3维复杂成形数值模拟边界界面约束处理技术研究

边界界面动态接触约束与接触判断是3维复杂体积成形有限元数值模拟的关键技术问题之一。探索了3维复杂成形数值模拟接触状态搜索、接触摩擦以及界面滑动约束处理技术，提出基于模具型腔B样条曲面描述的接触状态区域层次搜索算法，以及引入边界摩擦与滑动约束的矩阵变换法，并进行了数值实验与齿轮镦锻成形有限元分析。     

大型全纤维曲轴TR法成形研究

大型曲轴是大型柴油机关键零部件之一,全纤维弯曲镦锻法是生产大型曲轴的重要加工方法。目前常用大型曲轴全纤维弯曲镦锻法有RR法和TR法。20世纪60年代,波兰波兹南金属成形研究所Tadeusz.Rut教授研究出TR弯曲镦锻法,该法曲拐成形时弯曲与水平镦锻同时进行。本文以南车资阳机车有限公司水压机配备的TR装置为研究对象,研究了TR装置在曲拐成形过程中的运动规律,并从运动学角度研究了TR装置水平镦锻速度,首次提出并推导了水平镦锻速度与水压机工作速度、肘杆长度、始锻倾角及时间间隔等因素的关系表达式,可准确描述装置的水平运动规律。此外,还基于水平镦锻速度表达式采用数值模拟仿真手段,对TR法曲轴成形规律进行研究,指出曲轴折叠产生机理并提出有效预防措施。     

直齿轮精锻成形新工艺及试验研究

与精锻成形工艺相比,传统的切削加工方法加工直齿轮具有诸多弊端。而当前提出的闭式镦挤成形工艺载 荷过大,严重制约着精密成形直齿轮工艺的实用化。提出采用预锻分流区一分流终锻新工艺精密成形直齿圆柱齿 轮,设计了能够进行多种组合的精锻成形试验模具,并对空心管坯和实心圆柱坯进行了传统的闭式镦挤和新的分 流成形工艺试验,试验结果表明:与传统的闭式镦挤和现有的圆柱直齿轮成形工艺对比,提出的成形工艺工序简 单,终锻后齿形充填饱满,端面平整,而且成形载荷降低了37％以上,具有生产实用化的前景。     

机车曲轴RR法镦锻成形工艺模拟研究

通过对某型号机车曲轴的镦锻成形过程进行数值模拟,研究了在不同工艺和不同直径坯料条件下曲轴的成形情况。通过模拟优化,选择了合理的坯料尺寸和工艺参数,使得该曲轴试模一次成功并实现了批量生产,从而减少了试模次数,降低了工艺试验费用,缩短了工艺开发周期。     

大型曲轴弯曲镦锻技术的研究

介绍了大型曲轴现代弯曲镦锻工艺的进展及其工艺特点,评述了整体曲轴弯曲镦锻技术在国内外的发展和应用,以及弯曲镦锻数值模拟体系的概况。     

差速器盖热挤压过程数值模拟

根据差速器盖的特点,分析差速器盖的热挤压成形工艺,以DEFORM-3D为模拟工具对其进行数值模拟。通过正交试验的极差法和方差法,以最大成形载荷为目标变量,分析温度、成形速度和摩擦因数等关键参数,从而获得最优工艺参数组合,即坯料始锻温度为1 200℃、摩擦因数为0.3、成形速度为400mm/s。利用最优工艺参数进行数值模拟,探究最大成形载荷及其优化前、后的变化,达到降低载荷的目的。通过DEFORM-3D的数值模拟功能优化试验条件,为实际生产提供了理论依据。     

轴承环锻轧成形过程塌角变化行为

由热锻制坯和径向热轧环复合而成的环件锻轧成形工艺是中小型轴承环生产中广泛应用的一种先进塑性加工技术。轴承环锻轧成形生产中,环件上下端面的外径边缘处容易产生塌角,不仅迫使加工余量增加、材料利用率降低,而且易导致环件尺寸不合格报废。针对该问题,利用Transvalor.Forge有限元模拟软件建立GCr15轴承环锻轧成形全过程仿真模型,直观模拟环件塌角变化过程,揭示其形成机理和变化规律。研究热锻镦粗比、热轧进给速度、热轧摩擦因数以及热轧初始温度对环件塌角程度的影响。结果表明,轴承环塌角受热锻镦粗比、热轧进给速度以及热轧摩擦因数的影响较大,而受热轧初始温度影响极小。通过对GCr15轴承环锻轧成形过程中塌角变化行为的研究,为生产中环件塌角缺陷控制提供科学的指导依据。     

空心抽油杆内螺纹杆头两次成形技术研究

内螺纹杆头是在直连连接空心抽油杆的一端直接镦锻成形,国内一般采用镦锻比较小的三次以上成形的镦锻工艺,本文按照增大镦锻比,设计和建立了两次成型模型,采用FEA软件分别模拟计算每次镦锻过程的变形情况和温度场。计算分析结果表明,空心抽油杆内螺纹杆头每次镦锻过程中均未出现缺陷,满足工件的成形要求。采用两次成形工艺试验,镦锻出合格的接头。     

前滑块锻造工艺分析及数值模拟

分析了前滑块锻件工艺方案及关键技术特点,制定了前滑块预锻、终锻成形工艺方案,采用DEFORM-3D软件对成形过程进行了数值模拟.通过比较分析最终确定了前滑块预锻、终锻的最优方案.模拟结果显示,只有合理地选择坯料形状、制定工步,才能顺利地成形锻件.     

螺旋台阶零件多步成形过程数值模拟

鉴于零件对材料增厚及表面质量没有严格要求,采用无压边拉深来完成零件螺旋台阶面的成形,不仅模具结构简单,而且材料利用率高.围绕零件成形难点部位,以特征点的形式详细分析了拉深成形过程中特征区域的应力、应变、厚度和成形极限等模拟结果.在分析拉深工序的基础上,进一步对零件进行多工步模拟分析.结合等效塑性应变、厚度分布及成形极限等信息分析了其它工步作用过程中的变形特点.通过数值模拟结果与实际冲压结果的对比,验证了多工步数值模拟结果的有效性.     

ELASTO-PLASTIC FEM ANALYSIS OF CYLINDER UPSETTING BETWEEN TWO FLAT PLATENS

０ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＣｙｌｉｎｄｅｒｕｐｓｅｔｉｎｇｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｃｅｓｉｎｔｈｅｆｏｒｍｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｅａｖｙｆｏｒｇｉｎｇｓ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｕｐｓｅｔｉｎｇａｃｙｌｉｎｄｅｒｂｅｔｗｅｅｎｆｌ...     

带法兰阶梯轴冷镦挤复合成形工艺研究

针对带法兰盘阶梯轴的结构特点,提出了镦挤复合成形工艺方案,并分别研究了在冷镦挤条件下,不同直径坯料对成形过程的影响.采用有限元模拟软件对带法兰盘阶梯轴的成形过程进行了数值模拟,比较分析了不同坯料尺寸对变形过程中金属流动、应变以及载荷曲线等的影响.试验结果表明,采用冷镦挤复合成形工艺成形带法兰盘阶梯轴,可以获得高质量和高精度的锻件,实现近净成形.     

汽车前轴精密辊锻成形过程的数值模拟

汽车前轴的精辊-模锻工艺是一种用小成形力锻造设备成形较大型前轴锻件的塑性加工技术,其工艺关键在于精密辊锻。前轴的精密辊锻分4个道次,是典型的局部成形工艺。辊锻工艺由于旋转的模具与辊锻件之间的接触区域在不断变化,一直以来成为数值模拟的难点。对4个道次的模具建立了模型,采用三维刚塑性有限元程序DEFORM-3D模拟了前轴精密辊锻工艺,分析了辊锻过程中金属变形的规律,研究了模具参数对成形质量的影响以及辊锻力矩的变化规律。模拟结果对于改进辊锻工艺设计、提高模具设计水平具有指导作用。     

直齿圆柱齿轮精锻成形过程数值模拟及参数分析

采用三维有限元数值模拟方法分析了直齿圆柱齿轮的精锻成形过程，选择模拟表面单元数、加载步长、模数、齿数、齿轮高度等参数进行了多次模拟分析，根据模拟结果对比分析了以上诸参数对成形工艺的影响。确定了适宜的表面单元数目和加载步长值，较好地满足了模拟的需要。从数值模拟结果分析可知，在齿轮其他参数不变的情况下，锻造载荷随模数和齿数的增加而增加，模数的变化对载荷的影响显著；在对高度不同的齿轮成形过程的模拟分析中发现，在成形的初始阶段，高度越小载荷越大，在填充终了阶段，随高度增加载荷稍有增加。     

聚丙烯（PP）冷压变形行为研究

采用镦粗变形对结晶型PP进行3种变形速度和4种变形程度的冷压变形实验,实验结果表明,镦粗变形的几何变形模式及其极限伸长率的几何性质与单向拉伸完全不同,但PP的屈服应力随变形速度增大而提高的现象与许多材料单向拉伸屈服应力相似。与此同时,冷压镦粗PP的延性大变形属于“类塑性”性质,其性质和数值与聚合物及其结构和变形回弹相关。虽然PP冷压镦粗后的回弹率很大,但回弹随变形速度提高而减小,因此为了研发聚合物锻造技术,需要提高变形速度或采用加热措施,或改用闭式锻造变形模式。     

An investigation into the preforming of tubes

A major disadvantage of traditional cold forging is represented by the inability to forge slender geometries such as tubes, because these tend to collapse under axial forces. Recent research has revealed that, for the forming of hollow flanged components from tubes, a controlled material flow can be achieved by injection forging. However if the height of the flange is high compared to the wall thickness of the tube, instability problems arise causing the tube to buckle. According to previous work by the authors this may be prevented by increasing the wall thickness of the tube locally through the preforming of a simple inner flange on the tube. These preliminary investigations have been restricted to a reduced number of component geometries in terms of the major process parameters; being the inner- to outer-tube diameter proportion and the flange-towall-thickness ratio. In continuation of this work the present paper focuses on a systematic mapping of the optimal preform design in order to allow an establishment of actual preform design rules for the injection forging of tubular components for a whole range of parameter combinations. The analysis builds on a comprehensive finite element analysis in conjunction with experimental tests in aluminium performed for strategically important parameter combinations in order to support the theoretically established formability limit diagrams.     

大型带法兰封头热成形开裂部位的空穴扩张比预测

以大型带法兰封头的热成形工艺Deform-3D软件模拟过程为研究对象,从细观力学和塑性力学角度出发,将空穴扩张比理论与有限元方法相结合,利用损伤力学的空穴扩张比理论,计算了成形中封头易开裂部位的空穴扩张比,对易开裂部位进行了粗略的定性预测,同时还考虑锻造温度、变形速度和摩擦因子对空穴扩张比的影响。结果表明,大型带法兰封头成形的易开裂部位是在半球形外表面,在有效范围内,变形温度高,变形速度低,润滑条件好,材料的空穴扩张比就较小,材料就越不容易开裂。     

单榫头叶片叶身精锻成形规律

利用自行开发的叶片锻造过程三维刚粘塑性有限元模拟系统对单榫头叶片精锻过程进行了模拟分析,揭示了其叶身精锻成形规律,并以塑泥为模拟材料,采用物理模拟的方法对其进行了试验验证。三维有限元数值模拟结果与物理模拟结果的良好吻合表明了单榫头叶片精锻过程三维数值模拟结果的可靠性。该研究对叶片精锻过程的预成形毛坯的优化设计具有重要的指导意义。     

长钢管的大变形量镦粗工艺及模具设计

针对长钢管大变形量镦压加工难等问题,开展了镦压工艺计算与设计,建立了钢管的高径比、镦压变形量与镦压质量之间的关系。在镦压工艺和模具设计上对坯料可能产生的失稳和制品内、外径保证问题进行了评价,并进行了镦压试验,提出了解决因长钢管大变形量镦压而导致失稳倾向和制品易折叠的镦压加工方法,规定了模具工作过程及注意事项。研究结果表明,长钢管接受镦压加工时,若其高径比和镦压总变形量大大超过镦压加工规范时,采取两次镦压、在毛坯内径中加装芯棒和在外径外部设计模圈及对坯料进行酸洗、磷化、浸涂固体润滑剂等技术,可以有效地解决长钢管大变形量镦压加工难的问题。     

Flange forming with combined blanking and extrusion process on sheet metals by FEM and experiments

Flange height and lip thickness are generally restricted by the formability of sheet metals in the conventional forming operation. Fracture can easily occur on the edge of the flange, causing it to fold and affecting the sustainability of the application of flange. In the current work, combined blanking and cold extrusion process is applied to manufacture component with the aim to obtain the substantial flange suitable for subsequent assembly with its counterparts. Meanwhile, FEM software DEFORM is utilized to simulate this process and to reveal the deforming features of the combined process and the accuracy of the simulation is experimentally verified. Both the results of simulation and experiment prove that fracture of flange forming mainly occurs in the cutting edge of punch die, which can be predicted by FEM simulation and can be eliminated or avoided by the three following methods: (1) the punch die is modified in the rounded corner of the die as a chamfer connecting the rounded corner and the punch head in an attempt to reduce the flow resistance of the raw material and solve the fracture problem. (2) Sufficient counter-pressure should be applied to bring about the hydrostatic pressure, causing the shear zone to become compressive (negative), and this leads to improvement of ductility of the sheet metals and can restrain fracturing. (3) Suitable combination of blanking and extrusion process should be arranged. Finally, the high-quality components are successfully manufactured through experiment, which confirms that the result of FEM simulation is correct and lays a technical foundation for the design of combined blanking and cold extrusion process on sheet metals.