2022年, 第47卷, 第8期　
刊出日期：2022-08-25
  

  • 全选
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    锻造
  • 铝合金锻造开坯变形均匀性数值模拟与实验验证
    李鹏伟, 李翌瑞, 蔡安辉, 王昕, 周宏志
    锻压技术. 2022, 47(8): 1-6,28. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.001
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    锻造开坯变形均匀性是影响锻件质量的重要因素。以2A14铝合金为研究对象,利用Deform-3D有限元软件对锻坯应变场进行模拟,通过引入平均等效应变εave、变形均匀系数a,结合晶粒形貌观察和拉伸力学性能测试,对“单向镦粗”和“多向镦粗”两种锻造开坯工艺的变形均匀性进行定量和定性分析。研究结果表明:“多向镦粗”锻造开坯工艺的变形均匀性较“单向镦粗”锻造开坯工艺好,且锻造累积应变量越大,变形均匀性越好,力学性能各向异性越弱。2A14铝合金在多向镦粗锻造开坯过程中,随着累积应变量的增加,晶粒细化机制由晶粒破碎机制逐渐转变为连续动态再结晶机制。
  • 34CrNiMo6钢三拐曲轴热模锻成形工艺方案设计及数值模拟分析
    袁磊, 冉均均
    锻压技术. 2022, 47(8): 7-14. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.002
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    以某款材质为34CrNiMo6高强度结构钢的三拐曲轴为研究对象,通过数值模拟与工艺实验相结合的方法,开发热模锻成形工艺方案。首先,研究该三拐曲轴用锻态34CrNiMo6高强度结构钢的高温流变行为,建立34CrNiMo6钢在DEFORM软件中的高温流变模型。其次,对初始工艺方案进行数值模拟,分析预锻件和终锻件的成形过程、填充情况、温度分布和等效应变分布。分析初始工艺方案下三拐曲轴平衡块充填不饱满的原因为:金属不易充填“高筋薄壁”的平衡块型腔而更容易从阻力较小的桥部流出,导致形成飞边。在此基础上,提出在模具局部增加阻力墙结构的改进工艺方案,数值模拟结果显示,预锻件和终锻件的充填效果均得到了有效提升。最后,采用带阻力墙的改进工艺方案进行工艺实验,结果表明,锻件充填饱满,无锻造缺陷。
  • 汽车摇臂轴开裂原因分析与改进
    赵红利, 吴眉, 张红霞, 王典, 沈培智, 王龙, 蒋森
    锻压技术. 2022, 47(8): 15-21. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.003
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    针对汽车转向器摇臂轴在机加工过程中发现的螺纹孔端部出现批量裂纹的现象,通过宏观形貌分析、裂纹部位扫描电镜及能谱分析、金相显微组织分析等方法对裂纹的形成原因进行了深入检测和分析。结果表明,裂纹均存在于一个较规整的四边形区域内,裂纹产生的原因在于摇臂轴毛坯存在中心偏析,裂纹萌生于心部偏析严重处,在后续热锻三向不等拉应力作用下,进一步沿偏析走向扩展,形成宏观裂纹。并针对裂纹的产生原因提出了改进措施,经现场生产验证,棒料中心偏析不明显、金相组织均匀、硬度差别较小,后续机加工端面螺纹孔时,未发现开裂情况,改进效果良好。
  • 大型奥氏体不锈钢锻件的晶粒尺寸控制
    李昌义, 王行, 王爱琴, 谢敬佩, 禹兴胜, 石如星, 王文焱
    锻压技术. 2022, 47(8): 22-28. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.004
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    针对大型F316H奥氏体不锈钢锻件塑性变形抗力大,锻造工艺不当易导致开裂、粗晶和混晶等难题,开展晶粒粗化实验、高温拉伸和高温压缩实验,以研究材料晶粒的长大规律、热塑性及临界变形量对动态再结晶的影响。实验结果表明:当变形温度高于1050℃时,晶粒尺寸随着保温时间的延长不断增大,变形温度越高,晶粒尺寸长大趋势越明显。随着变形温度的升高,材料的抗拉强度逐渐变小,塑性抗力逐渐减小。同一变形温度下,随着变形程度的增加,动态再结晶程度随之增大。相同变形量下,随着变形温度的升高,动态再结晶更充分,晶粒尺寸更为细小,晶粒数量大幅增加。根据实验结果制定了直径为Φ5800 mm的管板锻件的锻造工艺,经实际生产验证,取得了较好的实施效果。
    • 板料成形
  • AZ31B镁合金电流辅助旋压回弹角预测及工艺参数优化
    王辉, 廖旭洲, 蔡继文, 詹玉婷
    锻压技术. 2022, 47(8): 29-34. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.005
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    在金属旋压工艺中,回弹是一种无法避免的成形缺陷,为了减小旋压制件的回弹,在电流辅助旋压的基础上,以AZ31B镁合金旋压件为研究对象,通过正交实验探究了电流强度、主轴转速、旋压轮进给速率与回弹角的关系,对实验结果进行了极差分析和方差分析,得到了工艺参数对回弹角的影响规律及最小回弹角的工艺参数组合。以实验数据作为训练样本,建立了BP神经网络模型进行回弹角预测,将实验得到的工艺参数组合作为输入,进行回弹角预测及实验验证,结果表明:BP神经网络模型的预测结果与实验结果的相对误差小于3%,能够较准确地预测回弹角,为实际生产和进一步的实验研究提供了理论指导。
  • 车用DP780高强钢板热冲压成形数值模拟及模具磨损
    张清郁
    锻压技术. 2022, 47(8): 35-40. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.006
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    以车用DP780高强钢板为研究对象,借助Deform-3D仿真系统,建立了热冲压仿真模型,分析了DP780高强钢板的变形过程以及成形效果。以热冲压磨损理论为支撑,以DP780高强钢板的成形质量为先决条件,对冲压模具的磨损状况进行了研究与改进。运用正交试验,建立了关于钢板温度、模具间隙、冲压速度及摩擦因数的4因素3水平的模拟方案,并通过灰色关联法将凸、凹模磨损的双目标优化问题简化为关于关联度的单目标优化问题,最后采用极差分析法确定了各变量在区间内的最优解。模拟结果表明,优化后,凸模磨损减小了31.61%,凹模磨损减小了24.98%。根据实际冲压结果可知,DP780高强钢板成形良好、质量佳、无缺陷,冲模寿命与预测结果接近。有限元模拟可参考性较高,该优化手段对实际生产具有一定的指导性。
  • 基于FEM的汽车用护罩零件的变压边力冲压技术
    王亚
    锻压技术. 2022, 47(8): 41-46. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.007
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    以某车用护罩零件为研究对象,通过Deform有限元软件对定压边力与变压边力两种加载方式对冲压成形的影响进行了研究。综合考虑护罩质量和模具寿命两项指标,结合灰色关联理论建立了优化目标函数,同时采用正交试验法,以上模在5个不同位置(下压0、10、20、30和40 mm)的压边力大小作为试验变量,进行了不同水平的试验研究,并通过极差分析法获得了变压边力的最优加载方式。模拟结果表明:与定压边力加载方式相比,变压边力加载方式更利于板料的流动,出现缺陷的概率更小,冲压件的成形质量更好,且相同条件下模具寿命更长,具体表现为冲压件的最大减薄率降低为22.85%、最大增厚率降低为7.85%、成形载荷降低为488 kN。经冲压试验证明,护罩零件质量稳定,可进行批量生产,最大减薄率和最大增厚率分别为23.00%和8.05%。
  • 基于晶体塑性有限元的转向架盖板压形回弹预测
    何广忠, 张学广, 李明, 崔琪, 王震, 邢丰琪
    锻压技术. 2022, 47(8): 47-52. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.008
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    针对S355J2W钢板材由于具有显著的各向异性而使其在模具压形工艺中的回弹难以预测的问题。以高速动车组转向架侧梁上盖板成形为例,对S355J2W钢的晶粒与织构进行了分析并对其各向异性进行了量化,获得了材料晶体塑性本构模型的关键参数,并使用晶体塑性有限元方法评估了其各向异性的力学性能以及Hill48屈服准则的模型参数。建立了转向架侧梁上盖板压形过程仿真模型,分别采用Von Mises及Hill48屈服准则来模拟工件成形后的应力释放及回弹效应,并开展了侧梁上盖板压形实验进行验证,实验结果和仿真结果吻合。各向同性模型和各向异性模型预测结果的对比表明,采用各向异性材料模型可以更准确地预测侧梁上盖板的回弹。
  • 刚性模和柔性介质拉深成形工艺对GLARE层板筒型件成形极限及壁厚分布的影响规律
    门向南, 闫东东, 郎利辉, 张弛烨, 郭庆磊, 李磊
    锻压技术. 2022, 47(8): 53-59. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.009
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    开展了刚性模和柔性介质拉深成形工艺对0°和45°方向纤维铺层方式的未固化GLARE层板筒型件的壁厚分布、成形极限及破裂形式的影响规律研究。结果表明,柔性介质拉深成形工艺较刚性模拉深成形工艺下未固化GLARE层板筒型件的最小壁厚增加了0.01 mm,壁厚分布更加均匀;采用柔性介质拉深成形GLARE层板筒型件时,沿0°方向纤维铺层较沿45°方向纤维铺层的成形极限深度提高了15.2%;此外,纤维铺层方向还影响着GLARE层板筒型件的破裂形式,筒型件的破裂位置与铺层方向一致。因此,采用柔性介质拉深成形工艺可制备更深的GLARE层板筒型件,同时结合不同结构的构件优化纤维的铺层方式,可提高构件的壁厚一致性,避免构件在成形过程中产生破裂缺陷。
  • 两座电动汽车顶盖的冲压成形
    黄祖朋, 韦韡, 蒋明周, 罗勇, 张峰, 李开文, 周乐育
    锻压技术. 2022, 47(8): 60-67. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.010
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    介绍了一种具有复杂形状特征的两座电动汽车顶盖零件及其冲压成形方法。针对该汽车小批量多品种的特点,提出了顶盖冲压模具多种车型配置共用模具的目标,经过分析对比,选择拉延模独用、后续OP20~OP40整形模共用的技术方案。对该顶盖材料进行测试并建立了材料参数模型,采用数值模拟的方法,分析顶盖成形性问题。针对成形过程中的凹面和起皱问题,通过增加强压及调整吸皱筋高度,抑制凹面和尾部整形起皱缺陷的产生。结果表明:对于该种零件,3 mm高度腰型的吸皱筋的效果最好,经过几次精确的CAE模拟分析及相应调整后,材料成形充分,减薄率和应力、应变均满足要求。
  • 基于Autoform的铝合金座椅横梁热成形模拟及回弹补偿
    张泉达, 刘子知, 孙福臻, 吉日格勒, 李蕙宇
    锻压技术. 2022, 47(8): 68-75. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.011
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    针对某6XXX铝合金汽车座椅横梁,采用Autoform成形模拟软件建立热成形工艺有限元模型,进行成形工艺和零件回弹的分析研究。首先,利用Autoform进行回弹分析,通过直接补偿法对零件进行回弹补偿,多次迭代补偿后将零件的法向回弹量控制在±0.5 mm范围内,使得零件满足热成形生产要求。然后,进行模具研发和零件试制,对试制零件进行偏差检测,零件各点的总偏差均低于0.6 mm,符合主机厂的质量要求,证明了热成形模拟的合理性和有效性。模拟及零件试制结果表明,依据热成形模拟和回弹补偿结果进行零件加工能够获得优质的产品,能够为汽车高强铝合金零件的批量化生产提供设计参考。
  • Ti-55钛合金双层板的超塑成形/扩散连接数值模拟及工艺试验
    周凌华, 沈中伟, 许涛
    锻压技术. 2022, 47(8): 76-82. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.012
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    超塑成形/扩散连接技术是利用钛合金在低应变速率、合适的温度环境下伸长率高和变形阻力小的特点,在一次加热条件下同时完成气胀成形和扩散焊接,制造空心带夹层零件。选择典型的钛合金双层板中空构件为研究对象并制定成形工艺方案,采用有限元分析方法,模拟板件在超塑性状态下的成形过程,观测其在模腔内的气胀成形过程。其次通过分析成形构件的壁厚分布情况,调整并确定气压力-时间曲线用于指导工艺试验。最后对构件进行工艺试验和质量分析,取得不同压力模式下的扩散连接金相组织,以及与数值模拟相同取样点处的气胀成形壁厚数据,验证数值模拟结果与实际成形结果的偏差。
  • 渐开线齿形零件精冲尺寸精度分析及工艺参数优化
    李华建, 赵彦启, 肖振沿, 刘金菊
    锻压技术. 2022, 47(8): 83-87117. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.013
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    采用Deform-3D软件对某汽车变速箱零件渐开线花键孔的精冲成形进行模拟,分析花键孔精冲有限元模型的结构特点,以点的位移量作为花键孔精冲模拟尺寸精度的评价标准。采用全面试验设计法研究凸凹模间隙、凸模圆角半径和压边力3个工艺参数对精冲成形结果的影响,获得最优工艺参数组合为:凸凹模间隙为0.04 mm、凸模圆角半径为0.4 mm和压边力为724 kN,利用极差分析方法得出各因素对花键孔精冲尺寸精度的影响程度大小依次为凸凹模间隙>凸模圆角半径>压边力。采用插值法对最优工艺参数组合模拟试验中的凸模进行应力分析,并预测凸模的使用寿命为4825次,符合设计预期。最后,采用优化后的工艺参数组合进行了实际花键孔精冲试验,花键孔的成形尺寸精度得到了明显提升。
    • 管材成形
  • 基于GRA的PSO-BP神经网络斜轧穿孔管形预测
    王清华, 加世滢, 胡建华, 双远华, 赵铁琳
    锻压技术. 2022, 47(8): 88-94. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.014
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    针对斜轧穿孔中无缝钢管管形计算复杂且精度不高的缺陷,提出了基于灰色关联度分析(GRA)的PSO-BP神经网络管形预测模型。由于轧制过程中影响管形的因素较多,通过灰色关联度分析对工艺参数进行了相关性分析,选择相关度较高的影响因素作为输入;并使用粒子群优化算法对BP神经网络进行优化,确定了最佳的神经网络结构,构建了无缝钢管的斜轧穿孔管形预测模型。最后,应用现场数据对该模型进行了训练和测试,并将其与BP神经网络和传统数学模型进行了对比分析。研究结果表明:该预测模型的精度较高、可靠性较好,为提高无缝钢管的生产质量奠定了基础。
  • 基于有限元法的螺旋定子外高压胀形优化
    王树强, 陈昊雷, 乔金梦, 陈钊, 周游
    锻压技术. 2022, 47(8): 95-101. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.015
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    为了解决螺旋定子类零件在外高压胀形工序中易出现的破裂、起皱等问题,结合此类零件具有的连续光滑、截面等面积的特点,提出了针对螺旋定子外高压胀形中的工艺参数的优化方法。建立了以最大减薄率为优化目标,胀形压力、螺旋导程、摩擦因数为优化因素的响应面模型,并通过响应面分析结合有限元仿真的方法获得了外高压胀形螺旋定子的最优交互优化参数组合:胀形压力为193.121 MPa、螺旋导程为810 mm、摩擦因数为0.149。使用优化的工艺参数进行胀形实验,获得了壁厚均匀、最大减薄率较小的螺旋定子零件,通过超声波测厚仪对所得零件进行壁厚测量,得到壁厚实验值与仿真值的误差均小于2%,验证了该优化方法的可行性。
  • 双向加载式管件电磁翻边中的屈曲问题
    张无名, 张望, 邱立
    锻压技术. 2022, 47(8): 102-110. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.016
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    与单线圈电磁翻边成形相比,双向加载式电磁翻边成形的电磁耦合更加复杂,导致系统的鲁棒性降低,易出现屈曲问题。为此,对屈曲现象形成的原因进行分析,发现轴向线圈在翻边区域产生的磁通的分布差异过大是形成屈曲的主要原因。采用优化轴向线圈结构参数的方法,建立仿真模型,设计探究方案,揭示轴向线圈结构参数对双向加载式电磁翻边成形的影响规律,而后根据仿真分析结果选择表现较佳的参数组合形成新方案。将原方案与新方案的双向加载式电磁翻边成形结果进行对比,结果表明:轴向线圈参数优化后的双向加载式电磁翻边方案在更宽的放电范围内保持成形效果良好,成形性能得到了改善,拥有更强的鲁棒性。
  • 超薄超细智能手机热管拉拔工艺及组织性能演变
    陈岩, 肖桥平, 李坤, 游婧, 王松伟, 张士宏
    锻压技术. 2022, 47(8): 111-117. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.017
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    在液压直拉机上采用游动芯头拉拔成形智能手机用超薄超细无氧铜热管,研究了拉拔工艺对拉拔过程断管的影响,观察各道次铜管晶粒组织演变和拉拔过程中的力学性能和导电性能变化。结果表明:无氧铜管经游动芯头多道次拉拔,晶粒不断趋于沿拉拔方向的纤维状,同时抗拉强度和维氏硬度不断提升,而拉拔变形对导电率的影响比较小。当无氧铜管累计变形量达75.8%时,铜材的抗拉强度为416.5 MPa,继续拉拔容易发生断管问题,需进行中间退火。经过8道次拉拔变形,1次中间退火处理后,得到抗拉强度为403.8 MPa、伸长率为1.78%、导电率为98.85%IACS、外径公差为±0.02 mm、壁厚公差为±0.01 mm的Ф2 mm×0.08 mm规格的超薄超细智能手机热管。
  • 不同工艺制备TA15钛合金管材
    罗登超, 王云, 李维
    锻压技术. 2022, 47(8): 118-122. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.018
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    采用锻造法、挤压法、斜轧法3种不同工艺制备TA15钛合金管材,并对比了性能、组织、外观尺寸及生产成本等方面的差异。结果表明:3种工艺均可以制备抗拉强度为900~1130 MPa,伸长率≥9%,断面收缩率≥25%,冲击功≥28 J的TA15钛合金管材,且锻造法制备的管材的表面质量及尺寸精度较挤压法和斜轧法更好;锻造法和挤压法制备的TA15钛合金管材的显微组织为α+β双态组织,而斜轧法制备的TA15钛合金管材的显微组织为粗大的魏氏体组织;锻造法和挤压法制备的TA15钛合金管材均具有良好的强度、塑性及冲击韧性等综合性能,但加工成本较高,适用制作性能要求高的零部件,而斜轧法制备的TA15钛合金管材的塑性较差,但加工成本最低,适用使用要求低的场合。研究为根据不同需求选择合适的工艺提供了理论指导。
    • 特种成形
  • 工艺参数对激光选区熔化成形18Ni300钢冲击韧性的影响
    门正兴
    锻压技术. 2022, 47(8): 123-129. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.019
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    为了解工艺参数对激光选区熔化成形材料抗冲击能力的影响规律及机制,利用金属摆锤试验机,对不同激光功率及扫描速度下,激光选区熔化成形18Ni300马氏体时效钢进行冲击韧性试验,采用金相显微镜及扫描电镜进行微观组织及断口形貌观察。试验结果显示:随着激光体能量密度的增加,激光选区熔化成形18Ni300钢内部孔洞形缺陷减少,融道内胞状晶数量减少,柱状晶数量增加,韧性冲击断口形貌逐渐由舌状滑移区和大而浅的韧窝转变为均匀小韧窝,最终导致18Ni300钢的冲击韧性增加。通过非线性拟合建立了激光选区熔化成形工艺参数及激光体能量密度与冲击韧性之间的关系。研究表明:激光功率、扫描速度对激光选区熔化成形18Ni300钢的冲击韧性均有显著影响,随着激光体能量密度的增加,18Ni300钢的冲击韧性不断增加,在激光体能量密度达到120 J·mm-3后,冲击韧性趋于平稳。
  • 装饰用316L不锈钢粉末高速压制成形过程中的孪晶行为
    马春宇, 陈湘平, 肖志瑜, 袁军平
    锻压技术. 2022, 47(8): 130-137. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.020
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    以316L不锈钢粉末为研究对象,通过密度测试、扫描电镜(SEM)、金相组织、透射电镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、电化学试验等手段研究了冲击动量对致密化行为和孪晶行为以及孪晶行为对耐腐蚀性能的影响规律。研究结果表明:在较低的冲击能量(192、300和588 J)下,低冲击动量能获得更高的密度;在较高的冲击能量(972和1554 J)下,高冲击动量能获得更高的密度。无论冲击能量高低,或冲击动量高低,316L不锈钢粉末在高速压制过程中均能观察到孪晶组织,当晶带轴为[114]时,孪晶面为(220),更高的冲击能量带来更高的孪晶密度。在较低的冲击能量下,较低的冲击动量会获得更大密度的孪晶组织;而在较高的冲击能量下,较高的冲击动量会获得更大密度的孪晶组织。致密度是影响耐腐性性能的重要因素,致密度越低,耐腐性能越差;在致密度相近的前提下,更高的孪晶密度,不但有助于提高耐腐蚀性能,还可有效降低腐蚀速率。
  • 6063铝合金航空铆钉等径角挤压-冷镦复合成形实验研究
    李诗谦, 何涛, 霍元明, 姚婷婷, 贾东昇, 李汉林
    锻压技术. 2022, 47(8): 138-145. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.021
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    为了探究等径角挤压-冷镦复合成形的铝合金航空铆钉的力学性能及失效形式,对6063铝合金航空铆钉进行了等径角挤压-冷镦复合成形实验及不同类型的失效实验,并通过SEM观察成形铆钉的断口形貌。结果表明:相对单一冷镦成形铆钉,纯拉伸时,复合成形铆钉承受的最大拉伸载荷提升了约14.2%,失效形式均为头部拉脱失效,微观断口的孔洞数目明显减少且韧窝变浅;纯剪切时,复合成形铆钉承受的最大剪切载荷提升了约15.2%,失效形式均为沿剪切方向的杆部剪断失效,且断口表面的剪切韧窝变大、变浅;复合加载时,复合成形铆钉承受的最大载荷提升了约45.6%,失效形式均为杆部以一定角度弯曲的剪切断裂失效,且断口表面存在更多的剪切韧窝。
    • 轧制
  • 5154铝合金小尺寸产品的轧制剪切加工实践
    王同刚, 杨嵩
    锻压技术. 2022, 47(8): 146-151. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.022
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    针对5154铝合金小尺寸产品铸造加工过程中生产效率低下且易产生缩孔、裂纹等缺陷的问题,提出了轧制配合剪切的加工方式。为实现受限空间内保护气氛下的多次轧制,拟采用单槽多道次轧辊。按照等压下率原则设定总轧制次数为6道次,计算得到每道次压下率为27%,从而确定了各道次压下量。根据5154铝合金的物理性质、压下量及其他影响因素,计算得到系统需提供的轧制力为1195600 N,轧制力矩为71721 N·m。试验结果显示,板坯板形良好,无瓢曲、起拱、波浪、侧弯等板形缺陷。根据最终产品尺寸要求,设计出横向与纵向双剪刃协同运动的剪切机构,参考抗剪强度计算出所需剪切力为123120 N,通过比较两种剪切方案所得产品的状态确定了最优剪切方案。最终产品满足技术规程规定的小于9 mm×45 mm的要求,有效地解决了生产中存在的问题。
  • 轧制应变量对AZ31镁合金组织与腐蚀性能的影响
    李庆芬, 邓彬, 吴远志, 刘超, 叶拓, 刘伟, 刘安民, 吴朝曦, 刘吉兆, 刘伟
    锻压技术. 2022, 47(8): 152-157. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.023
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    对固溶处理后的AZ31镁合金板材进行轧制,利用金相显微镜(OM)、电子背散射衍射仪(EBSD)研究了不同轧制应变量对AZ31镁合金显微组织的影响;使用电化工作站,研究了不同轧制应变量对合金在质量分数为3.5%的NaCl溶液中腐蚀行为的影响。实验结果表明:轧制是以孪晶再结晶的方式来细化镁合金晶粒,当轧制应变量过低时,合金组织中晶粒的尺寸大小与分布不均,且大晶粒中存在孪晶,再结晶程度低,耐腐蚀性能低于固溶态的合金;随着轧制应变量的增加,合金组织中晶粒的细化程度、分布的均匀性与再结晶程度提高,合金的耐腐性能增强;当轧制应变量为1.61时,合金获得了均匀细小的再结晶晶粒组织,平均晶粒尺寸为3.41μm,自腐蚀电位为-1.42 V,自腐蚀电流密度为1.92×10-3 mA·cm-2,耐腐蚀性能最优。
  • 大型筒形件立式双驱轧制主辊转速匹配智能仿真
    高尚, 郭良刚
    锻压技术. 2022, 47(8): 158-162199. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.024
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    为解决立式双驱轧制大型筒形件过程中稳定性差而造成的圆度缺陷等问题,首先建立了由筒形件长大速度驱动的、能够实现多轧辊协调运动的筒形件立式双驱轧制有限元智能仿真模型;其次提出了3种双主辊转速匹配的方案:轧制开始时刻匹配、轧制中间时刻匹配以及轧制结束时刻匹配;最后,通过有限元模拟探讨了3种方案对轧制过程稳定性和筒形件圆度的影响规律。结果表明:在3种方案的轧制过程中,成形稳定性和筒形件圆度均为先变差后变好。此外,相较于轧制开始时刻和轧制中间时刻匹配,双主辊转速按轧制结束时刻匹配的筒形件的成形稳定性和圆度最好,这为大型筒形件立式双驱轧制过程的优化设计与稳健控制奠定了重要基础。
    • 装备与成套技术
  • 考虑多变负载扰动的电液系统速度追踪控制
    许文斌, 曾乐, 周密乐
    锻压技术. 2022, 47(8): 163-170. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.025
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    成形速度是影响金属成形性能的关键因素之一。为了提高成形速度的稳定性,改善金属成形质量,考虑电液系统多变负载扰动,构建了电液系统动力学模型。对成形过程中的不同工况进行了负载模拟,建立了表征系统不同阶段特性的动力学分段子模型。通过引入边界层函数代替符号函数设计了切换控制律,对多变负载扰动增加补偿项。基于鲁棒反馈线性化控制提出了统一切换控制策略。通过仿真和实验对比,分析了统一切换控制、PD控制、鲁棒控制在不同负载状态及不同成形速度下的系统响应。结果表明:统一切换控制可以提高系统速度控制的精度和鲁棒性,验证了统一切换控制策略对多变负载扰动抑制的有效性。
    • 模具
  • 基于离散元-有限元耦合生物质成型模具寿命分析
    李震, 李金达, 沙潜毅, 于跃, 于今, 高耀东
    锻压技术. 2022, 47(8): 171-177. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.026
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    以沙柳细枝颗粒为生产原料,对环模成型机进行综合分析,并根据环模成型机的实际攫取物料工况,建立环模成型机的动力学仿真模型和物料离散元模型,利用ADAMS与EDEM对沙柳细枝颗粒的攫取过程进行DEM-MBD联合仿真,解决单一软件EDEM仿真压辊不能依靠摩擦力转动的问题,使仿真结果更加接近实际情况,并对仿真结果进行分析。结果表明:当环模转速为3~5 r·s-1时,颗粒所受最大压力随着环模转速的增加而增加,而当环模转速增大至5 r·s-1后,颗粒所受最大压力随着环模转速的增加而减小。将离散元与有限元进行耦合,对环模成型机的应力和变形进行分析,结果表明:环模和压辊的最大变形量分别为0.550760和0.42516 mm,最大等效应力分别为79.0710和32.6810 MPa,均发生在环模与压辊的最小间隙处。使用Ncode Designlife疲劳分析软件分析环模和压辊的疲劳寿命云图,结果表明环模较压辊更容易发生疲劳破坏。
  • 基于正交试验与响应面法汽车转向节模具结构优化
    胡祚庥, 刘淑梅, 毛欣然
    锻压技术. 2022, 47(8): 178-184. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.027
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    以某汽车转向节为研究对象,使用Deform-3D有限元软件进行热锻成形数值模拟,通过分析金属填充效果发现转向节在长枝叉处出现塌角缺陷。针对此缺陷设计阻力墙结构,利用正交试验筛选出对于转向节的预锻成形载荷与飞边长度影响显著的结构因素,依次为阻力墙斜度D、阻力墙间隙C和阻力墙宽度G,确定了桥边宽度为15 mm,阻力墙高度为25 mm,阻力墙圆角半径为15 mm,再利用响应面法,建立了阻力墙间隙C、阻力墙斜度D和阻力墙宽度G与预锻成形载荷Z1和飞边长度Z2的二阶响应面模型,从而获得最优阻力墙参数组合为:阻力墙间隙为2.5 mm、阻力墙斜度为13°、阻力墙宽度为44 mm,实际生产结果表明,该阻力墙结构设计合理,锻件充填完整,未出现塌角缺陷。
  • 一种提高长轴类转向节锻件材料利用率的组合模具
    陈天赋, 屈志远, 周杰, 武建祥, 汪西, 王国文, 彭海军
    锻压技术. 2022, 47(8): 185-192. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.028
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    针对立式锻造工艺成形长轴类转向节锻件时存在的锻件轴部充填困难、材料利用率低等问题,以某长轴转向节锻件为例,提出了一种新的组合模具,该模具中的镦粗工序对坯料进行预分料,使镦粗后的坯料投影全部落在制坯模具型腔内;制坯、预锻模具采用阻力墙组合结构,提高坯料轴部的充填能力;制坯、终锻模具设计定位结构,提高坯料的定位准确性。并结合数值模拟仿真分析技术,模拟并分析了新组合模具的成形性能,最后通过生产试验验证了新组合模具的可行性。结果表明:采用新的组合模具,下料重量由原来的47.7 kg减小至42.9 kg,材料利用率达到了91%,较优化前的模具结构提高了8%。
    • 加热与热处理
  • 热处理对锻压TA15钛合金棒组织和性能的调控
    齐铭, 安震, 张凯, 孟广慧, 丁旭
    锻压技术. 2022, 47(8): 193-199. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.029
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    对锻压TA15钛合金试样进行700~820℃的退火处理,保温2 h后空冷,研究热处理工艺对锻压TA15钛合金的力学性能的影响。通过观察热处理后锻压TA15钛合金的显微组织变化,统计初生α相的相对体积分数。结果发现,在700~820℃退火处理后,锻压TA15钛合金的显微组织中主要存在初生α相和次生α相,以及较少的基体β相;随着退火温度的升高,初生α相的含量逐渐减少,相对体积分数由70.35%降至46.42%,次生α相的相对体积分数由3.84%升高至18.26%。对比不同热处理温度下试样在室温和高温(500℃)条件下的拉伸性能,820℃退火处理后的试样在室温时的抗拉强度为986 MPa,伸长率为13.5%,强度和塑性具有较好的性能匹配。
  • 固溶时间对Sr/Ce复合变质A357合金组织和性能的影响
    王波, 李青, 刘让贤, 陈胜迁
    锻压技术. 2022, 47(8): 200-207. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.030
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    采用金相显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机和显微硬度仪,研究了不同固溶时间下Sr/Ce复合变质A357合金的组织和性能,并讨论了第二相特征的演变过程及其对合金性能的影响。研究结果表明:T6热处理后,共晶硅和Mg2Si的面积分数均显著的降低,并随着固溶时间的延长而呈现先降低后增加的趋势。共晶硅的等效直径随着固溶时间的延长而增大,但相应的形状系数逐渐提高。合金的抗拉强度、屈服强度和显微硬度均显著提高,但伸长率大幅降低。随着固溶时间的延长,合金的强度和显微硬度均呈现先增加后降低的趋势,而伸长率则逐渐降低。当固溶时间为4 h时,合金中残留的Mg2Si含量最少,共晶硅的尺寸较小且球形度较高,合金的综合力学性能达到最佳。合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率和显微硬度分别达到350 MPa、290 MPa、6.5%和125 HV。
  • 形变热处理对Fe-19Mn-2Al-0.6C圆钢拉伸性能及组织演变的影响
    姚斌, 李峰, 张国强
    锻压技术. 2022, 47(8): 208-214. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.031
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    综合运用轧制预变形以及双级时效处理方法测试了Fe-19Mn-2Al-0.6C圆钢在轧制预变形阶段发生的组织结构与各项力学性能指标的变化。研究结果表明:对预变形试样进行二级时效(SG)处理可以获得更优的加工硬化性能,各试样均表现为相近的加工硬化指数值,均形成了明显的“驼峰形”结构。进行再时效或经过预变形时效处理后,材料的显微组织结构发生了明显改变,在奥氏体中析出许多纳米级M碳化物,形成了由奥氏体与M碳化物组成的固溶组织,M碳化物的粒径增加至Φ6.2 nm,且经过二级时效处理的试样存在一定的回复现象。通过预变形的方法可以在合金组织中形成缺陷,为Q析出相提供异质形核点,使析出相获得不同的析出点位,最终实现对有害相的调控效果。该研究对汽车轻量化用圆钢性能的改进提供了一种很好的研究方向。
    • 材料与成形性能
  • 时效处理对冷轧铜镍硅合金板带组织及性能的影响
    刘劲松, 武安琪, 王松伟, 陈帅峰, 陈岩, 宋鸿武, 张士宏
    锻压技术. 2022, 47(8): 215-223. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.032
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    利用真空熔炼炉制备得到Cu-2.36Ni-0.60Si-0.13Mg-0.059Zn合金铸锭,采用热锻开坯、再进行热轧得到厚度为12 mm的合金板材,然后经过多道次冷轧得到厚度为1 mm的合金带材,并对其进行不同条件下的时效处理。采用光学金相(OM)、电子背散射衍射(EBSD)、力学性能测试和电学性能测试等手段对合金带材冷轧及时效过程进行微观组织、力学性能和电导率测试。结果表明:随着轧制变形量的不断增加,初始组织向纤维状转变,晶粒破碎,合金硬度升高,当轧制变形量为90%时,显微硬度可达203.8 HV;冷轧板材经过450℃保温6 h时效处理后,可获得较好的综合性能(显微硬度达到281.4 HV,电导率达到46.4%IACS);随着时效温度的升高,第二相的尺寸明显增大,由9.0 nm增大至24.9 nm,且时效处理后基体高斯(Goss)和Z形织构转变为旋转立方(R-cube)和高斯(Goss)织构。
  • GH2907高温合金热加工工艺窗口的建立与验证
    陈益哲, 庞玉华, 王建国, 刘东, 王龙祥, 王健妍
    锻压技术. 2022, 47(8): 224-234. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.033
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    为了确定GH2907高温合金的最佳等温热变形工艺参数,采用近等温热压缩实验及热变形后固溶实验分析了合金在不同热力学参数(温度及应变)下的组织演变规律,建立了GH2907高温合金的热加工工艺窗口(再结晶晶粒的百分比窗口和晶粒尺寸极差窗口)。结果表明:当变形温度越高、等效应变越大时,再结晶晶粒的百分比越大,晶粒尺寸极差先增大后减小;锻后随着固溶温度的升高,组织中的晶粒逐渐均匀化,1040℃×1 h固溶处理后,在相同变形温度时,不同等效应变处的组织呈现出匀晶状态。根据热加工工艺窗口得知,选择高温小变形(变形温度为1020℃、等效应变为0.4和980℃×1 h固溶处理)的工艺参数可获得较为均匀的组织。通过模拟环轧成形及环轧实验生产出的环件中各位置的组织较均匀,验证了热加工工艺窗口的准确性。
  • 深冷处理对4Cr5MoSiV1热作模具钢磨损性能的影响
    饶楚楚, 张新星
    锻压技术. 2022, 47(8): 235-240. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.034
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    为研究深冷处理对4Cr5MoSiV1热作模具钢磨损性能的影响,对不同深冷时间处理的4Cr5MoSiV1钢进行了显微组织分析、硬度测试和磨损性能试验。结果表明:深冷处理可以显著提高4Cr5MoSiV1热作模具钢的硬度和耐磨性能,经1030℃×40 min淬火+(-196℃)×24 h深冷处理+500℃×2 h二次回火处理后,在25和600℃温度条件下的磨损率分别为1.4×10-5和2.7×10-5 g·m-1,与常规热处理相比,分别降低了30.0%和34.1%,其硬度达到55.2 HRC,较常规热处理提高了14.8%。深冷处理可以使4Cr5MoSiV1热作模具钢组织中的残余奥氏体向马氏体转变,并促使细小且弥散性的碳化物析出,从而提高了其耐磨性能。
  • 高强塑积汽车用中锰钢的热变形与组织性能
    苏张磊, 李玮, 罗志敏
    锻压技术. 2022, 47(8): 241-248. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.035
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    采用扫描电镜、透射电镜和拉伸试验机等手段,研究了热压缩变形量(0%、25%、50%和75%)对奥氏体逆相变退火态汽车用中锰钢的显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着热压缩变形量从0%增加至75%,退火态中锰钢中马氏体板条的平均宽度从0.96μm减小至0.34μm、碳化物的平均粒径从Φ38 nm减小至Φ20 nm,且碳化物的体积分数也随着热压缩变形量的增加而增大。经过热压缩变形处理的退火态中锰钢中的奥氏体含量、断后伸长率和强塑积均高于未经过热压缩变形的试样,且当热压缩变形量为50%和75%时,退火态中锰钢的强塑积均高于33.4 GPa·%,符合第3代汽车钢对强塑积≥30 GPa·%的要求,这主要与热压缩变形后退火态中锰钢中板条马氏体较为细小、碳化物尺寸小且体积分数较大等有关。
  • 热变形对35CrMo钢淬火马氏体晶体学特征的影响
    魏明刚, 龚彬, 闵武, 栗文强, 莫安军, 袁武华
    锻压技术. 2022, 47(8): 249-254. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.036
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    通过热压缩实验获得不同应变下35CrMo钢的淬火马氏体组织。基于电子背散射衍射(EBSD)测试技术研究了热变形对35CrMo钢淬火马氏体晶体学特征的影响,重点分析了不同变形量下奥氏体晶粒尺寸及马氏体变体组合特征的变化。研究结果表明:多轮动态再结晶的出现造成了高温真应力-真应变曲线的多峰变化,且第1轮动态再结晶明显细化了奥氏体晶粒。原始奥氏体的晶粒取向决定了淬火后马氏体变体的类型,且淬火马氏体变体的组合方式均为密排面组合。不同变形量下淬火马氏体变体间的取向差集中在50°~60°范围内,可通过引入大角度晶界来细化晶粒。
    • 理论与实验研究
  • 基于MMC韧性断裂准则的高强双相钢成形极限研究
    杨婷, 张青, 邢承亮, 董伊康, 李晓广
    锻压技术. 2022, 47(8): 255-260. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2022.08.037
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    以高强双相钢CR450/780DP板材为研究对象,设计4种拉伸试样进行单向拉伸试验,获得了载荷-位移曲线与表面全场应变结果;采用有限元仿真分析手段,对4种试样的试验结果进行了对标分析,得到了材料硬化本构模型及应力三轴度、Lode角参数、等效塑性应变等历程数据;采用曲面拟合优化方法标定MMC韧性断裂准则的断裂参数。基于Keeler公式及简化的MMC韧性断裂准则分别绘制了高强双相钢CR450/780DP板材的理论和预测成形极限图,并通过半球形刚模胀形试验对预测结果进行验证。由对比结果可知,基于MMC韧性断裂准则预测的成形极限曲线与试验数据的吻合程度较高,验证了韧性断裂准则对高强双相钢CR450/780DP板材损伤与断裂预测的准确性与适用性。
锻压技术
Forging & Stamping Technology
ISSN 1000-3940
CN 11-1942/TG

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