2022年, 第47卷, 第1期　
刊出日期：2022-01-25

  

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综述
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  伺服成形技术及其若干发展动向

  孙友松, 章争荣

  锻压技术. 2022, 47(1): 1-16. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.001

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  伺服压力机是近年来塑性成形领域最重大的创新之一,将伺服压力机以及基于伺服压力机的成形工艺统称为伺服成形技术。简要介绍了伺服成形技术的特点和目前的应用情况,重点论述了该技术当前的若干发展新动向,包括伺服压力机设计方法的研究、新型功能部件和储能技术开发、滑块运动路径设计与优化、伺服成形机理及成形过程的数值模拟、智能制造中的伺服成形等。要实现成形加工的自主创新,我国锻压装备制造商应尽快实现由单纯的设备制造厂向成形加工全面解决方案供应商的转变,大力开展关键核心部件的研发和伺服成形数值模拟技术以及成形新工艺的开发。
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  同/异种合金焊接接头旋压成形研究现状及展望

  贾震, 包惠莉, 孙泽霖, 文彦臻, 徐逸非

  锻压技术. 2022, 47(1): 17-23. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.002

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  针对同/异种合金焊接接头的旋压成形是制造航空航天零件的重要加工方式,主要综述了近年来国内外同/异种合金焊接接头旋压成形的研究进展,总结了同种合金焊接接头的旋压成形的工艺过程和微观组织演化规律,探究了不同工艺参数条件对成形的影响。结果表明:对于同种合金,先焊接后旋压有助于降低焊接接头组织的不均匀性,在一定程度上提高焊接接头的力学性能,降低后续成形难度;通过分析旋压变形力的作用方向和对微观组织的作用机理能够有效地解释缺陷产生机理,从而提高成形性能;如何制备异种合金坯料并成形出高精度的异种合金拼焊构件,以及在旋压过程中焊接接头的显微组织和力学性能的演化有待深入研究。
锻造
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  锻造方式对TC4钛合金小规格板材制备的影响

  崔文俊, 朱晓翠, 任伟宁, 罗登超, 侯智敏

  锻压技术. 2022, 47(1): 24-29. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.003

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  TC4钛合金小规格板材生产一般采用铸锭镦拔锻造、板坯加热轧制的加工方式进行,对于小规格板材通常锻造时采用镦拔锻造的方式来进行,但组织性能并不能达到相对最优的状态。通过关键过程交叉对比的方式,采用普通自由锻造和镦拔锻造两种加工方式生产出相同尺寸的板坯,再使用相同的轧制工艺进行对比生产,所有的生产环节保持一致性,目的在于探究不同的锻造方式对于小规格TC4钛合金板材加工的影响。结果表明,相对于自由锻造,镦拔锻造对改善板坯内部组织有很大的提高作用,但是在生产小规格板材时,组织在前期过于优化反而会使得后续轧制过程中的组织改善较小。所以,通过对比发现,采用自由锻造得到的板坯更适合TC4钛合金小规格板材生产,其金相组织和综合性能更佳。
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  2618铝合金支座等温成形锻件的粗晶问题

  李宏伟, 张子健, 徐福昌, 袁林

  锻压技术. 2022, 47(1): 30-35. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.004

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  2618铝合金因其耐热性能良好、热状态下塑性好、塑性变形时工艺性能好,而被广泛应用于航空航天工业。然而,在塑性变形时,由于2618铝合金抑制晶粒长大的微量元素含量较少,致使锻件易出现粗晶问题,使得材料力学性能下降,影响锻件质量。分别使用了国内生产的Φ165 mm和国外进口的Φ160 mm两种2618铝合金原始棒料,采用等温成形技术锻造2618铝合金支座锻件。研究发现,以国内生产的Φ165 mm的2618铝合金挤压棒料为原料的支座锻件在进行热处理后出现了明显的粗晶,通过等比例实物研究原始来料的等温模锻和热处理全过程,发现国内生产的Φ165 mm的2618铝合金原始棒料在去除粗晶环后外缘还存在3~5 mm的亚晶组织,该组织为过渡组织,会在加热时迅速长大为粗晶,必须提前切除。基于此,提出了一种解决粗晶问题的方法,并获得了晶粒尺寸符合要求的支座锻件,为2618类铝合金锻件粗晶问题的解决提供了一种有效方法。
板料成形
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  基于Kriging模型的钢铝异质板料无铆钉铆接结构工艺参数优化

  李奇涵, 孟楷博, 韩小亨, 高嵩, 徐传伟, 谷东伟, 马风雷, 赵庆明

  锻压技术. 2022, 47(1): 36-42. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.005

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  针对钢铝异质板料无铆钉铆接成形接头力学性能差的问题,对铆接过程的结构工艺参数优化开展研究。以提高接头的最大抗拉力和抗剪力为目标,首先,建立了无铆钉铆接成形过程数值仿真模型,通过对比接头截面关键尺寸,验证了数值模型的可靠性;其次,对主要结构工艺参数进行拉丁超立方抽样试验,获取代表性样本点集及其数值仿真结果;随后,利用Kriging模型对接头的颈厚值和自锁值进行预测,预测相对误差小于10%,验证了Kriging模型的预测能力;最后,将Kriging模型与遗传算法相结合,进行结构工艺参数的多目标优化,采用优化后的结构工艺参数进行试验,无铆钉铆接接头的最大抗拉力提高了9.4%,最大抗剪切力提高了26.4%,验证了优化结果的有效性。
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  基于GA-PELM的板材热连轧轧制力预测

  杨静, 任彦, 高晓文, 苏楠

  锻压技术. 2022, 47(1): 43-48. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.006

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  在板材热连轧过程中,轧制力的计算精度直接影响板带钢的实际厚度,也是实现精准在线控制的前提。然而,由于实际的轧制过程受多种因素影响,使用传统模型进行预测的精度往往比较低。为了提高轧制力的预测精度,提出了并行异构极限学习机(PELM)的轧制力预测模型,该模型学习速度快且泛化能力强,同时为了保证模型的稳定性,采用遗传算法(GA)优化了该模型的权重和偏差。以包头某钢厂2250生产线的实际生产数据为例进行轧制力预测,结果表明,该算法训练的轧制力预测模型有很好的预测精度,适用于热连轧过程的轧制力预测。
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  纵弧棱U型梁的冲压变形行为分析

  刘武静, 吕琳

  锻压技术. 2022, 47(1): 49-55. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.007

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  针对高强钢纵弧棱U型梁类件的冲压成形问题,分析了纵弧棱U型梁成形件各个区域的冲压变形特点,再通过有限元分析总结了其成形过程的应力、应变分布情况和厚度变化规律,并结合模拟结果与物理试验探讨了该类零件在成形过程的减薄和增厚行为。验证结果表明:该梁类件的主要变形区为翼板区,且厚度从端部至中部逐渐减小;主要危险部位处于中部侧壁上与顶部圆角的连接处,最小厚度为0.833 mm,为制件质量的主要评估处,该处应变变化较大,其中厚度最大减薄量接近0.20 mm,易导致梁失效。研究结果对该类梁的成形工艺和模具设计具有参考价值。
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  基于厚板的三辊滚弯成形数值模拟及优化

  石磊, 朱春东, 马荣飞

  锻压技术. 2022, 47(1): 56-62. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.008

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  滚弯成形由于结构简单、加工效率高而被广泛用于工业制造领域。首先,介绍了三辊滚弯技术的成形原理,借助几何模型对成形半径和上辊压下量之间的关系进行推导;然后,使用有限元分析软件ABAQUS对三辊滚弯成形的圆形截面工件进行数值模拟,从模拟结果分析了成形过程中的板材应力分布以及成形半径大小。鉴于板材加工过程中无法避免的回弹现象,为了提高滚弯成形的加工精度,对上辊压下量的工艺参数进行调整,并分析了优化后的工艺参数对工件成形半径的影响规律,选取最优参数后最终结合试验进行了验证。研究结果表明,在单道次滚弯成形中增大上辊压下量有助于补偿回弹、提高工件尺寸的精度,试验结果与模拟结果也比较吻合。
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  可减少条带数的矩形件二维下料算法

  覃广荣, 丘刚玮, 王坤, 吕圣林

  锻压技术. 2022, 47(1): 63-68. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.009

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  从板材上切割矩形件的过程通常包含两个阶段:第1阶段用大型刀具将板材切成条带;第2阶段用小型刀具将条带切成所需要的矩形件。第1阶段的切割成本随着下料方案中条带数的增加而增加。针对矩形件二维下料问题,提出一种可减少条带数的下料算法,其优化目标是最小化材料成本和切割成本之和。首先,建立该问题的整数线性规划模型;然后,构造T型排样算法生成矩形件在单张板材上的排样方式;最后,采用列生成算法调用T型排样算法迭代构造下料方案。实验结果表明,该算法在维持较高板材利用率的同时,可大幅度减少下料方案的条带数。
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  结合CAE正误分析实践拉延成形转落料成形工艺

  赵晶石, 潘远安, 金键

  锻压技术. 2022, 47(1): 69-74. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.010

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  Autoform仿真软件已经被广泛应用于汽车领域,但仿真结果和实际生产结果不同的情况亦有发生。以解决某型商用车后视镜加强板生产和降低成本的问题为例,在现有模具的基础上进行改造,结合CAE分析结果和现场实验,确定零件工艺整改方案由拉延成形工艺改为落料成形工艺。结果表明:该零件材料利用率提升了47.3%,并解决了零件“硬化痕”和修边刃口“崩刃”的生产问题。最终证实,针对修边质量要求不高的多料翻边软钢材质零件,在CAE模拟结果不支持落料成形工艺方案的情况下,依然可以考虑采用落料成形工艺进行排布生产。
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  大型双曲率非等厚TC4钛合金壁板整体SPF/DB成形工艺及优化

  王会东, 付和国, 韩颖杰, 谢洪志, 张鑫, 尹延广, 赵天章

  锻压技术. 2022, 47(1): 75-80. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.011

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  针对大型双曲率非等厚TC4钛合金壁板整体SPF/DB成形工艺进行了研究。由于零件尺寸超过1800 mm,型面复杂(双曲率,弦高为330 mm),壁厚分布不均匀,成形后出现了严重开裂(多于6处)、明显缩沟(深度大于1.1 mm)和不贴模等缺陷,且在成形后难于通过化铣精确控制壁厚分布,提出了预变形、化铣、扩散连接和超塑成形的新工艺思路,通过有限元模拟预测了超塑成形后的壁厚分布,验证先化铣再SPF/DB的工艺路线的可行性。并利用自动敷膜和激光刻形等手段提高了隔离剂的涂覆精度,最终在870~930℃、1.0~1.5 MPa的条件下成功整体超塑成形得到壁板零件,并且表面无阶差和缩沟等缺陷,贴模度小于0.3 mm,焊合率超过90%,壁厚分布较为均匀,在口框交叉位置的减薄最为严重,约为母材原始厚度(2 mm)的44.5%,达到了该零件的关键技术指标。
管材成形
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  支叉管零件充液成形工艺

  葛蒙召, 王璋, 高铁军, 王进, 曾一畔

  锻压技术. 2022, 47(1): 81-90. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.012

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  针对某军机支叉管类零件的结构型面复杂、曲率变化大的特点,其传统的成形方式主要采用落压成形,在成形过程中易产生起皱、破裂和表面质量差等问题。因此,提出采用被动式充液成形来加工支叉管零件,并利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立有限元分析模型,对其充液成形过程进行有限元仿真模拟,研究不同压边力对充液成形的影响,从模拟结果可以得出合理吨位的压边力为300 kN。最后,通过实验研究对模拟结果进行验证,试制出合格的零件,得到支叉管零件采用被动式充液成形的最优工艺参数为压边力为300 kN、液室压力为8 MPa、压边间隙为1.05 mm,零件成形后的最大减薄率可以控制在20%以内,为支叉管零件成形找到了合适的工艺方法,利用数值仿真分析对成形复杂深腔、盒型类零件提供理论和数据支撑。
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  聚氨酯橡胶硬度对薄壁三通管内高压成形的影响

  张云峦, 吴天华, 张羽, 黄景论, 王凯, 杜思敏

  锻压技术. 2022, 47(1): 91-97. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.013

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  以外径为Φ24 mm、壁厚为1.5 mm、长度为120 mm的H85黄铜管为例,以壁厚增减量不超过30%为合格品作为前提,以生成最大支管胀形高度的橡胶硬度为最佳参数,结合胀形实验和有限元仿真共同分析了60~90 HA范围内7种不同硬度的聚氨酯橡胶棒对等径三通管成形质量的影响。研究结果表明:随着橡胶硬度的逐渐增大,支管胀形高度增大,壁厚差减小,壁厚分布越均匀;当橡胶硬度大于85 HA时,支管顶部减薄率大于30%;当橡胶硬度小于70 HA时,直管端部和底部增厚率大于30%。此次研究中,橡胶硬度为85 HA时,成形三通管的最大壁厚为1.899 mm、最小壁厚为1.06 mm、支管胀形高度为17.132 mm,成形效果最佳。管坯整体壁厚分布规律为支管顶部减薄、直管端部增厚,且增厚区明显大于减薄区。
特种成形
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  超声滚挤压风电轴承材料表面粗糙度加工参数敏感性研究

  任雁, 刘佳, 刘斌, 王晓强

  锻压技术. 2022, 47(1): 98-105. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.014

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  为了确定给定范围内的超声滚挤压风电轴承材料表面粗糙度加工参数的最优区间,以42CrMo钢风电轴承材料试样为研究对象,开展超声滚挤压表面粗糙度试验,基于试验结果构建表面粗糙度指数函数预测模型,分析加工参数对表面粗糙度及其灵敏度的影响,确定加工参数的稳定域和非稳定域,优选出最佳的超声滚挤压42CrMo钢表面粗糙度加工参数区间。研究结果表明:加工参数对表面粗糙度的影响程度大小依次为静压力F_s、工件转速n、进给速度f、振幅A。其中,n的优选区间为500~600 r·min^-1,f的优选区间为35~45 mm·min^-1,A的优选区间为15~20μm,F_s的优选区间为400~500 N。
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  2B06铝合金电磁成形试验研究

  崔丽, 杜建宁, 张超, 樊彬彬, 石全强, 张浩

  锻压技术. 2022, 47(1): 106-114. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.015

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  为探究航空用2B06铝合金在不同应变速率下的力学性能和电磁成形性能,开展了不同应变速率下的力学性能测试和电磁胀形及翻边试验。结果表明,两种热处理状态下的板材均表现为:随着应变速率的提升,材料的延展性有显著提升,但即使在高应变速率下,T态板材的延展性能仍低于O态板材。随后基于电磁成形平台,进行了指定特征的电磁胀形和电磁翻边试验,通过测量距离模具间隙、减薄和硬度等,分析了2B06铝合金在不同热处理状态下的成形规律,其中胀形和跑道型翻边特征存在圆角和直壁过渡区域,表现为更复杂的变形行为,距离模具间隙大且减薄严重,尤其在延展性较差的T态板材的工艺设计中需要重点关注。
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  消除某发动机壳体旋压裂纹的工艺改进

  廉国安, 程茜茜, 范国军, 李婷

  锻压技术. 2022, 47(1): 115-118. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.016

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  薄壁、长形发动机壳体是弹箭类的关键零件,使用材料为D6AE高强度合金钢,对旋前毛坯进行球化退火处理,在强力旋压成形过程中筒体出现批量周向裂纹,裂纹呈鱼鳞状,由内腔沿壁厚向外表面延展而且裂纹位置集中。为解决该问题,基于强力旋压成形机理、成形工艺、热处理工艺等理论,对裂纹形貌、产生位置及旋压受力状态进行分析,获得了裂纹产生的根本原因,进而优选出在不增加成本的前提下通过改进旋压工艺得到的最佳解决方案:通过改善裂纹产生阶段的受力状态,使该阶段受力变小。该解决方案彻底消除了裂纹源,避免了重大经济损失,为大批量生产发动机壳体提供了良好的技术基础。
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  U形7A09铝型材拉弯成形截面畸变控制

  王妍琴, 王东, 李继光, 刘聪, 梁立冬, 王悦, 马凯, 王振

  锻压技术. 2022, 47(1): 119-123,152. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.017

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  中空型材在拉弯过程中容易出现截面畸变的问题。针对某运载火箭U形铝型材进行拉弯成形数值模拟与拉弯成形试验,对比分析两种不同填料及填料与型材间隙对零件截面畸变的影响。模拟结果显示:在成形参数相同的情况下,采用聚氯乙烯填料能较好地抑制外侧立边倾斜与凹陷等缺陷;填料与型材间隙越大,外侧立边倾斜的角度间隙越大,但外侧立边的凹陷深度受填料与型材间隙的影响较小。根据模拟结果,采用聚氯乙烯填料,在填料与型材间隙≤0.5 mm的条件下进行拉弯成形试验,测量成形后零件外侧立边倾斜的角度间隙<0.5 mm,凹陷深度<0.3 mm,满足设计要求。
轧制
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  轧制轧制变形对Al-Zn-Mg-Cu合金中S相破碎情况的影响

  李小刚, 闫亮明, 胡强, 安智涛

  锻压技术. 2022, 47(1): 124-131. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.018

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  针对传统的对称轧制方式难以破碎Al-Zn-Mg-Cu合金中粗大S(Al₂CuMg)相的问题,根据蛇形轧制变形区的受力特点,通过主应力法分析了变形区内受力最小区域的应力,并建立了7055铝合金在蛇形轧制过程中粗大S相变形的微观有限元模型。采用建立的有限元模型对对称轧制、异步轧制和蛇形轧制过程中7055铝合金中S相的应变进行了模拟,开展了轧制实验和对S相形貌进行观察,对有限元模型的准确性进行了验证。结果表明:微观有限元模型准确可靠;随着非对称因素的增加,板材心部S相的破碎程度增加,即蛇形轧制>异步轧制>对称轧制;蛇形轧制板材表层S相较心部的应变更大、破碎程度更严重。
装备与成套技术
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  一种基于斜连轧穿孔顶头装卸机构

  魏东, 双远华, 陈建勋, 毛飞龙, 王付杰, 周研, 胡建华

  锻压技术. 2022, 47(1): 132-139. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.019

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  针对金属斜连轧实验机组的穿孔顶头在结束穿轧后如何安全、高效地进行更换的问题,在不影响管材轧制效率的前提下,设计开发了一套可实现离线拆装顶头的机构以满足顶头的更换需求。在高轧制轴向力和高轧制温度等复杂工况下,对顶头、芯棒螺纹联接体产生较大的螺纹预紧力。根据使用情况将装卸工作分为拧紧过程和松退过程,阐述两种过程的工作特点和作用,建立顶头在被机构卡爪夹紧状态时卡爪与顶头之间的受力模型,计算夹紧状态时卡爪与顶头之间的夹紧力。并通过现有工艺参数及设计要求完成对该机构三维模型的搭建。利用ADAMS软件对此机构的装卸顶头运动规律进行了分析和计算,为获得机构设计所需的工作参数和结构设计参数提供理论依据。
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  基于热模锻压力机曲轴锻造自动化生产线的时序设计与优化

  张南, 刘庆生, 曾琦, 刘波, 曾子豪, 李朝昆

  锻压技术. 2022, 47(1): 140-145. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.020

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  为了提高锻造自动化生产线的设计合理性及生产效率,在设计阶段对生产时序进行合理优化十分重要。以某企业热模锻压力机曲轴锻造自动化生产线的设计为例,在对生产线的主机设备、目标产品、机器人配置等整体规划的基础上,对该生产线生产时序进行初步设计,找出了限制提升生产节拍的瓶颈节点,并进一步通过时序拆分、时序分析与整合优化的方法,实现了该生产线某典型曲轴产品的动作规划,使生产节拍由43 s提升至20 s,保证了生产线的高效率生产。专业软件的仿真结果证明,在满足生产线功能要求的基础上,设备无干涉、机器人运行平稳,优化后的时序更为合理、高效。
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  径锻机夹钳简谐振动系统仿真研究

  刘赟清, 高俊峰, 马学鹏, 潘多斐, 黄周轩, 靳鹏飞

  锻压技术. 2022, 47(1): 146-152. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.021

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  对操作机夹钳旋转简谐振动原理进行分析,总结出径锻机锤头位移和操作机夹钳间歇性旋转动作之间的对应关系,并利用Amesim搭建了径锻机夹钳简谐振动系统的仿真模型,建立了锤头位移与简谐振动液压伺服阀信号之间的函数关系,将锤头位移转化为液压伺服阀控制信号为折线、等加减速曲线、正弦曲线3种函数关系。在其余参数相同的条件下改变锻造频次,对以上3种函数关系实现的简谐振动效果进行对比分析。结果表明:在低频次锻造时,液压伺服阀控制信号为等加减速曲线的控制效果更理想;随着锻造频次的增加,夹钳瞬间停顿时间较短,而正弦曲线控制效果更理想;同时,高频次锻造时,夹钳旋转动作明显滞后于控制信号,需精确调节锤头位移传感器与偏心轴的相对角度或传感器的相对零点。
模具
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  复杂汽车结构件多工位级进模条料冲裁刃口优化设计

  李贵, 刘耀东, 梁仁杰

  锻压技术. 2022, 47(1): 153-160. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.022

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  复杂汽车结构件的条料冲裁刃口是依据其展开的轮廓线设计得到的,由于轮廓线为复杂曲线,刃口的形状各异,使得其设计比较复杂。因此,基于轮廓曲线的内凹特征拐点分割思想,提出一种冲裁刃口优化设计方法。首先,对条料及其刃口的特点进行总结、分析和研究,提出冲裁刃口设计的一般性通用准则。然后,根据刃口外凸性要求,提取轮廓线相对冲裁区域的内凹点,基于他们沿送料方向作分割线,将冲裁区切割为多个异形区域。提出以异形区域与其矩形包容盒面积比作为判断依据,对分块区域的分割线进行优化,得到刃口分块方案。最后,以各刃口冲裁合力作用中心到冲裁模具中心的最小距离为优化目标函数,求解得到冲裁刃口工位的最优布置方案。实例表明,通过该方法优化设计得到的冲裁刃口满足外凸性质量要求,可为多工位级进模条料的全自动化智能设计提供支持。
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  基于Deform的三缸曲轴锻模设计

  徐华, 胡双锋, 付秀娟, 胡小艳

  锻压技术. 2022, 47(1): 161-167. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.023

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  在分析了42CrMo钢三缸曲轴结构特征的基础上,采用Deform软件,优化了预锻件敷料结构,敷料轮廓由直线相交转变为圆弧过渡,并将夹角由15°优化为20°,降低了模膛应力值;设计了便于变形、分模以及后续配重的余块结构,并在预锻模边缘设计了半开半闭式挤压筒结构,分配了预、终锻变形量,得到了预、终锻模具结构。利用Deform-3D对预、终锻成形过程进行了数值模拟,预锻件飞边为15~55 mm,终锻件飞边为35~65 mm,预、终锻件飞边的实测值比模拟结果大5 mm,锻件预锻温度设计为1200℃,终锻结束时温度高于900℃。生产实践表明:模拟结果可以辅助锻模结构设计,锻件飞边均匀、模膛填充饱满,终锻件符合图样技术要求,满足验收标准。
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  管帽零件多工位级进模设计

  王天宝, 袁博

  锻压技术. 2022, 47(1): 168-171. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.024

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  为了批量生产管帽零件,结合零件的结构特点、精度要求和冲压工艺性,进行了零件的多工位级进模排样设计。因管帽零件较小,为了增加模具强度、便于零件布置,在零件的第2工位设计了空工位,冲零件内孔时需与外圆同心。管帽零件侧壁较薄,需要合理设计拉深高度和拉深次数,以保证零件的精度。条料经过定位块后,继续往右运动,经过侧刃切边,侧刃设计了单侧切边,保证了送料的精度。管帽零件采用4个滚珠导柱导套结构,使具有较高的间隙配合精度。管帽零件结构简单,形状为中心对称体,易实现自动化生产。模具结构设计合理,为多工位级进模设计提供了一定的理论支撑,对指导工程实际生产具有重要的参考意义。
摩擦与润滑
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  热作模具钢高温销-盘磨损实验研究

  张赛军, 丁伟洋, 宋世光, 汤小平

  锻压技术. 2022, 47(1): 172-179. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.025

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  为研究3种常用热作模具钢的高温硬度和在100和300℃温度条件下的磨损率、摩擦因数的变化规律,通过高温硬度实验和高温摩擦磨损实验获得了3种热作模具钢的硬度、摩擦因数、磨损率随温度的变化规律。结果表明:随着温度的升高,硬度逐渐下降,表面渗氮处理虽能够大幅度提高材料硬度,但渗氮处理后的硬度随着温度升高而下降的幅度更明显;300℃下,销-盘接触表面的变形抗力降低,材料与板材之间的摩擦因数小于100℃下的摩擦因数,同时300℃下销表面产生较厚的氧化层,其磨损率小于100℃下的磨损率;材料表面渗氮处理后在100℃下材料的耐磨性提高,但在300℃下磨损量反而增大。实验结果为模具材料的选择和模具耐磨性的提高提供了可靠的基础数据支撑。
加热与热处理
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  38MnVS非调质钢活塞锻后控制冷却工艺

  刘江, 徐皓, 杨德行, 徐逸非

  锻压技术. 2022, 47(1): 180-184,202. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.026

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  对38MnVS非调质钢活塞进行锻后冷却处理并探讨了不同冷却工艺对非调质钢活塞的影响规律。首先,分析了不同冷却速率对非调质钢活塞的组织性能和力学性能的影响,可知,在冷却速率为50~90℃·min^-1下,非调质钢析出珠光体及铁素体时各方面的性能最优。然后,利用分选装置对非调质钢活塞锻件进行预选,挑选出达到合格锻造温度的活塞,并在4种不同的冷却工艺下进行冷却处理。冷却过程中,锻件首先进入冷却速率为50~90℃·min^-1的第1冷却装置,冷却至740~760℃;之后通过输送单元使活塞进入冷却速率为30~50℃·min^-1的第2冷却装置,冷却至290~310℃。工艺验证结果表明,这一冷却系统能够很好地满足使用方对活塞合格率的要求,得到的活塞锻件的性能稳定、品质优良。
材料与成形性能
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  TC4钛合金电热拉伸变形行为有限元模拟

  党鹏, 顾锐, 王永军, 吴为, 刘宝胜, 曹凤超, 王明涛, 曾元松

  锻压技术. 2022, 47(1): 185-195. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.027

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  为研究拉伸速率和温度对TC4钛合金性能的影响,采用电-热-力完全耦合方法,运用林建国统一粘塑性本构模型,使用有限元分析软件ABAQUS,对不同温度和拉伸速率下的TC4钛合金电热拉伸过程进行模拟研究,并选取目标温度为750℃、拉伸速率为1 mm·min^-1的这一组模拟结果与试验结果进行对比。对比结果显示:有限元模拟中通电加热后得到的温度场与试验中同一阶段采用热像仪测得的温度场分布相似,标距段中间部位水平线上的平均温度相差仅为2.1℃;此外,有限元模拟得到的拉伸力-位移曲线与试验曲线的变化趋势相近,最大拉伸力相差0.014 kN,误差约为2.41%,最大拉伸力出现时的伸长量相差0.148 mm。可见有限元模拟结果与试验结果较为吻合,证明了有限元模拟方法的可靠性。有限元模拟得到的拉伸力-位移曲线和试验曲线均表明:相同应变速率下,温度越高,钛合金塑性越好,在应变速率较高时,温度的影响作用减弱;在相同温度下,应变速率越低,钛合金的塑性越好,在温度较低时,应变速率的影响作用减弱。
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  铜合金表面织构冷压成形实验研究

  高壮, 刘志奇, 陈东良, 陈浩飞, 王文安, 宋建丽

  锻压技术. 2022, 47(1): 196-202. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.028

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  研究了一种高效低成本的表面织构加工方法——表面织构冷压成形工艺,并验证了其制备功能性表面织构的可行性。将铜合金在不同温度下退火制备不同晶粒尺寸的试样,通过自行开发的表面织构冷压成形系统,对铜合金进行圆形凹坑表面织构冷压成形实验。使用超景深三维显微镜对织构形貌进行分析,并研究了不同载荷、晶粒尺寸对单点表面织构冷压成形结果的影响,以及不同凹坑间距对两点织构冷压成形结果的影响。通过表面织构冷压成形实验在H62铜合金表面制造了变形影响区中直径为Φ336.0~Φ720.6μm、深度为27.33~110.10μm的圆形凹坑织构。研究结果表明,载荷、晶粒尺寸、凹坑间距对表面织构的成形结果有显著影响。实验确定了冷压成形表面织构的工艺参数,验证了冷压成形制备表面织构的可行性。
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  医用钛合金的微观组织与阻尼性能

  王微, 李振亚, 彭德林, 俞蓓, 尹春艳

  锻压技术. 2022, 47(1): 203-208. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.029

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  为降低医用钛合金的弹性模量、提高阻尼性能,采用水冷铜坩埚感应熔炼技术熔炼TZNM合金,并对样品进行固溶处理。借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、化学分析法、维氏硬度实验、阻尼实验,研究了固溶处理前后TZNM合金的显微组织与力学性能。结果表明:TZNM合金的整体熔炼效果良好,化学成分符合预期设计,为典型的双相α+β型钛合金,其铸态组织形貌为β基体上分布着板条状马氏体α,固溶处理后马氏体α'呈细针状;TZNM合金固溶处理后的维氏硬度为361 HV,比铸态时提高13.6%;随着应变振幅的增大,TZNM合金的内耗逐渐升高,固溶处理前后总体阻尼性能均有不同程度的提升。
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  表面机械研磨对5052铝合金表面纳米化与性能的影响

  王荣华, 刘振奇

  锻压技术. 2022, 47(1): 209-215. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.030

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  研究了表面机械研磨处理(SMAT)对传统轧制和连铸连轧5052铝合金显微组织、物相组成、硬度和拉伸性能的影响。结果表明:进行SMAT前,连铸连轧5052铝合金的晶粒尺寸(7μm)要小于传统轧制5052铝合金的晶粒尺寸(13μm);进行SMAT后,传统轧制和连铸连轧5052铝合金在表层均会形成细小的晶粒尺寸梯度分布,而且传统轧制和连铸连轧的5052铝合金的心部硬度和表层硬度均会有不同程度的提高,经过5.0 min的SMAT后,心部硬度分别达到89和91 HV,表面硬度基本相当(约为102 HV);相同SMAT时间下,连铸连轧5052铝合金的抗拉强度和断后伸长率均要高于传统轧制的5052铝合金,当SMAT时间增加至1.0 min及以上时,传统轧制和连铸连轧5052铝合金的抗拉强度有明显提升、断后伸长率略有减小,这主要与SMAT后合金表层形成了一定厚度的加工硬化和细晶强化层有关。
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  35钢延长拉杆过热断裂原因分析

  郭新良, 代克顺, 杨迎春, 虞鸿江, 焦宗寒, 周静波

  锻压技术. 2022, 47(1): 216-221,228. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.031

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  延长拉杆是输电线路重要的承载连接金具。结合一起500 kV输电线路延长拉杆断裂实例,通过对延长拉杆进行宏观检测、材料成分检测、室温和高温力学性能检测、不同热处理条件下的金相组织观察、断口形貌观察、通流试验等进行分析,研究引起延长拉杆过热断裂的原因。结果表明,当引流线夹接触不良或断开时,会导致延长拉杆通过大电流后长时间严重发热,使延长拉杆珠光体组织由层片状结构转变为球状结构,在导线拉力的作用下延长拉杆发生蠕变,承载面积减小,且抗拉强度大大降低,最终在导线拉力作用下发生断裂。研究结果对线路巡线和引流线夹安装修复工作有一定的指导意义。
计算机应用
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  基于YOLOv4算法的冲压件缺陷检测

  孙永鹏, 钟佩思, 刘梅, 曹爱霞, 李梁

  锻压技术. 2022, 47(1): 222-228. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.01.032

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  针对冲压件缺陷检测目前存在的人工检测强度大、效率低等问题,提出了一种基于改进YOLOv4(You Only Look Once)模型的快速检测算法(YOLOv4-Mobile)。该方法使用改进的MobileNetV3网络代替YOLOv4结构中的CSPDarknet53网络,改进的MobileNetV3网络结合了深度可分离卷积、具有线性瓶颈的倒残差结构以及SE结构(轻量级注意力结构)。利用车间采集的冲压件图像,建立缺陷数据集并进行数据增强,使用K均值(K-means)聚类算法得到一组对应冲压件缺陷数据集的先验框参数,提高了先验框与特征图层的匹配度。实验结果表明:基于改进YOLOv4模型的快速检测算法的平均精度达到89%,高于SSD算法;同时,单张检测时间达到0.15 s,优于原有的YOLOv4算法。