2023年, 第48卷, 第8期　
刊出日期：2023-08-25
  

  • 全选
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    锻造
  • 基于正交实验的TC4钛合金连杆锻造工艺参数影响研究
    邓伟, 何葛豪, 贾德文, 冀会平, 管方楞, 崔志中
    锻压技术. 2023, 48(8): 1-10. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.001
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    为了实现连杆热锻过程的绿色设计,针对TC4钛合金连杆的热锻过程的单位体积能耗,采用有限元软件Deform-3D构建连杆的有限元模型,运用正交实验方案探究了锻坯初始温度、锻造速度、压扁量、摩擦因数4个工艺参数对单位体积能耗的影响。通过极差分析得到了各因素对单位体积能耗的影响程度:摩擦因数对单位体积能耗的影响程度最大,其次为锻坯初始温度和锻造速度,压扁量对单位体积能耗的影响最小;确定了优选方案工艺参数组合为:锻坯初始温度为1010℃、锻造速度为550 mm·s-1、摩擦因数为0.1、压扁量为10 mm。在优选后的工艺参数条件下进行了连杆样品锻造,单位体积能耗由原来的418.54 J·mm-3下降至288.17 J·mm-3,降幅达31.15%。TC4钛合金连杆热锻样品的金属填充正常,无锻造缺陷,实现了绿色制造。
  • 大型铝镁合金法兰盘镦冲成形超声探伤缺陷分析及控制
    王玉弟, 李保先, 刘恒, 房超, 亓效刚, 王广春
    锻压技术. 2023, 48(8): 11-16. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.002
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    针对大型5083铝镁合金法兰盘自由锻镦粗与冲孔成形过程中近内孔区域超声探伤出现的质量问题,建立了镦粗后饼坯冲孔有限元分析模型,模拟获得了冲孔过程法兰坯近内孔区域材料的流动规律,分析得出,法兰坯近内孔区域超声探伤质量缺陷为反面压平过程中近内孔区域材料流动存在径向分流所致。基于上述分析,提出对现行的正向冲孔-反面压平-连皮冲除工艺流程中的反面压平工序进行调整,即在反面压平工序中留存正向冲孔的冲子以约束近内孔区域材料的内流。进一步模拟表明,改进后的冲孔工艺能够显著改善近内孔区域材料的流动状态,规避了导致近内孔区域质量缺陷的径向分流不利因素。生产实际表明,调整后的工艺方案使得大型法兰盘镦冲成形过程中近内孔区域缺陷问题得到了有效解决。
  • 基于流变行为和热加工图的全地形车履带板锻造工艺
    刘辉, 江莉, 何欢欢
    锻压技术. 2023, 48(8): 17-24. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.003
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    为得到组织均匀、晶粒度符合要求且无锻造缺陷的某履带板高性能锻件,首先,通过热压缩实验获取了42CrMo钢的流变数据,并构建了Arrhenius本构方程。结果表明:当应变速率为0.01~0.1 s-1、温度高于850℃时,材料的真实应力-真实应变曲线存在明显的峰值,软化效应明显,其动态再结晶软化效应显著大于加工硬化效应;当应变速率较高时,材料的应力峰值不明显,软化效果不显著,这说明在高应变速率下,材料来不及完全发生再结晶,其软化机制为动态回复。其次,构建了42CrMo钢在不同变形量下的热加工图,发现42CrMo钢的失稳高风险区主要位于低温、高应变速率区域,也有少量位于高温、低应变速率区域;当对数应变速率小于-2.5、温度为850~1050℃时,材料在热加工时具有较高的热加工稳定性。再次,使用数值仿真分析了某履带板的锻造成形过程,得到了成形效果良好,无折叠、欠填充等锻造缺陷的锻件,各方面指标均达到了设计要求。最后,通过生产试制验证了锻造工艺的可行性,通过微观组织分析验证了推荐的锻造温度和应变速率能够得到细小、均匀的组织。
  • 汽车制动器推力杠杆模锻缺陷及工艺分析
    刘晓立, 刘虹, 郑富元, 刘志强, 赵昌德, 张明, 黄素霞, 王占一, 闫宾, 郭进喜
    锻压技术. 2023, 48(8): 25-31. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.004
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    流线缺陷是制约模锻产品质量的关键问题之一,因此,解决汽车零部件模锻过程中的流线缺陷问题已刻不容缓。基于塑性加工理论和热力耦合工艺,利用有限元DEFORM-3D软件建立了全流程模锻成形过程,对汽车制动器推力杠杆模锻成形过程中的流线缺陷问题进行了分析,并通过实验验证了模型的准确性。根据汽车制动器推力杠杆结构特征设计了两种模锻成形工艺方案JT和HJT,对比分析了两种方案的锻件成形过程、加载方式、锻件成形质量、锻件温度分布、锻件流线分布情况和受力分布等。研究表明:HJT方案可以改善模锻过程中的流线分布和受力分布,提高了锻件的抗拉强度和材料利用率,为解决流线缺陷问题奠定了理论基础。
  • TB9钛合金芯杆冷镦成形模拟及实验研究
    童晋方, 冯治国, 江玉莲, 陶亮
    锻压技术. 2023, 48(8): 32-40. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.005
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    针对TB9钛合金芯杆冷镦成形存在的问题,利用DEFORM有限元软件模拟分析了TB9钛合金芯杆的镦制成形工艺,讨论了多工位冷镦成形中变形量、摩擦因数对芯杆镦头质量的影响。进而通过实验分析了芯杆镦头剪切带的组织和力学性能。结果表明:芯杆三工位镦制成形中,采用不同镦制变形量获得了芯杆镦头的应变分布,有效控制了因镦头中心部位变形程度高而造成的镦制缺陷。摩擦因数的减小会降低镦头的应变,当变形量为50%时,三工位镦制成形的摩擦因数为0.35的镦头中心部位的等效应变为1.18874,摩擦因数为0.25的镦头中心部位的等效应变为1.12713,摩擦因数为0.15的镦头中心部位的等效应变为1.07401,提高了镦头的均匀变形程度。通过测试分析芯杆镦头样件可知,镦头内部无微孔洞、微裂纹等缺陷产生,镦头内部形成的剪切带区域的微观组织最密且呈纤维状,剪切带区域的平均硬度为354.8 HV,为芯杆镦头硬度最大之处。
  • 基于NSGA-II的7050铝合金锻造力学性能多目标优化
    董红松, 李辉
    锻压技术. 2023, 48(8): 41-47. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.006
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    为探究7050铝合金锻造工艺参数对其锻件力学性能的影响,基于7050铝合金的等温锻造工艺,设计了Box-Behnken响应曲面试验,建立了7050铝合金锻件的力学性能(抗拉强度和伸长率)与锻造工艺参数(锻造温度、变形率和锻造速度)之间的回归模型,并通过对回归模型进行方差分析,得到了各工艺参数对力学性能的影响顺序及他们之间的交互作用。基于MATLAB软件,应用非支配排序遗传算法NSGA-II对7050铝合金力学性能回归模型寻求Pareto最优解集,得到最优工艺参数组合。结果表明:7050铝合金锻造工艺参数对其锻件抗拉强度的影响顺序为:锻造温度>锻造速度>变形率>(锻造温度×锻造速度)>(变形率×锻造速度);对伸长率的影响顺序为:锻造温度>变形率>(锻造温度×锻造速度)>(锻造温度×变形率)>锻造速度。Pareto最优工艺参数组合为:锻造温度为399.8℃、变形率为59.84%、锻造速度为15.03 mm·s-1,此时,抗拉强度为605.30 MPa、伸长率为14.78%,7050铝合金锻件的力学性能更优。
  • 汽车用铝合金深孔件精密锻造成形工艺研究
    林波, 刘祥
    锻压技术. 2023, 48(8): 48-56. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.007
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    为解决一种汽车用深孔件在多工位热模锻试验中出现的锻不足、折叠问题,弥补工艺缺陷,采用Deform-3D软件对深孔件各工位的锻造过程依次进行了模拟分析,并比较了模锻试验与模拟分析的结果,结果显示,产生的缺陷一致且出现的时间节点相同,证明了仿真模型的可靠性。其次,根据缺陷起因改变预成形工位的零件形状,有效优化了预锻时的材料流动过程,避免了折叠缺陷,同时改进了终锻模的飞边槽结构,利用阻力墙提高了限流能力,有效防止了终锻过程中锻不足缺陷的产生。最后,对改进后的工艺通过热模锻试验进行了检验,结果表明:模拟过程准确无误,深孔件无锻不足、折叠缺陷,解决了实际问题,同时,深孔件成形饱满,外形、尺寸均满足产品加工工艺要求。
  • 某曲轴热模锻成形工艺设计及优化
    刘绍波, 李晓峰
    锻压技术. 2023, 48(8): 57-65. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.008
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    为控制某曲轴的模锻成形质量、避免锻造缺陷的产生。首先,通过热压缩实验获取了40Cr钢在不同温度和应变速率下的流变数据,并用Hansel-Spittel方程进行了拟合,获得了40Cr钢的本构关系,为模锻成形工艺仿真提供了精确的材料数据。等温压缩实验表明:应变速率和温度对40Cr钢的应力水平有显著性影响;当应变速率和应变相同时,应力随着温度的增加而降低;当温度和应变相同时,应力随着应变速率的增加而增加。在低应变速率、高温条件下,材料具有显著的应力峰值;这是由于温度越高、应变速率越低,材料在变形过程中具有足够的能量和时间进行动态再结晶软化。随后,基于金属稳定热加工理论建立了40Cr钢的热加工图,并对压缩试样进行微观组织分析,验证了热加工图的合理性。基于热加工图得到了某曲轴的成形温度推荐范围为900~1000℃、应变速率为0.01~0.1 s-1。最后,为了解决某曲轴平衡块填充不满的问题,提出了基于拉丁超立方抽样、数值仿真获取样本、克里金模型构建响应面、遗传算法优化的策略,数值仿真和生产试制结果验证了该策略能够得到充填完整、无锻造缺陷的曲轴锻件,可提升成形质量、减少试错成本。此外,实验试制也验证了选取的成形温度和应变速率能够得到组织细小且均匀的锻件。
    • 板料成形
  • 精冲钢半冲特征连接强度实验研究
    关欣, 沈伟财, 向华, 王雪听, 韩非, 庄新村, 赵震
    锻压技术. 2023, 48(8): 66-71,124. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.009
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    半冲是精冲零件的重要特征之一。为研究半冲特征的连接强度特点,以厚度为3.8 mm的C20E碳素结构钢板材和厚度为4.5 mm的16MnCr5合金钢板材为实验材料,开展了工字型半冲特征成形和剪切失效实验,分析了半冲深度、成形工艺参数和特征形状对半冲特征连接强度的影响。研究结果发现:当半冲深度达到材料的半冲极限深度前,随着半冲深度的增加,半冲特征的连接强度逐步增加,最后趋于稳定;而当半冲深度达到材料的半冲极限深度时,半冲特征会提前发生开裂失效。此外,工艺参数中反顶力和凸凹模间隙对连接强度的影响较小,而半冲特征凸台的接触包络面积与有效剪切面积对连接强度的影响显著。
  • 基于响应面与遗传算法的汽车前围板拉延工艺参数优化
    陈青山, 潘书华, 黄瑶, 王雷刚
    锻压技术. 2023, 48(8): 72-77. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.010
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    以某皮卡汽车前围板为目标,研究型面复杂零件成形后全局质量上的控制,避免局部开裂与起皱。基于二阶多项式响应面结合遗传算法进行优化设计。首先,以最大减薄率和成形安全区比率为优化目标,采用灵敏度分析法筛选对材料拉延阶段影响较大的关键工艺参数组合;其次,通过Box-Behnken试验设计在样本空间内获取少量且分布合理的样本点,并采用AutoForm软件模拟拉延+切边工序得到的各样本点的成形质量结果;然后,以二阶多项式拟合设计变量与优化目标的响应面模型,并检验其精度。最后,通过遗传算法寻优工艺参数组合并将其用于指导试生产,最终测量结果表明,零件的最薄厚度为0.64 mm,整体拉延充分,无起皱与开裂现象。
  • 2A97铝锂合金三层空心结构件超塑成形/扩散连接工艺
    刘文俊, 罗斌, 武永
    锻压技术. 2023, 48(8): 78-82,209. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.011
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    开展了2A97铝锂合金三层空心结构件的超塑成形/扩散连接工艺仿真和实验研究,以获得合理的工艺参数。通过高温拉伸实验测得2A97铝锂合金在变形温度为460℃、应变速率为0.001 s-1条件下的伸长率为183.4%,表现出良好的高温塑性。采用ABAQUS有限元软件分析了芯板夹角和气压加载路径对三层空心结构件成形质量的影响,得出合理的芯板夹角为45°、合理的应变速率为0.001 s-1,在此条件下,零件的最大减薄位于筋条与面板过渡区域,最大减薄率为59.4%。在变形温度为460℃、整形压力为2 MPa条件下,成功制备了2A97铝锂合金三层空心结构件,芯板的最大减薄率约为46.7%,扩散接头剪切强度为125.5 MPa,固溶时效后剪切强度升高至142.6 MPa。
  • 大型复杂型面动车车头零件快速超塑成形工艺研究
    杨代立, 张开佳, 杜志豪, 陈冉冉, 周彤旭, 王春旭, 王国峰
    锻压技术. 2023, 48(8): 83-89. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.012
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    以动车车头左前侧壁板为研究对象,对铝合金左前侧壁板的快速超塑成形工艺进行了研究。基于左前侧壁板零件的三维形状,设计了快速超塑成形凸模和凹模,采用凸模成形,以壁板内型面作为凸模主要型面。利用MSC.MARC软件对左前侧壁板的热冲压、反胀超塑成形和正胀超塑成形阶段进行有限元分析,选择合适的反胀时间以控制反胀厚度,正胀实现零件的最终成形,最薄部位位于零件加工余量处,最大减薄率为21%,局部有聚料现象。之后进行了左前侧壁板快速超塑成形实验,在上端和前端中部有褶皱现象,与有限元分析结果基本吻合,对成形过程进行工艺改进后,成功地制造了表面质量良好的左前侧壁板。最后,对成形后材料的力学性能、零件的厚度分布和形状精度进行了测量。
    • 管材成形
  • 复杂三维扭曲空心叶片充液压制工艺
    胡加敏, 张运鑫, 罗坚, 李建军, 杨云峰, 万永超, 李又春, 陈鹏
    锻压技术. 2023, 48(8): 90-95. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.013
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    针对一种航空发动机复杂三维扭曲空心叶片进行充液压制工艺研究。通过有限元分析软件对空心叶片充液压制过程进行数值模拟,探究管坯长度、密封推头结构和充液压力对GH4169高温合金薄壁管充液压制成形过程中的管坯贴模情况、壁厚及尺寸的影响,并进行试验验证。结果表明:管坯长度越短,管坯两端的材料越容易向中间流动,管坯易起皱。采用锥形密封推头有效改善了材料流动,可实现管坯简单、有效的密封。采用充液压制工艺可使管坯在较低的充液压力下成形出小半径圆角。当管坯长度为240 mm、充液压力为9 MPa时,管坯的贴模性较好,最小圆角半径为1.0 mm,最大壁厚减薄率为4.1%。试验结果和数值模拟结果一致,成形出的空心叶片表面质量良好,壁厚均匀、减薄小,满足尺寸精度要求,达到了复杂三维扭曲空心叶片短流程、低成本、高精密成形的目的。
    • 挤压与拉拔
  • 汽车三柱槽壳反挤压工序模拟及模具寿命提高
    任燕, 石炳欣
    锻压技术. 2023, 48(8): 96-103. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.014
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    为了解决汽车三柱槽壳在实际反挤压过程中凸模磨损严重的问题,建立了Archard磨损模型,并导入Deform-3D软件中进行了反挤压过程仿真,以研究凸模的磨损规律。结果显示:凸模圆角处的温度最高,磨损深度最大,并且凸模载荷较大,均不利于凸模寿命的提高。分析了影响凸模寿命的因素,并将凸模最大磨损深度和最大载荷作为优化目标,借助正交试验法对凸模圆角半径、凸模斜角、坯料加热温度、模具预热温度、挤压速度等工艺参数进行了优选。研究了表面经涂层处理后的凸模的磨损情况,结果发现,涂层具有较好的降磨损能力,其中TiAlN涂层的降磨损能力最好。最后,经实际生产表明,改进后的凸模寿命为改进前的2倍多,极大地降低了模具成本。
  • 单耳吊具复合挤压成形工艺数值模拟
    崔继红, 郭永强
    锻压技术. 2023, 48(8): 104-109. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.015
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    针对单耳吊具薄壁异形的产品结构特点,提出了基于金属流动控制的新成形工艺。分析了闭式挤压过程中金属的流动规律,其中温度场是影响最终充填效果的关键因素,挤压速度的不同会引起变形温度场差异,挤压速度越快,坯料热量损失越少,越有利于产品的成形。研究发现,在单耳吊具成形过程中端面的高度差最大达到16.6 mm。为提高产品尺寸的一致性和稳定性,建立了金属流动控制的分析模型,对5种背压力作用下产品成形后的高度差进行了研究,发现在500 kN以上的背压力作用下,高度差能够减小至3 mm以内。最后,在分析的基础上设计了专用的工艺模具和设备,其中背压力加载可采用500~2000 kN可调压力的油缸来实现,并通过试验获得了合格的单耳吊具挤压件,实现了此类产品的成形工艺开发。
    • 轧制
  • 点阵强变形轧制镁/铝层合板波纹结合界面的形成
    冯光, 郜豪杰, 张恒, 申依伦, 满亚谦
    锻压技术. 2023, 48(8): 110-117. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.016
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    点阵强变形轧制(LSDR)原理对解决镁/铝层合板轧制过程中存在的结合强度低、翘曲和边裂严重等技术问题有明显优势,然而关于波纹结合界面的形成机理及特征尚缺少研究。通过有限元数值模拟分析了LSDR原理轧制下波纹辊对层合板的强非均匀变形作用,解释了波纹结合界面的形成特点和沿界面应变的分布规律,并通过轧制实验进行了验证。结果表明:LSDR原理轧制镁/铝层合板时,组元板尤其是镁合金板沿轧向(RD)和横向(TD)均经历了两次周期性变形,促使结合界面处沿两方向形成波纹状结构,且沿RD的波纹周期略大,沿TD的波纹周期略小。沿RD和TD的波纹结合界面形成特点和形态的不同,导致两方向的金属间化合物层分布与力学性能存在差异。研究内容为深入探索LSDR原理及制备高性能的镁/铝层合板提供了实验参考。
  • 支架用热轧变形高钛钢板TiC析出及力学性能分析
    苏超杰, 罗志华, 刘圣勇, 张丽强
    锻压技术. 2023, 48(8): 118-124. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.017
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    选择支架用热轧态真空冶炼高钛钢板作为测试材料,通过控制轧制变形程度获得特定结构的马氏体组织,对比了不同轧制变形程度下的钢材组织形貌和TiC析出相变化,同时测试了钢材的力学性能变化。研究结果表明:逐渐增大热轧变形量后,得到了更细小的晶粒,并且形成了宽度尺寸更小的马氏体板条束;形成的TiC颗粒尺寸更加均匀且显著缩小,并实现充分碎化且分布均匀;形成了比例更大、粒径不超过Φ15 nm的TiC颗粒,奥氏体的变形程度也明显增大,生成了更细小的纳米TiC颗粒;试样获得了更高的拉伸强度与屈服强度,形成了更大的非均匀伸长率,均匀伸长率则保持恒定,试样的冲击性能也呈现增大趋势。
  • 基于粘塑性自洽模型6061铝合金厚板轧制过程模拟
    蒋小娟, 胡蒙均, 孙涛, 肖欣睿, 彭洁, 董梦瑶, 詹正阳
    锻压技术. 2023, 48(8): 125-135. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.018
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    以厚度为60 mm的6061铝合金板材为研究对象,采用Deform仿真分析技术研究了不同压下率轧制变形过程中板材温度、应变、应力场的变化规律,着重分析了对板材心部、1/4处、表层的影响,并结合粘塑性自洽(VPSC)有限元法研究了板材不同位置处的织构演变规律,为铝合金轧制过程中的变形行为和各向异性研究提供了新的方法。结果表明:多道次轧制过程中,心部与表层区域的最大温差受轧件压下率影响不大,最大温差为10℃,板材表层和1/4处的累积应变均始终大于心部,轧件与轧辊接触导致表层承受较大的应力,轧件局部表现出明显的应力分布不均匀的状态;轧件表层、1/4处以及心部均形成了β取向线上的3种典型织构,即Copper织构{112}<11-1>、Brass织构{011}<21-1>和S织构{123}<63-4>,随着轧制压下率的不断增大,织构的体积分数越来越大,织构强度也逐渐增大,其中,S织构的体积分数和强度上升趋势明显,进一步说明S织构相比其他两种织构对应变变化过程更加敏感。
    • 特种成形
  • 电磁无铆钉铆接工艺及钢-铝接头力学性能研究
    王大勇, 丛艳军, 蒋浩, 廖宇轩, 李光耀, 崔俊佳
    锻压技术. 2023, 48(8): 136-144. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.019
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    以AA5052铝合金薄板和DC52D+ZF高强钢薄板为研究对象,探究了不同放电能量下,电磁无铆钉铆接接头的镦头成形、微观形貌和力学性能。结果发现:放电能量值过小,会导致铆钉变形不足,难以形成良好的互锁结构;放电能量值过大,则会导致上板材材料流动过于充分,进而在颈部区域出现微裂纹甚至发生断裂。此外,电磁无铆钉铆接接头的平均互锁值Tu较常规液压无铆钉铆接接头高46.6%。硬度测量结果表明,电磁无铆钉铆接接头中心区域的硬度略高一些。剪切性能测试结果表明,电磁无铆钉铆接接头的剪切性能略高于常规液压无铆钉铆接接头。与常规液压无铆钉铆接接头对比,电磁无铆钉铆接接头在截面互锁程度、显微硬度及剪切性能方面均具有一定的优势。
  • Fe901激光熔覆层界面结合强度及断裂行为
    陈炜, 王泽铭, 曹一枢, 张小计, 张威, 陈春刚
    锻压技术. 2023, 48(8): 144-150. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.020
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    为了研究H13热作模具钢再制造后基材与Fe901熔覆层的界面结合强度,以界面抗剪强度为指标对其进行了定量表征,分析了熔覆层各部分的显微组织,对断口形貌及断裂机制进行了分析,并利用有限元分析方法对界面的各种应力分布规律进行了分析。结果表明:熔覆层与基材形成了良好的冶金结合;最高界面抗剪强度为804.75 MPa,平均抗剪强度为779.73 MPa;通过断口形貌分析,界面的断裂类型为韧窝-准解理断裂的混合断裂形式;有限元分析表明,在剪切过程中界面的边缘存在较大的应力集中。熔覆层与基材具有很高的界面结合强度,在剪切过程中界面边缘由于发生较大的变形而导致应力集中,最先产生裂纹,导致界面破坏,进而发展为整个熔覆层断裂。
  • 基于DPSO-BP神经网络的V形自由折弯成形角度和回弹预测
    占少伟, 龚俊杰, 韦源源, 王金荣, 陈扬东
    锻压技术. 2023, 48(8): 151-157. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.021
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    采用基于DPSO算法优化BP神经网络(DPSO-BP)的机器学习算法建模,提出一种考虑材料参数和几何参数的V形自由折弯成形角度和回弹的预测方法。该方法主要引入非线性惯性权重改进粒子群(PSO)算法,进一步优化神经网络的初始权值和阈值,构建神经网络预测模型。以不同批号的SUS304不锈钢板料为研究对象,通过设计正交试验得到45个训练样本数据,验证所建立的预测模型的准确性。结果表明:采用DPSO-BP神经网络模型预测的成形角和回弹角的平均误差分别为0.150°和0.120°,与未优化的PSO-BP神经网络模型相比,预测的成形角和回弹角的平均误差明显减小,且计算耗时由14.0 min大幅缩短至0.8 min,同时实现了高预测精度和高计算效率。
  • ECAP对Al-3Fe-0.3Sc合金组织性能的影响规律
    赖昀昊, 钟明, 古文丽, 马乾康, 邓同生
    锻压技术. 2023, 48(8): 158-163. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.022
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    在自制的等通道转角挤压(ECAP)模具中按Bc路径对Al-3Fe-0.3Sc合金方形棒料进行了不同道次的挤压变形,分析了挤压道次对合金微观组织、力学性能和电导率的影响规律。研究发现:ECAP变形后合金晶粒发生明显细化,晶粒呈现特定取向,长杆状铝铁相在剧烈的剪切变形条件下发生明显的破碎。合金经第1道次ECAP变形后抗拉强度由原始铸态的105 MPa升高至121 MPa,伸长率由5.7%大幅提升至25.7%,第2道次后抗拉强度和伸长率上升不明显。第1道次ECAP变形后合金的硬度由38.7 HV上升至53.5 HV,第4道次后上升至60.4 HV。电导率由铸态的42.9% IACS上升至第1道次的46.4% IACS,后续继续增加挤压道次,电导率基本保持不变。强度和电导率的提升主要是由于晶粒得到细化,发生的动态回复有利于变形过程中产生的高密度位错向亚晶界转变,减少了晶体中的空位缺陷。研究结果为铝铁合金的性能优化及实际应用提供了参考。
  • 拉弯工艺轨迹分析与修正
    郭亚琼, 李彦波, 耿晓勇, 蔺志元, 王文彬, 刘凯凯, 马振, 武春虎
    锻压技术. 2023, 48(8): 164-168. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.023
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    针对赋予型板一个弯曲力矩的拉弯机的二维型材拉弯,根据拉弯原理,需保证产品件内、外弧的任意点处均处于拉伸状态。为此,针对现有的拉弯机,研究了拉弯旋转中心不同位置对拉弯后产品状态的影响规律。研究结果表明:旋转中心位置与拉弯结束位置的距离需小于5 mm,否则产品件部分点可能处于压缩状态。按照经验设计的拉弯模具产品件不合格,修模后产品件单边拉伸量为11.60 mm,与理论值(12.18 mm)的实际误差为0.48 mm。同时,直线段也存在拉伸量,在设计回弹线时需酌情考虑直线段的拉伸量。通过仿真预测了产品件的成形状态,修模前实际与仿真的凹陷误差为7.5%,修模后为8.3%,因此,在进行拉弯模具设计时可增加仿真对其进行验证,避免后期修模造成资源浪费。
  • 无铆钉铆接技术原理及优劣势分析
    冯玉涛, 胡志强, 刘铁, 李光志, 张斯钰, 王凤奇
    锻压技术. 2023, 48(8): 169-175. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.024
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    对无铆钉铆接技术的起源、国内外研究现状以及其在制造行业的应用情况进行了介绍;介绍了无铆钉铆接接头的3种基本形式和特点;阐述了无铆钉铆接技术的工作原理、主要工作过程及在各工作阶段中需要注意的事项;通过与传统有铆钉铆接技术和电阻点焊技术的对比,深入分析了无铆钉铆接技术在缩减工艺步骤、降低原材料投入、轻量化材料连接、提高疲劳强度、节能减排、安全环保和降低综合成本等方面的优势;同时指出了无铆钉铆接技术在板材性能要求、板材层数要求、板材厚度要求和静态强度等方面的不足及其未来的研究和发展方向。为我国制造行业自主应用无铆钉铆接技术提供了理论参考和选择依据。
    • 装备与成套技术
  • 液压缸非线性特性影响下的含动态间隙轧机辊系振动特性及控制
    刘飞, 续书慧, 王晓婷, 王昕卓, 冯梦雨
    锻压技术. 2023, 48(8): 176-184. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.025
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    为抑制四辊板带轧机垂直方向的振动,首先,考虑动态间隙影响下的分段非线性弹性力,建立分段非线性弹性力与动态轧制力共同作用下的轧机辊系动力学模型,使用平均法求解出该系统的幅频特性方程。然后,以轧机实际参数仿真液压油弹性模量变化时辊系的时域特性和频率特性,得到了对辊系振动行为的影响规律。比较辊系在不同液压系统参数变化下幅频特性响应的变化规律,通过分岔特性分析液压缸参数变化对系统振动行为的影响,得到了系统周期稳定运行时的参数区间。最后,设计状态反馈控制器实现对动态间隙轧机辊系的振动控制,并通过幅频特性和分岔特性可知,控制器能够有效减弱动态间隙对轧机辊系稳定性的影响,并抑制辊系的混沌行为,为抑制轧机辊系振动提供了理论参考。
  • 考虑润滑粗糙界面的叶片辊轧机辊系非线性振动特性
    张瑜, 张跃智, 赵飞
    锻压技术. 2023, 48(8): 185-193. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.026
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    针对粗糙形貌导致界面行为发生变化进而影响叶片辊轧机辊系动力学特性的问题,建立了综合考虑支撑轴承以及楔板的表面形貌影响的叶片辊轧机辊系的垂直振动模型,计算了不同粗糙形貌的楔板与轧辊的接触载荷以及支撑轴承的非线性接触刚度。采用数值积分法求解了叶片辊轧机辊系垂直振动的动力学方程,分析了界面粗糙形貌对轧机辊系动力学响应特性的影响。研究结果表明:叶片辊轧机辊系振动位移幅值随着分形维数的增大逐渐减小,振动频率幅值也随之减小,且系统出现次谐波振动,表现出多频率振动现象。研究结果为实现辊轧机系统垂直振动控制提供了理论依据。
    • 模具
  • 基于HyperXtrude的大型空心铝型材挤压模具优化
    王鸿鼎, 何凯波, 刘洪, 姚亚成, 李正宁
    锻压技术. 2023, 48(8): 194-201. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.027
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    挤压模具在铝型材生产中起着关键的作用,合理的模具设计对于挤压出高质量的铝型材至关重要。以分流组合模挤压大型空心铝型材为研究对象,分析了型材的工艺特点,建立了挤压模具的三维模型,采用基于任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Largrange-Euler,ALE)算法的HyperXtrude软件对铝型材挤压过程进行了数值模拟。针对初始模具模拟出现的金属流速严重不均的问题,设计了两次优化(阻流块结构修改和高度的调整)对铝型材挤压模具进行了修正。结果表明,优化后的挤压模具挤出了流速均匀且基本无变形的铝合金型材,有效地解决了因初始模具设计不合理而导致的金属流速不均的问题。
  • 轿车翼子板成形工艺分析与模具设计
    万志远
    锻压技术. 2023, 48(8): 202-209. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.028
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    翼子板是轿车重要的外覆盖件之一,具有结构复杂、外形尺寸大、成形不易控制、表面质量要求高、材料厚度小、易产生回弹缺陷等特点。首先,分别选取翼子板零件工艺补充前后相同位置的15个典型截面进行结构分析,得到了零件典型位置的截面曲线变化情况,分析了与机舱总成、发动机盖总成、前门总成、侧围总成、前轮罩等重要位置搭接处的工艺补充面,为后续全工序设计奠定了基础。其次,根据结构分析,利用AutoForm等软件对轿车翼子板进行了工艺补充设计,确定了落料、拉延、修边-冲孔-侧修边、翻边-整形-侧翻边、侧翻边-侧冲孔-冲孔和侧翻边-侧成形6道全工序工艺过程。采用有限元模拟手段,对工艺补充后的零件进行了模拟计算,结果表明,翼子板零件的成形质量好,主体部位未出现开裂和起皱缺陷,材料的最大减薄率为24.3%,验证了工艺补充的合理性。最后根据工艺设计,重点设计了翼子板落料连续模具和拉延模具。
  • 铝合金翼子板锐棱成形模具磨损仿真研究
    蒋磊, 谢晖, 李乐平, 龚熙, 廖敏, 陈俊伟, 孔繁涛, 马培兵
    锻压技术. 2023, 48(8): 210-218. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.029
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    为了研究铝合金锐棱成形模具的磨损规律,以采用锐棱造型设计的某车型铝合金翼子板为研究对象,利用CATIA软件构建了翼子板拉延成形模具的三维几何模型,并借助Autoform有限元仿真平台对翼子板拉延成形过程进行了数值模拟。基于数值模拟结果和Archard磨损模型应用Python进行二次开发,建立了可在Autoform有限元仿真平台进行模具磨损分析的模拟方法和流程,从而快速获得翼子板锐棱成形模具的磨损仿真结果。根据磨损仿真结果,对翼子板锐棱成形模具进行了针对性的表面强化处理,提高了翼子板锐棱成形模具的耐磨性,通过大批量生产验证,翼子板锐棱成形模具无过度磨损,可以满足连续应用的需求。研究表明,将Python二次开发应用于Autoform有限元仿真平台,能够高效、准确地得出锐棱成形模具的磨损规律。
  • 汽车加强板多工位级进模设计
    赵德世, 杜坡, 刘杰
    锻压技术. 2023, 48(8): 219-223. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.030
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    根据汽车加强板的形状、尺寸和生产要求,分析了其冲压工艺,进行了级进模的排样设计和模具设计。结合Dynaform软件进行工艺分析,确定了产品中心部位可一次冲压成形。针对产品弯曲部位多、成形后回弹量大的问题,采用预压工艺有效保证了弯曲精度;针对产品多边弯曲特征,采用框架式的排样结构提高了料带进给和冲压的稳定性;浮料导料销与导正销相结合,进一步提高了冲裁精度。生产结果表明:分次折弯的成形方案可以提高产品的精度;模具结构合理,可以保证产品的生产效率、良品率,并实现大批量生产,对实际生产具有重要的借鉴意义。
    • 材料与成形性能
  • 铸态ER8钢高温塑性变形行为及热加工图
    陈飞, 张晓峰, 党淑娥, 任劲宇, 朱雪彤
    锻压技术. 2023, 48(8): 224-230. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.031
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    在Gleeble-1500D热力模拟试验机上,以0.001~1 s-1的应变速率和900~1250℃的温度对铸态ER8钢进行了单轴热压缩试验,得到了流动应力曲线,并基于此,建立了热加工图,详细地分析了温度和应变率对材料热加工性能的影响。结果表明:在变形温度为900~1250℃、应变速率为0.001~1 s-1范围内,铸态ER8钢的流动应力曲线为动态再结晶型曲线,仅当变形温度低于900℃、应变速率高于1 s-1时,流动应力曲线具有明显的动态回复型曲线的特征。结合ER8钢的热加工图分析可知,为了防止高温塑性变形失稳,在锻造时变形温度应大于950℃;当应变为0.20时,应变速率建议小于0.05 s-1。
  • Mn18Cr18N钢室温拉压循环加载力学行为和微观组织演变机理
    李飞, 张华煜, 陈慧琴
    锻压技术. 2023, 48(8): 231-237. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.032
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    通过室温拉压循环加载试验,研究了Mn18Cr18N钢在±0.005~±0.10应变幅范围内的循环加载力学行为和微观组织演变。采用光学显微镜和透射电子显微镜观察了Mn18Cr18N钢包括金相组织、位错形态以及形变孪晶等亚结构在内的微观组织演变。研究结果表明,Mn18Cr18N钢在拉压循环加载中,循环力学特性和应变幅有关,随着循环应变幅的增大,Mn18Cr18N钢的循环应力幅呈现增大趋势。在应变幅为±0.10时,Mn18Cr18N钢经过1个周期循环加载后,流变应力为988.1 MPa,为0.2%初始屈服强度的1.6倍,这说明采用大应变幅循环加载提高了Mn18Cr18N钢的累积塑性应变,从而显著提高了强度。在较低应变幅(±0.005~±0.01)条件下,Mn18Cr18N钢的变形主要以平面滑移为主,位错重排和其他滑移系的激活是造成Mn18Cr18N钢循环软化的主要原因。应变幅较大时,高位错增殖使基体内应力升高,局部区域滑移困难,孪生机制被激活,Mn18Cr18N钢总体上呈现循环强化特性。
  • 1000MPa级别超高强钢延迟开裂机理的研究
    万荣春, 付立铭, 王学双, 曹宝山, 龚勋
    锻压技术. 2023, 48(8): 238-242. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.033
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    利用U形弯曲试验、动态充氢恒载荷试验和氢渗透试验研究了3种1000 MPa级别超高强钢的氢致延迟开裂性能。U形弯曲试验和动态充氢恒载荷试验结果表明,3种试验钢的氢致延迟开裂敏感性由高到低依次为:B钢>A钢>C钢。氢渗透试验结果表明,3种试验钢的氢表观扩散系数由低到高依次为:B钢>A钢>C钢。3种1000 MPa级别超高强钢的延迟开裂机理为:随着钢的强度提高,钢中氢陷阱浓度越高,钢的氢表观扩散系数下降,同时配合环境中氢浓度的变化,钢中氢浓度势必提高,一旦氢浓度达到延迟开裂临界氢浓度C0,试验钢即会出现氢致延迟开裂现象。超高强钢延迟开裂的两个重要影响因素为钢中氢陷阱浓度和环境中氢浓度。
  • 铸态42CrMo钢高温拉伸变形中工艺参数和动态再结晶对空洞演化的影响及微观损伤机理分析
    陈园园, 齐会萍, 李永堂, 刘慧玲
    锻压技术. 2023, 48(8): 243-252. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.034
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    用热模拟实验机对铸态42CrMo钢进行高温拉伸实验,分析了断口及断口附近的微观组织、空洞演化与温度、应变速率及应变之间的关系,探讨了工艺参数和动态再结晶行为对空洞演化的影响,研究了铸态42CrMo钢的微观损伤机理。结果表明:铸态42CrMo钢的变形温度控制在1423~1473 K,并控制应变速率和应变,可以抑制高温拉伸变形中的空洞萌生、长大和聚集;发生动态再结晶行为时,微空洞不易形核和长大,空洞之间聚集的间距减小,增加了断裂应变;铸态42CrMo钢高温拉伸变形过程中,氧化硅、硫化锰、氧化铝和氧化钙等夹杂物的脱落或破裂导致空洞形核,且马氏体晶粒之间也可形核。
  • 置氢Ti65钛合金高温流变行为和热加工性能
    邵光保, 胡进, 占克勤, 席国庆, 田壵, 左培, 邓磊, 李文彬
    锻压技术. 2023, 48(8): 253-260. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.035
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    Ti65钛合金具有优良的高温强度、热稳定性与抗蠕变性能,但其热成形温度高、变形抗力大。热氢处理作为一种钛合金高温增塑工艺,可以显著降低Ti65钛合金高温成形时的变形抗力,改善其热加工性能。为了研究置氢量对Ti65钛合金高温流变行为和热加工性能的影响,探究Ti65钛合金最佳置氢量和成形工艺窗口,对不同置氢量下的Ti65钛合金试样进行热压缩实验。结果表明,置氢Ti65钛合金在790~940℃温度范围内变形时,最佳置氢量(质量分数)为0.25%,与未置氢钛合金相比,峰值应力的降幅约为66.8%。基于真应力-真应变曲线数据,建立了0.25%置氢量时Ti65钛合金的Arrhenius本构方程,以及真应变为0.2、0.4和0.6条件下的热加工图。研究发现,Ti65钛合金在840~880℃、应变速率大于0.01 s-1区域附近变形时,出现失稳现象,随着应变的增大,失稳区域收缩;而在790~840℃、应变速率为0.01~1 s-1区域内变形时,具备良好的热加工性能。
    • 理论与实验研究
  • Aermet100钢高温保温过程奥氏体晶粒演化的原位实验研究
    蒋乔, 赵明杰, 张健, 苏阳, 李昌民, 班宜杰, 赵俊飞, 黄亮, 孙朝远, 李蓬川, 李建军
    锻压技术. 2023, 48(8): 261-267. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2023.08.036
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    材料在加热保温过程中的微观组织演化会影响后续的变形过程。为了实现材料热变形过程中微观组织的有效调控,采用高温激光共聚焦设备原位研究了Aermet100钢在加热保温过程中奥氏体晶粒的演化规律。结果表明:随着加热速度的减小、保温温度和保温时间的增加,奥氏体晶粒尺寸增加。相比于加热速度和保温时间,保温温度对奥氏体晶粒尺寸的影响更显著。1000℃为Aermet100钢奥氏体晶粒长大的临界温度,当保温温度低于1000℃时,奥氏体晶粒尺寸较小;当保温温度高于1000℃时,奥氏体晶粒尺寸显著增加。基于统计的晶粒尺寸,提出了两种耦合加热速度、保温温度以及保温时间影响奥氏体晶粒长大的模型,两种模型的预测值均与实验值吻合很好,表明建立的两种晶粒长大模型是可靠的。
锻压技术
Forging & Stamping Technology
ISSN 1000-3940
CN 11-1942/TG

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