2021年, 第46卷, 第8期　
刊出日期：2021-08-25

  

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锻造
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  饼状柱形齿轮一步精密成形及其改进

  余洪, 张如华, 栗慧博, 龙启博, 陈家, 吴泽

  锻压技术. 2021, 46(8): 1-6. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.001

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  为解决采用常规闭式模锻工艺一步成形饼状柱形齿轮精锻件固有的镦压力大和角隅难充满等问题,重点介绍了近期出现的基于集成开放成形、分流成形和推过整形等两步/多步成形的合理成分,并以改变模腔形状为手段的扩隅凹模成形。该成形方法通过扩大难填充的凹模下角隅及临近区域空间,使得镦压阶段能够有较多金属流至临近角隅并占据部分扩隅空间,得到下角隅体积足够但形状欠规整的中间状态半成品,再通过倾斜的扩隅侧壁对变形金属解除了局部约束,降低了镦压力;而体积足够但形状欠规整的角隅被顶出时,受倾斜侧壁的作用,流入扩隅空间的金属流向下角隅,完成下角隅填充。柱形齿轮和柱形内齿轮的试验情况表明,在保证角隅充满的同时,镦压力降幅达50%以上。扩隅凹模成形可以在常规装备条件下协调解决看似矛盾的降低镦压力和改善角隅填充的问题。
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  高应变速率多向锻造对AZ31镁合金组织及耐腐蚀性能的影响

  邓彬, 李庆芬, 吴远志, 刘超, 叶拓, 刘伟, 马斌, 刘安民

  锻压技术. 2021, 46(8): 7-11,25. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.002

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  对均匀化处理后AZ31镁合金进行高应变速率多向锻造,使用金相显微镜(OM)与电子背散射衍射仪(EBSD)等测试手段研究了不同累积应变量对AZ31镁合金显微组织的影响;采用电化学测试等方法研究不同累积应变量对合金在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀行为。实验结果表明:相对于锻造前,高应变速率多向锻造后,合金平均晶粒尺寸大幅度减小、耐腐蚀性能提升。当累积应变量为1.32时,合金获得了均匀细小的晶粒组织,其平均晶粒度为7.8218 μm,再结晶比例分数为79.40683%,平均腐蚀速率V_i=0.072 mm·a^-1,合金耐腐蚀性能最优;当累积应变量大于1.32时,在自激活的作用下,引起了再结晶晶粒的长大,合金的再结晶程度与组织的均匀性下降,耐腐蚀性能降低。
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  锻造工艺参数对H13热作模具钢性能的影响

  赵岩, 李强军

  锻压技术. 2021, 46(8): 12-17. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.003

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  采用不同的始锻温度、终锻温度和锻造比进行了H13热作模具钢试样的锻造试验,并进行了热疲劳性能和高温耐磨损性能的测试与对比分析,研究了锻造工艺参数对H13热作模具钢性能的影响。结果表明:随着始锻温度从1050℃增加至1150℃、终锻温度从825℃增加至925℃,H13热作模具钢的热疲劳级别和高温磨损体积均先变小、后变大,即其热疲劳性能和高温耐磨损性能均先变好、后变差;当锻造比从3增加至7,H13热作模具钢的热疲劳级别和高温磨损体积均先变小、后基本不变,即其热疲劳性能和高温耐磨损性能均先变好、后基本不变。H13热作模具钢的始锻温度优选值为1125℃、终锻温度优选值为900℃、锻造比优选值为5。与始锻温度1050℃相比,1125℃始锻时,试样的热疲劳级别数值减小4级、高温磨损体积减小16×10^-3 mm³;与825℃终锻相比,在900℃终锻时,试样的热疲劳级别数值减小6级、高温磨损体积减小20×10^-3 mm³;与锻造比为3时相比,锻造比为5时,试样的热疲劳级别数值减小2级、高温磨损体积减小6×10^-3 mm³。
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  温锻对2A12铝合金锻件组织和性能的影响

  刘惠, 曹金华, 马志锋, 陈明伟, 程利强, 高艳丽, 王海龙

  锻压技术. 2021, 46(8): 18-25. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.004

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  通过OM、SEM、EBSD和室温力学性能检测手段,对热锻、温锻、T6热处理后的2A12铝合金锻件的组织和性能进行了观察和分析。研究结果表明:温锻时的畸变能大,提高了T6热处理态2A12铝合金锻件的再结晶程度,心部高向的断裂方式由脆性断裂转变为“脆性+穿晶韧窝”混合型断裂,心部高向伸长率得到大幅度提高,且波动性减小。在20%变形量下温锻时,心部高向伸长率最优,提高幅度为29.2%。在相同变形量下温锻时,纤维状挤压晶粒以(110)和(100)为主,小角度晶界更多,晶界界面能低,再结晶所需的驱动力更大,纤维状挤压晶粒更难发生再结晶。在10%变形量下温锻时,挤压纤维状晶粒发生少量再结晶,在20%~30%变形量下温锻时,纤维状挤压晶粒发生完全再结晶,组织更加均匀,各向异性变小,不同位置的力学性能波动性减小。
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  汽车转向节精锻工艺设计与锻造主机选型

  潘成海, 曾琦, 董旭刚, 余光中, 刘波

  锻压技术. 2021, 46(8): 26-31,216. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.005

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  典型异形转向节的轴径细长、截面形状差异较大,由于具有负拔模角,主要采用卧锻成形方式,而现有的卧锻成形工艺产品质量难以保证,并增加了自动化生产的困难。针对该异形转向节的结构特点和成形难点,提出了由“镦粗—压扁—预锻—终锻”4个锻造工序构成的异形转向节精锻工艺,并对该工艺进行了模拟仿真。模拟结果显示:镦粗和压扁工序将材料进行了预分配,为细长的轴杆部和粗大的盘部和叉形件处提供了后续成形的材料量;预锻和终锻工序分别完成锻件的主体锻造以及圆角和局部的充填,工艺设计合理,锻件填充饱满。依据模拟分析结果,并结合锻造工序与压力机的设备特点,提出了适应该类转向节自动化锻造生产的主机类型和主机吨位。
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  Φ7.3 m特大型09MnNiD低温钢法兰锻件成形工艺

  李昌义, 陈明, 代博杰, 鲁博, 孔玉婷, 李雪

  锻压技术. 2021, 46(8): 32-37. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.006

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  针对首次锻造生产的Φ7.3 m特大型09MnNiD低温钢法兰锻件,通过分析对比3种成形方案,包括分段弯曲后拼焊成形、辗环成形和自由锻扩孔成形,确定了采用自由锻扩孔成形的方案。为了消除锻造成形过程中扩孔展宽量和热态锻件冷缩率对法兰锻件成品尺寸的影响,通过对特大型环圈锻造成形过程中扩孔展宽量和热态锻件冷缩率的分析,确定了锻造工艺设计时扩孔展宽量的参数设置依据,统计分析出热态锻件冷缩率的参考数据。针对09MnNiD低温钢法兰锻件壁厚超过400 mm从而导致的热处理淬透效果差、性能不合格而风险较大的问题,系统开展了热处理工艺试验。根据热处理工艺试验的结果,确定了09MnNiD低温钢的最佳热处理工艺方案。通过实际生产,验证了09MnNiD低温钢特大型法兰锻造成形工艺设计中扩孔展宽量、热态锻件冷缩率和热处理工艺参数的合理性。
板料成形
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  考虑余料的圆形件T型布局下料算法

  陈燕, 张伟, 宁晓军, 胡小春

  锻压技术. 2021, 46(8): 38-43. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.007

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  针对电机行业中经常出现的多周期下料的小批量圆形件的下料问题,从权衡下料工艺的简便性以及尽可能提高材料利用率的角度着手,提出一种在T型布局上考虑余料生成和利用的下料算法,优化目标是使整个多周期下料过程中使用的材料总面积最小。该算法首先利用余料库存中的余料满足部分毛坯需求,再利用顺序价值校正方法满足剩下的需求。在顺序价值校正方法中,根据相应的余料策略,允许主动生成规范余料条带,以期满足后续订单的部分需求。实验结果表明,在企业长期生产中,该算法可显著降低材料成本,并且计算时间也在可以接受的范围之内。
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  二维不规则排样背景下的零件像素化表达算法

  刘虓, 王宇帆, 刘嘉敏

  锻压技术. 2021, 46(8): 44-48. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.008

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  针对目前主流的零件表达方式,当零件外形呈现出凹多边形特性且顶点数目较多时,冲突检测算法明显变慢的问题,提出了一种零件像素化表达方法,即在零件包围盒上布置多个方形微粒,然后,通过二维布尔变量数组存储微粒是否被占用的信息,提出了微粒“占用”的判断算法。算例1研究了像素图生成速度与微粒边长和零件外形的关系;算例2则研究了零件像素化程度与排样性能的关系,最后,给出了推荐的微粒边长。推荐微粒边长可令排样计算速度和排样效果取得最佳的平衡。同时,算例2还与商用排样软件SigmaNest进行了对比,实验结果表明,如果使用推荐的微粒边长,本文算法得到的材料利用率高于SigmaNest算法,且计算耗时只有后者的2.8%。
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  一种橡皮囊成形弯边零件的回弹补偿方法

  张凌云, 弥晓东, 黄杰, 石绍秋

  锻压技术. 2021, 46(8): 49-54. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.009

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  在橡皮囊成形后的卸载阶段,由于钣金件内部残余应力的释放必然导致回弹,有时会造成制件几何尺寸超差、甚至报废。针对该问题,提出了采用经验公式法对曲线弯边的半径和弯曲型面进行补偿的算法,克服了有限元模拟位移调整法中多次迭代效率低、回弹补偿精度不高等问题,只需考虑钣金件的材料参数和几何尺寸,并配合二次开发软件即可快速生成曲线弯边零件的模具补偿工作型面。对典型的直弯边零件进行工艺试验验证,结果表明,弯边后零件的回弹角随着成形压力的增加而减小,回弹后零件的圆角半径与角度可控制在允许精度范围之内。
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  6061铝合金板料圆孔翻边渐进成形

  张星, 王进, 王勇强, 王梦婷, 王军

  锻压技术. 2021, 46(8): 55-61. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.010

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  采用普通渐进成形技术研究6061铝合金圆孔的翻边性能,探究了不同预制孔直径、不同成形路径的多道次渐进成形对6061铝合金翻边高度和壁厚分布的影响规律,探讨了获取6061铝合金的极限翻边件的方法。实验结果表明:单道次渐进成形板料的成形性能较差,且中部存在减薄带,但翻边系数仍高于普通渐进成形;通过合理设计多道次渐进成形可优化成形性能。3种方案中,变高度渐近成形翻边路径相比变角度渐近成形和单道次渐近成形的翻边路径,可获得尺寸较大的制件;变角度渐近成形翻边路径相比于其他两种路径,可避免壁厚过度减薄,从而获得壁厚相对均匀的制件;3道次渐近成形相比于2道次和单道次渐近成形,所获得的翻边件的质量更好。
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  6016-T4铝合金预警器支架翻边开裂的数值模拟及优化

  许海丽, 雷声, 贾卫星, 樊文涛, 陈从升, 刘亚峰

  锻压技术. 2021, 46(8): 62-69. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.011

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  为了解决6016-T4铝合金安全带预警器支架开裂的问题,首先,分析安全带预警器支架的结构特点、冲压工艺和板料性能,基于Dynaform有限元软件对预警器支架进行全过程模拟,确定开裂的位置,并分析零件开裂的原因;然后,将OP30翻边成形工序的凹模圆角半径由初始的5.5 mm增大至8.0 mm,解决了支架开裂问题;再通过4因素3水平的正交试验,研究OP30翻边成形工序中冲压速度、压边力、摩擦因数及凹凸模间隙对评估指标最大减薄率影响的重要性程度关系,得出优化后的工艺参数组合;最后,进行了仿真验证,结果显示:采用增大后的圆角半径,并结合优化后的工艺参数组合可以有效地将支架厚度控制在1.679~3.018 mm,大大降低了板料的减薄率,并且支架未出现开裂现象,便于后续的稳定量产。
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  矩形件排样问题的遗传模拟退火混合求解算法

  王莉

  锻压技术. 2021, 46(8): 70-76. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.012

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  为了提高矩形件排样问题的板材利用率,提出了基于匹配度的最低水平线定位方法和遗传模拟退火的排序方法。对于矩形件排样问题,建立了以提高板材利用率为目标的优化模型。在矩形件的定位方法中,为了提高最低水平线算法的板材利用率,提出了矩形件与板材匹配度的概念,实现了基于匹配度的最低水平线算法,此方法可以对排序结果进行微调和再优化。在排序方法中,给出了遗传模拟退火的混合算法,此算法依概率选择染色体,相比于贪婪准则可有效提高染色体的多样性。经Benchmark中的C算例进行验证,遗传模拟退火算法排样的板材利用率均高于遗传算法排样的板材利用率,验证了所提排样方法的优越性。
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  镁合金3C产品薄壳件差温冲压工艺参数优化

  高孝书, 吕云

  锻压技术. 2021, 46(8): 77-83. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.013

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  为了提升镁合金3C产品薄壳件的冲压成形性能,提出了将镁板温度和凸模温度引入优化过程,并采用正交试验和多目标粒子群优化(MPSO)算法相结合的方法优化冲压工艺。在正交试验的基础上,构造以开裂和起皱为目标函数的二次多项式响应面模型,通过多目标粒子群优化算法获得Pareto解集,再运用最小距离选解法获取多目标粒子群最优粒子P_m,即:凹模圆角半径R_c为6.90 mm、镁板温度T_d为276.33℃、凸模温度T_p为64.69℃、压边力F为22004.14 N。经仿真和实验验证,多目标粒子群最优粒子P_m比正交试验最优样本的开裂目标函数R_obj降低了22.96%,起皱目标函数W_obj降低了16.43%,说明该方法能够有效解决镁合金薄壳件差温冲压成形的多目标优化问题。
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  发动机托架后安装板翻边成形拐角区域的开裂研究

  李林鑫, 赵平, 冯铃, 赖丽莉

  锻压技术. 2021, 46(8): 84-89. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.014

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  从调整首次拉延圆角、增设工艺凸包和增加工艺切口圆角3个方面,利用Autoform有限元分析软件,研究了发动机托架后安装板成形质量的变化规律。分析了首次拉延圆角r₀与二次拉延圆角r₁的比值对缺陷和料厚的影响规律,随着首次拉延圆角r₀值的增加,最终成形工件的料厚呈现先增加再减小的趋势,越靠近r₀=0.75r₁(即k=0.75),材厚越大。当r₀=r₁时,增设工艺凸包对破裂缺陷具有一定的改善作用;当r₀=0.75r₁时,增设工艺凸包对缺陷和料厚的改善作用很小。随着工艺切口圆角r_切口的增大,能够有效减小应力集中系数,FLD中对应于原始破裂位置的点已完全进入安全区域,且距离成形极限曲线越来越远,料厚呈现增大趋势,对缺陷的改善效果明显。
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  复杂边界钣金件激光料带试模法及其应用

  王利, 黄昭明, 胡李勇, 沈晨

  锻压技术. 2021, 46(8): 90-96. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.015

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  针对复杂边界特征的钣金件级进冲压成形中经常会出现零件产品内外边界超差的现象,以一副复杂边界车身内板左、右件为研究对象,首先,设计了毛坯的10工位排样图,并以毛坯排样图为基础,逐步建立了制件的单工位全工序有限元模型,对板料的冲压成形性进行了仿真分析,确定了合理的冲压成形工艺参数与方案;其次,采用CAD/CAE技术,设计了毛坯的初次激光料带模型,并通过试模、检测和激光料带再设计对激光料带的目标形状进行逐次寻优。结果显示:经过两次试模后,快速获得了合格的实冲零件产品,表明激光料带试模法能够指导复杂边界车身钣金件级进模冲裁工位的快速设计,从而提高复杂边界钣金件级进模的设计效率。
管材成形
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  5A02铝合金管件磁脉冲冲击弹性介质成形试验

  徐俊瑞, 李毅, 华摩西, 王宇阳

  锻压技术. 2021, 46(8): 97-102. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.016

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  提出管件磁脉冲冲击弹性介质成形技术,研究了放电能量、成形温度、复合成形等对5A02铝合金管件成形的影响规律。室温下,管件的变形程度随着放电能量的增加而增加(放电能量为7 kJ时,膨胀率为24%,壁厚减薄率为22%),并且最大变形位置随着放电能量的增加逐渐向中心靠近(放电能量为7 kJ时,最大变形位置位于中心区域)。当放电能量一定时,调节成形温度(25~150℃),变形管件的最大直径无明显变化,表明在磁脉冲冲击高速率成形过程中,成形温度在25~150℃范围内对5A02铝合金管件的变形影响较弱。探究了室温磁脉冲冲击弹性介质预变形与准静态成形(成形温度为100和150℃)的复合成形对5A02铝合金管件成形的影响,结果表明,复合成形较单独的准静态成形和磁脉冲冲击弹性介质成形更易于使管件获得更大的变形程度以填充模具。
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  管壁异形渐进翻孔成形的力与变形特征分析

  吴航, 游建豪, 周银, 刘克帆, 温彤

  锻压技术. 2021, 46(8): 103-108. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.017

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  管壁渐进翻孔成形是传统渐进成形这一柔性成形工艺的重要扩展。针对圆管与方管管壁的长圆形和矩形翻孔,设定了8组渐进成形参数的加工方案,探讨了不同加工条件下管壁变形特点及其影响因素。研究发现:采用改进工具头以及“预翻+整形”方式,能够实现曲面结构的复杂翻孔加工;由于几何形状和材料流动性的差异,方管渐进翻孔的成形载荷远大于圆管渐进翻孔的成形载荷;就不同翻孔位置的减薄率而言,圆弧端最大、圆弧过渡端次之、直壁端最小。采用增加渐进翻孔的预翻量、选择直壁端进刀、减小进给量,以及采用顺-逆时针相结合的递进方式等措施,有助于消除破裂、金属堆积等缺陷,从而提高管壁渐进翻孔成形质量。
特种成形
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  大模数花键高速冷敲成形中影响材料变形的关键因素

  牛婷, 李永堂, 齐会萍, 张晋辉, 王利民

  锻压技术. 2021, 46(8): 109-116. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.018

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  为了简化工艺参数,突破试验条件对工艺参数研究的影响,通过分析成形原理,得出高速旋转的滚打轮引起的惯性力为材料变形力,而滚打轮的旋转速度会影响材料的应变速率。通过分析变形区的变形特点,得出高速冷敲成形属于多道次成形,而滚打轮的旋转速度与工件进给速度共同决定敲击道次。通过分析不同道次晶粒尺寸的分布情况,揭示了敲击道次对微观组织的影响;敲击道次大约在16~22次时,晶粒平均尺寸进入超细晶,敲击道次大约为30~36次时,超细晶粒所占比例可达90%。在确定了敲击道次后,可根据道次与工艺参数的关系得到滚打轮转速与工件进给速度的取值范围,进而指导实际生产。
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  外凸型变曲率内锥体深腔曲面高温合金构件充液成形工艺优化

  李晓光, 矫志辉, 赵文华, 郎利辉, 张艳峰

  锻压技术. 2021, 46(8): 117-122. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.019

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  针对外凸型变曲率内锥体深腔曲面高温合金构件成形难度较高的技术难题,采用充液成形被动式拉深的方式,旨在提高构件的成形质量及使用寿命,并节约成本。通过有限元分析软件建立外凸型变曲率内锥体深腔型曲面构件的充液拉深成形模型,利用仿真验证其可行性,然后进行试验,探究不同压边力加载路径、压边力以及润滑情况对构件成形的影响,并通过试验对构件成形的破裂及起皱的失稳情况进行分析,进而优化得出最佳的成形工艺参数。并且,根据优化的工艺参数制得合格的目标构件,进一步验证成形方案及成形工艺参数的可行性,为后续成形外凸型变曲率内锥体深腔曲面构件提供参照。
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  汽车法兰带肩螺母多工位冷镦成形工艺试验

  林崟, 杨明鄂

  锻压技术. 2021, 46(8): 123-130. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.020

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  汽车法兰带肩螺母整体结构复杂且肩部壁厚较薄,成形困难。为满足零件批量生产的需求,依据塑性成形理论,初步设计了两种多工位冷镦成形工艺方案,并采用DEFORM-3D软件对两种工艺方案的成形过程进行了数值模拟,分析了零件成形过程中等效应力、等效应变和工件损伤值的分布情况及成形力的变化规律。结果表明,设计的两种工艺方案均能生产法兰带肩螺母,填充饱满,无缩孔、折叠、开裂等缺陷,但工艺方案1中各工位的成形力大小分布更为均匀,且工件损伤值较小。经生产工艺试验验证,采用工艺方案1生产出的零件满足设计要求,通过对零件实际外形尺寸与模拟结果进行对比,误差均在合理范围内,验证了数值模拟结果与试模结果的一致性。
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  浅孔杯形件挤压工艺研究及模具涂层应用

  邵长静

  锻压技术. 2021, 46(8): 131-137. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.021

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  以某浅孔杯形件为研究对象,依据塑性成形理论,设计了4种挤压成形工艺,即上冲头反挤压、浮动凹模上冲头反挤压、上冲头正挤压以及浮动凹模上冲头正挤压工艺,采用DEFORM软件分析了4种挤压成形工艺下杯形件的成形质量及各主冲头的磨损情况,并确定了成形工艺。为降低主冲头磨损,研究了在TiN、TiCN、TiN-TiCN涂层下各主冲头的磨损情况,并确定了合理的镀层材料。通过正交试验法,研究了冲头圆角半径、摩擦因数、冲压速度、涂层厚度对冲头表面磨损深度的影响,并确定了最佳工艺参数。结果表明:在保证零件质量的条件下,采用浮动凹模上冲头正挤压工艺,冲头涂层材料选择TiN-TiCN复合涂层,工艺参数选择涂层厚度为4 μm、摩擦因数为0.08、冲压速度为10 mm·s^-1和冲头圆角半径为6 mm时,主冲头完成单次挤压后的磨损量较小。
模具
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  空调蒸发器边板零件多工位级进模设计

  袁博, 陈淑花, 于来宝, 张涛

  锻压技术. 2021, 46(8): 138-142. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.022

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  根据空调蒸发器边板零件的结构特点及实际生产的技术要求,进行多工位级进模排样设计。考虑到零件结构及边距因素,最终设计了8工序的模具结构。根据工件外形特征选用了单排排列,在保证了材料利用率的同时,也使工序达到最简化。模板与模板之间设计了销钉定位,保证了模具的精度,从而使零件各工序的加工变得更加精准。在凸模和凹模合模碰撞的地方设计了橡胶圈,使得每次冲裁时均有缓冲,保证了模具的寿命。工序的第1步即为设计冲定位孔,保证了送料的精度。经过实际生产验证,该模具使用性能稳定、产品质量良好,满足了大批量生产的需求。
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  天花灯金属外罩模具设计

  冯晓杰

  锻压技术. 2021, 46(8): 142-147. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.023

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  分析了天花灯金属外罩的结构和冲压工艺。首先,设计级进模具,生产天花灯金属外罩的成形部分,并详细介绍了该级进模具的料带图,对该级进模具中的撕裂工序模进行了分析,在撕裂工序模的凹模上开两条槽,以防止工序料与条料完全断开;然后,设计弯边模,对级进模具生产的半成品口部材料进行弯边。在弯边模的下模中,设计了4个滑块和4个斜顶,先用滑块将产品口部材料向内弯边,再用斜顶将弯边后的产品从下模的定位型芯中顶出。最后,设计了两套卷边模,第1套是预卷边模,对弯边后的产品初步卷边;第2套是成形卷边模。在天花灯金属外罩模具中,弯边模是关键模具。
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  基于WCM技术的充电机支架模具加热系统多目标优化

  庄百亮, 安蓉蓉, 徐先宜, 吴强, 陈欣吕

  锻压技术. 2021, 46(8): 148-156. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.024

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  为深入研究湿法模压(Wet Compression Molding, WCM)工艺及模具开发技术,以碳纤维复合材料件——车载充电机支架为研究对象,设计开发热固性模具,通过有限元分析手段研究热固性模具的加热系统,分析模具入口速度、模具初始温度及加热油温度对模具型腔表面温度均匀性、升温速度的影响规律。结果表明:当加热时间为8 min以内时,模具表面温度快速增加,12 min后逐渐稳定。此时的优选工艺参数为:模具入口速度为1.5 m·s^-1、模具初始温度为25℃、加热油温度为140℃。经过模压试验测试,在上述工艺参数条件下,模具型腔表面温度分布较均匀,型腔与型芯温差较小,可以获得质量优异的复合材料电机支架。
装备与成套技术
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  一种断路保护器定位板四轴冲铆自动送料机构的设计与分析

  郑清春, 张福东, 朱培浩, 王乃鑫, 沈晓治, 高忠玉

  锻压技术. 2021, 46(8): 157-160,185. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.025

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  针对断路保护器定位板自动铆轴的生产需求,设计了一种能够装配在级进模具中的销钉自动送料机构。通过分析断路保护器定位板的加工工序,获得设计自动送料机所需要的相关参数与技术要求,并拟定设计思路与方案;将自动送料机的设计分为下料机构设计和平移送料机构的设计,对两部分的结构设计进行详细说明,并阐述其工作原理;最后,将断路保护器销钉自动送料机构装配在冲铆级进模具中。实际生产表明,自动送料机构设计合理,省去了人工传送销钉的过程,避免了因人工失误而导致的次品,产品合格率提高了近12%。
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  高速压力机机身振幅最小化的传动机构智能优化

  陶翠霞, 孙波, 赵鹏

  锻压技术. 2021, 46(8): 161-166. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.026

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  为了减小高速压力机机身的振动幅度,提出了基于人工蜂群算法的传动机构的优化方法。介绍了传动机构构型,建立了机身的3自由度振动模型;求解了机身所受的激励载荷和动态响应,并基于机身动态响应建立了传动机构的优化模型;优化机身参数,并确定了参数的取值范围;通过巧妙设置蜜源编码方法和蜜源评价方法,将最优参数求解问题转化为蜂群搜索最优蜜源问题,并使用人工蜂群算法求解了最优参数组合。经验证,优化后的机身在X轴向的振幅减小了24.68%、Y轴向的振幅减小了66.67%,扭转方向的振幅减小了30.13%,综合目标函数减小了31.82%,说明经过参数优化,机身在3个自由度上的振幅大大减小,极大地提高了高速压力机的性能。
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  轧机双驱主传动系统的复合同步控制器设计

  胡曙敏

  锻压技术. 2021, 46(8): 167-173. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.027

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  为了提高轧机双驱主传动系统的同步性和抗干扰能力,设计了复合同步控制器。介绍了轧机主传动系统的工作原理,建立了直流驱动电机模型。设计了传动系统的复合控制方案,由速度跟踪控制器、神经网络同步控制器、扰动观测补偿器3个子控制器组成。将速度跟踪控制器设计为PI控制器,用于跟踪上、下辊电机,以设定转速;采用自适应线性神经元结构设计同步控制器,用于消除上、下辊电机的同步误差;扰动观测补偿器用于消除扰动量的影响,其原理是根据电机状态量估计出扰动大小并进行补偿。经仿真验证,与模糊神经网络PID控制器相比,神经网络同步控制器的同步误差达到10^-4 rad·s^-1的时间减少了28.1%;在扰动作用下,与不含扰动观测补偿器的控制系统相比,含有扰动观测补偿器的控制系统的调节时间减少了一个数量级,最大同步误差减小了8倍。以上数据验证了复合同步控制方案能够有效地提高轧机双驱动主传动系统的同步性能和抗干扰能力。
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  快锻液压机检测精度影响因素研究

  柯锋贤, 张朝壮, 陈柏金

  锻压技术. 2021, 46(8): 174-179. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.028

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  针对目前快锻液压机采用位移传感器测量锻件尺寸与实际尺寸存在一定误差的问题,以31.5 MN快锻液压机为研究对象,通过数学建模和有限元分析,研究了活动横梁受力偏转对锻件检测精度的影响规律;通过有限元分析,研究了具有不同上拱弯曲情况的移动工作台的变形规律;通过建立下砧与移动工作台间氧化皮的数学模型,研究了氧化皮压实变形对检测精度的影响规律。结果表明,活动横梁偏转和工作台变形对检测精度的影响均为线性的,可以在控制系统中通过预设线性变形规律对所得锻件尺寸进行补偿,而氧化皮的变形为非线性,不能通过预设线性变形关系对造成的锻件尺寸检测误差进行补偿。
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  机器视觉与工业机器人相结合的自动上料系统

  刘波, 赵一冰, 张南, 安思健, 张中琳, 吴鑫波, 张文远

  锻压技术. 2021, 46(8): 180-185. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.029

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  随着工业机器人和机器视觉技术的发展和应用,将二者相结合,研发出适合锻造工况的由机器视觉引导的机器人自动上料系统。该系统由工业机器人、电磁铁机构、视觉相机、控制系统和照明系统5部分组成,经过工况设定、拍照、数据处理、定位等流程,最终引导机器人从料箱自动抓取冷态的棒料,并搬运至锻造线加热单元。详细地说明了如何处理由于光线影响造成的拍照识别问题、机器人与视觉系统坐标系的标定与转换、视觉处理流程、夹持系统定位与容错处理、空抓问题的分析处理等。本系统在半年的应用过程中,经过不断地调整优化,取料成功率大于99%,应用结果证明了该系统具有可靠的稳定性和安全性。
加热与热处理
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  基于正交试验和灰色关联的模块锻件热处理工艺优化

  童洲, 谈毅, 段海峰, 陈晓斌

  锻压技术. 2021, 46(8): 186-192. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.030

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  针对大型模块锻件锻造缺陷以及材料加工性能的要求,以汽车发动机曲轴锻模为例,制定锻后热处理工艺,并在Deform-3D数值模拟软件中进行有限元分析,确定了以待料时间、预热温度、预热时间、正火温度、正火时间这5个因素为设计变量,以总加热时间和最大残余应力为目标函数,对锻后热处理的前半段工艺进行多目标正交优化设计。利用灰色关联分析法对试验结果进行处理,获得了优化设计的最佳方案和工艺参数。结果表明,优化后的热处理工艺使得加热总时间大幅缩短26%,残余应力也有所降低,在保证模块锻件加工性能的同时,提高了生产效率。
测试技术
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  AZ31镁合金单向及交变载荷作用下声发射波形特征对比分析

  贺秀丽, 梁红玉, 闫志峰

  锻压技术. 2021, 46(8): 193-198. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.031

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  采用声发射技术对AZ31镁合金在单向及交变载荷作用下的试验过程进行全程监测,对比分析其声发射波形特征,探讨塑性变形的产生及变化对镁合金声发射波形特征的影响。结果表明,不同载荷状态会产生不同的塑性变形,对镁合金声发射波形特征具有重要影响。与单向载荷作用相比,AZ31镁合金在交变载荷作用下,声发射波形具有明显的周期性和台阶现象等特点,其分别与裂纹闭合效应及材料塑性变形损伤有关。此外,AZ31镁合金在交变载荷作用下连续型声发射波形的平均波幅比单向载荷作用下的提高了约80 mV,除了塑性损伤累积的原因外,还有交变载荷作用下外部试验环境中较大背景噪声的作用。
材料与成形性能
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  脉冲电流密度对钢琴消音器用Ti-1.5Al合金板拉伸性能的影响

  徐上龙, 陈南宏

  锻压技术. 2021, 46(8): 199-205. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.032

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  为了提高钢琴消音器用Ti-1.5Al合金板的综合力学性能,对脉冲电流辅助Ti-1.5Al合金开展拉伸测试,对比经不同脉冲电流密度下制备得到的Ti-1.5Al合金板材的力学特性,并对其显微组织结构与拉伸后形成的断口区域微观形貌进行表征。研究结果表明:当合金材料受到脉冲电流的作用后获得了更强塑性,强度明显减小;提高脉冲电流密度后,合金获得了更大的伸长率,力学强度下降,且发生了更不均匀的变形。这是由于:当脉冲电流密度提高后,温度也随之升高,使中间部位发生了明显变形。合金进行拉伸缩颈部位的显微组织结构主要由两相钛合金组成,其中,白色组织为α相,并且在α相的晶界部位析出了部分β相;随着脉冲电流密度的增加,合金温度上升更快,易引起合金相变。断裂区域均形成了不同尺寸的韧窝,表现为韧性断裂;在施加脉冲电流时形成了更大的韧窝,且韧窝发生了明显的塑性变形。
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  真空感应熔炼制备Al0.86Ga0.14Nb半导体合金热轧变形行为

  薛涛, 韩春红, 刘玉芳

  锻压技术. 2021, 46(8): 205-210. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.033

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  选择热轧方法制备AlGaNb合金试样,对此过程的组织结构变化与变形行为进行了分析。研究结果表明:在铸态Al0.86Ga0.14Nb合金中形成了大量片状组织,其尺寸在200~240 μm之间,α2/γ片层间距在0.3~0.6 μm范围内,片层团晶界区域形成了粒径约为Φ8 μm的γ相晶粒;获得了厚度接近1 mm的AlGaNb合金,形成了光滑的界面组织。当片层受到热轧力的作用后,除了发生偏转外,还形成了间距更大的片层,获得了更宽的γ板条,而α2相的宽度减小。最初的变形阶段在片层板条内形成堆垛位错,γ相晶粒内发生了明显的位错塞积;在后续变形过程中,亚结构不断转变为大角度晶界,产生了更多的再结晶晶粒。在Al0.86Ga0.14Nb合金内形成了形态差异很大的孪晶组织,并且宽度均较大,大部分孪晶位于片层组织的晶界区域。
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  压下量对冷轧+退火态3Cr13不锈钢车板组织和力学性能的影响

  王东霞, 张娜, 刘玲玲, 翟会丽, 吴珍珍

  锻压技术. 2021, 46(8): 211-216. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.034

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  选择厚度为4.2 mm的3Cr13不锈钢热轧板作为基材,对固溶处理试样依次进行了冷轧,冷轧压下量分别为60%与80%,使其厚度减小为1.61与1.22 mm,并升温至900~1050℃完成退火。测试了其显微组织结构与力学特性。研究结果表明:在固溶试样中形成了大量再结晶晶粒,大部分呈现等轴状形态,经冷轧后,等轴状形态的铁素体晶粒沿轧向伸长。逐渐增大冷轧压下量后,生成了更多细长晶粒。在冷轧组织内析出了少量黑色与浅白色组织,黑色颗粒成分为TiN,浅白色颗粒主要由Nb(C,N)构成。试样经过冷轧处理后获得了更大的拉伸强度与屈服强度,压下量为80%的试样拉伸强度为981 MPa、屈服强度为929 MPa、伸长率未超过1.2%、硬度为362.8 HV。逐渐增加退火时间后,冷轧试样中形成了更高比例的σ相,以900℃对80%冷轧试样进行退火时达到了最大增幅。以900℃退火更易促进σ相的形核与长大过程。
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  S136系列钢的残余奥氏体对物理特性的影响规律

  吴正环, 黄历锋, 谷历文, 李荣锋, 阮锋, 孙康彬, 黎肖辉, 范其香, 王权

  锻压技术. 2021, 46(8): 217-223. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.035

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  以瑞典一胜百(ASSAB)的S136钢、S136 SUP钢和香港龙记(LKM)的2083 ESR钢为研究对象,对典型热处理工艺后的各试样的残余奥氏体分布,以及冲击韧性和尺寸稳定性的变化进行了对比分析,并总结了残余奥氏体对后两者的影响规律。实验结果表明:S136 SUP钢的残余奥氏体含量最高,S136钢和2083 ESR钢较低;同时,280℃低温回火会大幅提升残余奥氏体的含量。典型热处理后,模具钢的冲击韧性和残余奥氏体的含量成正比,与回火温度成反比,模具钢尺寸均遵循先降后升再稳定的规律。通过数学模型可实现根据马氏体体积稳定化率和残余奥氏体转化率,推算与预测不同时间段内模具钢的试样尺寸。
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  温度对波纹+平辊轧制建筑用镁/铝复合板组织及力学性能的影响

  张志辉, 李明

  锻压技术. 2021, 46(8): 224-230. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.036

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  为了提高建筑用镁/铝复合板的综合力学性能,分别采用波纹+平辊和平辊+平辊两种轧制条件,同时,在温度为250、300、350和400 ℃下对镁/铝复合板进行轧制,然后,对其进行显微组织观察并测试各项力学性能参数。研究结果表明：在温度为 350 ℃下轧制的镁/铝复合板均形成了良好的结合界面,且未观察到缺陷结构;逐渐提高轧制温度后,形成了更大的镁合金晶粒。随着轧制温度的升高,轧制镁/铝复合板的拉伸强度表现为先增大后减小的变化规律,最大值发生在350 ℃处;伸长率表现为单调增大的变化规律,采用波纹+平辊轧制条件形成了平整的拉伸断口组织,从而使镁/铝复合板具备良好的结合性能;弯曲强度表现为先增大后减小的变化规律,最大值发生在350 ℃处。相比较平辊+平辊方式,采用波纹+平辊方式轧制的复合板强度更高,可见,波纹+平辊轧制能进一步提高复合板的耐弯曲性能。
理论与实验研究
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  工件底孔直径对冷挤压内螺纹牙高率的影响

  侯红玲, 陈鑫, 常向龙, 赵永强, 吴浪

  锻压技术. 2021, 46(8): 231-238,250. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.037

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  为了建立底孔直径和牙高率之间的关系,以40Cr合金钢为研究对象,通过数值模拟分析了挤压过程中挤压扭矩和挤压温度的变化规律,以及底孔直径对内螺纹牙形饱满度和牙高率的影响;利用MATLAB对试验结果进行数据拟合,得到内螺纹牙高率与底孔直径之间的关系式;通过内螺纹冷挤压试验验证了数值模拟结果的可靠性和拟合公式的准确性。研究结果表明:在内螺纹冷挤压初始阶段,挤压扭矩和挤压温度快速上升;在挤压校正阶段,挤压扭矩迅速下降,挤压温度下降较慢。对于M8×1.25 mm的内螺纹,工件底孔直径控制在Φ7.33~Φ7.40 mm时,将挤压后的内螺纹牙高率满足连接强度要求,且底孔直径为Φ7.33 mm时,可以保证内螺纹连接强度为100%的同时降低加工难度,提高挤压丝锥的使用寿命。
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  4道次热轧工艺对316不锈钢包覆45钢屑复合板性能的影响

  毛志刚, 董洁, 李明

  锻压技术. 2021, 46(8): 239-243. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.038

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  以316不锈钢作为覆层、以45钢屑作为基层,综合运用真空加热以及热轧处理技术制备得到不锈钢包覆钢屑复合板,并设计了不同的工艺参数条件,对各工艺条件下热轧制得的复合板进行测试。研究结果表明：经过4道次热轧处理后,复合板的长度达到原来的近4倍,形成了更高密度的钢屑层：经过3道次以上的热轧处理后,复合板的抗剪强度达到220 Mpa以上,结合实际生产,热轧3道次便可以制备得到符合强度性能要求的复合板,从而显著降低生产成本。当热轧温度为1100 ℃时,形成了相互分离的夹杂物区域,不锈钢与钢屑层形成了冶金结合的状态。随着晶粒尺寸的增加,不锈钢层和钢屑层之间发生了冶金结合程度的变化,同时降低了复合板的塑性与伸长率。综合确定1100 ℃属于不锈钢包覆钢屑的最佳热轧温度,在该温度下能够制备得到力学性能最优的复合板。该研究对提高不锈钢包覆钢屑热轧的复合效果具有很好的实际指导意义。
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  冷轧压下率对汽车电极用W-20Cu合金导电及力学性能的影响

  郭斌峰, 刘伟峰, 马心坦

  锻压技术. 2021, 46(8): 244-250. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.08.039

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  为了提高经铝热反应工艺制得的汽车电极用W-20Cu合金的导电及力学性能,采用冷轧以及450℃+1 h的热处理工艺对其性能进行加强。通过实验测试手段,研究不同冷轧压下率下热处理前后W-20Cu合金的导电及力学性能的变化,并深入研究了该合金的性能强化作用机制。研究结果表明:热处理后,合金析出相尺寸明显增大,并且数量也显著增加;冷轧合金基体中形成了更大的析出相,并生成了许多细小的析出相,在Cu基体中呈现弥散态分布状态;冷轧合金进行热处理后获得了更高的电导率,提高冷轧压下率后,合金硬度发生了明显提高,冷轧压下率达到80%时,合金硬度提高至118.6 HV;热处理后,合金强度与塑性得到提升,冷轧压下率为80%的冷轧合金经过450℃+1 h热处理后获得了最优综合性能;冷轧压下率为80%时,合金断口形成了脆断组织,经过热处理的断口区域产生了数量众多的韧窝,表现为韧性断裂。