应变速率(0.01~10 s-1)条件下的等温热压缩实验,获取了HNi55-7-4-2合金的流动应力-流动应变曲线。基于材料参数和变形激活能对变形条件的依赖,构建了一种考虑变形条件对材料参数影响的修正本构模型。经验证,修正本构模型能很好地预测HNi55-7-4-2合金的高温流动应力,其预测精度高。在不同变形条件下应用修正本构模型计算变形激活能,变形激活能受到变形温度、应变速率和变形量的综合影响,其变化范围在119.0~173.2 kJ·mol-1之间。此外,变形激活能随着变形温度的增加而降低,随着应变速率的增加先降低后升高。
  • 轧机垂直振动特性研究及测试分析
    杨晋玲, 段牧忻
    锻压技术. 2021, 46(7): 229-236. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.07.037
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    考虑到轧机扭振、垂直水平二向振动耦合效应,根据机械动力学理论,基于Kelvin-Vogit模型,运用牛顿第二定理,建立轧机扭转、垂直、水平耦合动力学模型,计算分析其固有频率和主阵型。构建高频周期激励,分析高频周期激励下轧机的动态响应。仿真结果表明,第5阶固有频率会引起轧机产生强烈自激振,影响轧机的工作稳定性。轧机系统的振动幅值与激励频率成正比例,使轧机系统出现高次谐波振动,当激励频率增加后,轧机系统的振动幅值随之下降,说明高激励频率和低激励振幅有利于轧机系统运行的稳定性。实验研究表明,实测与仿真得到的系统固有频率误差小于15%,验证了所建立的轧机耦合振动模型的准确性。研究结果对轧机设计时科学地确定(或选择)主要结构参数、在轧制生产中进一步规范轧制工艺规程、现场振动故障诊断等,有着重要的理论指导意义和实用价值。
    • 新书介绍
  • 考虑负载均衡并行的机械用控制软件开发——评《锻压设备理论与控制》
    张思豪, 田建宇, 刘银良, 刘卫新, 刘经天
    锻压技术. 2021, 46(7): 237-237.
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  • 锻造操作的可视化动力学仿真设计——评《高端锻压制造装备及其智能化》
    熊菊
    锻压技术. 2021, 46(7): 238-238.
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  • 锻压科技英语的翻译与交流原则技巧探析——评《汉英锻压技术与装备词汇必备》
    乔燕
    锻压技术. 2021, 46(7): 239-240.
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锻压技术
Forging & Stamping Technology
ISSN 1000-3940
CN 11-1942/TG

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