矩形截面工件径向锻造工艺分析与优化设计
发布时间：2021-03-09 09:04
径向锻造成形技术是一种先进的锻造成形方法,金属材料在变形过程中受到三向压应力作用,发生坯料截面缩小轴向伸长的变化。径向锻造具有锻件表面质量好、尺寸精度高、较高的材料利用率以及成形效率高等优点。目前的研究主要是圆截面件的径向锻造,关于矩形截面件很少。而矩形截面件径向锻造工艺过程复杂,针对矩形截面件径向锻造连续送进锻造过程,没有提出解析模型对工艺过程进行分析,也没有针对工艺优化的锻造载荷、锻件质量提出合适的解析模型,而且没有一个合理的优化方案对径向锻造进行工艺规划。针对这些问题,本文主要研究内容如下:首先,根据有限元分析矩形截面件径向锻造连续送进过程的材料流动特点,建立一种基于锤头单次压下过程的上限模型求解径向锻造过程,有限元结果验证了上限模型。同时上限模型结果表明,减小压下率、送进率、摩擦因子,合理的模角可以降低锻造载荷;减小压下率、送进率可以减小最后锻件宽展,采用压下率过量补偿的方法来保证锻件尺寸形状;减小摩擦因子,增大压下率和送进率,设计合适的模角可以提高锻件成形效率。然后,针对矩形截面件径向锻造锻件质量、锻造载荷和锻造功率提出合理的解析模型,误差均在10%左右。根据径向锻造变形特点...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
件径向锻造简图
上海交通大学硕士学位论文330SiMn2MoVA管件径向锻造过程，研究了径向压下率、轴向送进速度、锤头模角、摩擦因子等参数对锻造载荷的影响规律。J.Domblesky等[14]建立一个适用于大直径管类件径向锻造过程的刚粘塑性有限元模型，研究了管类件内部的应变、应变率以及温度场分布的变化规律。总之，采用有限元模拟的方法可以比主应力法、切块法和上限法等解析方法处理锻造条件更复杂的情况，同时针对整个锻造过程可以获得更精确和更丰富的分析数据。但是由于有限元法计算量较大，因而对于多道次的径向锻造过程模拟，有限元的应用显得十分有限。1.1.2锻件质量研究随着对锻件质量要求的提高，目前的的研究主要集中在径向锻造质量控制研究，主要针对在锻透性、应力应变分布、锻件破裂等缺陷、力学性能参数研究等五个方面。1、锻透性研究锻透性是指锻造成形时金属材料变形沿径向所渗透的深度，锻透性主要与径向压下量、轴向送进量、摩擦因子坯料材料等因素有关。针对铸件锻造过程，锻透性作为锻件质量的重要指标，而目前没有建立一个统一适用的锻透性评判准则，研究锻透性的主要方法如下：（1）经验三角形法则经验三角形法则是用来预测锻件锻透性最简单有效的方法，而且三角形法则可以比较保守地判断锻件锻透性。三角形法则是以锻锤与坯料最大接触长度为斜边，沿坯料内部作等腰直角三角形如下图1-2所示的，根据三角形的位置来判断是否锻透。当顶点落在或超过坯料中心轴线，则可认为锻件被锻透，否则未被锻透。栾谦聪等[15]提出了同时考虑预成形段与整形段接触区长度来改进经验三角形法则，研究了径向压下率和轴向送进率对锻透率的影响。图1-2圆轴径向锻造三角形法则[15]Fig.1-2Triangleruleofcircularradialforging
上海交通大学硕士学位论文112.2上限模型2.2.1动可容速度场考虑到载荷以及坯料和锤头形状尺寸的对称性，仅以坯料横截面1/4模型为研究对象。如上图2-2所示，整个锻件划分成八个区域，其中Ⅰ、Ⅲ、Ⅵ、Ⅷ简化成刚性区，Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ是塑性变形区，我们假设的速度场就主要是针对这四个塑性区内的速度常而阴影部分是两对锤头锻压的接触面，竖直方向的运动是凸锤头1，锤头接触的位置分别是Ⅳ、Ⅴ的阴影面积，横向的运动是凹锤头2，锤头接触的位置分别是Ⅱ、Ⅶ的阴影面积。同时为了方便建立速度场，对整个锻件建立了绝对坐标系，而对于每个塑性区分别建立局域坐标系。假设中间凸锤头1，竖直方向运动速度是1，而两端凹锤头锤头2横向运动速度是2。图2-2锻件变形区域划分示意图Fig.2-2SchematicrepresentationofthethreedimensionalUBMmodel（1）区域Ⅰ由于锻件左侧有固定挡块阻挡，而区域Ⅰ是一个刚性区。考虑到x方向的速度连续性假设最侧区域边界初速度=0速度常（2）区域Ⅱ如下图2-3所示，虽然锤头2端部有圆角且平砧面带有微小的斜度，但是为了简化计算，我们把整个锤头看成平锤头，并基于此假设建立均匀的速度场，即平直的边界压缩后仍保持平直：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于T-S模糊神经网络和田口法的热径向锻造端部凹坑预测[J]. 王碧凝,王新宝,周亚宁,刘强,董湘怀. 锻压技术. 2018(05)
[2]矩形截面锻件的径向锻造力与展宽[J]. 杨箫,董湘怀,周亚宁,刘强. 锻压技术. 2017(05)
[3]18MN径锻机锻制GH901台阶轴工艺优化研究[J]. 付正刚,谢炜. 特钢技术. 2015(04)
[4]径向压下率与送进率对径向锻造工件质量的影响[J]. 余琼,董湘怀,吴云剑. 锻压技术. 2015(08)
[5]四砧径向锻造工艺研究[J]. 曹明,韩笑宇,栗文锋. 大型铸锻件. 2015(04)
[6]基于经验法则的锻透深度计算公式推导与验证[J]. 栾谦聪,董湘怀,吴云剑. 模具技术. 2013(03)
[7]身管冷径向锻造残余应力的模拟研究[J]. 刘力力,樊黎霞,徐诚. 兵工学报. 2012(11)
[8]盲孔法测定径向锻造身管表面残余应力方法研究[J]. 刘力力,樊黎霞,董雪花. 兵工学报. 2012(06)
[9]台阶轴径向锻造锤头数对锻透性和生产率的影响[J]. 周旭东,刘香茹. 锻压技术. 2011(04)
[10]身管线膛精锻加工过程的数值分析[J]. 樊黎霞,刘力力,刘庆东,董雪花. 兵工学报. 2009(08)
博士论文
[1]圆截面实心坯料冷径向锻造工艺的上限法解析[D]. 吴云剑.上海交通大学 2017
硕士论文
[1]Φ600mm圆坯锻件的径向锻造工艺优化及微观组织模拟[D]. 马艳丰.燕山大学 2017
[2]不同锤头和进给量对径向锻造高速钢M2碳化物的影响[D]. 张建.河北科技大学 2012
[3]锻件内部空洞缺陷闭合的研究[D]. 王勇.沈阳理工大学 2008
本文编号：3072625
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
件径向锻造简图
上海交通大学硕士学位论文330SiMn2MoVA管件径向锻造过程，研究了径向压下率、轴向送进速度、锤头模角、摩擦因子等参数对锻造载荷的影响规律。J.Domblesky等[14]建立一个适用于大直径管类件径向锻造过程的刚粘塑性有限元模型，研究了管类件内部的应变、应变率以及温度场分布的变化规律。总之，采用有限元模拟的方法可以比主应力法、切块法和上限法等解析方法处理锻造条件更复杂的情况，同时针对整个锻造过程可以获得更精确和更丰富的分析数据。但是由于有限元法计算量较大，因而对于多道次的径向锻造过程模拟，有限元的应用显得十分有限。1.1.2锻件质量研究随着对锻件质量要求的提高，目前的的研究主要集中在径向锻造质量控制研究，主要针对在锻透性、应力应变分布、锻件破裂等缺陷、力学性能参数研究等五个方面。1、锻透性研究锻透性是指锻造成形时金属材料变形沿径向所渗透的深度，锻透性主要与径向压下量、轴向送进量、摩擦因子坯料材料等因素有关。针对铸件锻造过程，锻透性作为锻件质量的重要指标，而目前没有建立一个统一适用的锻透性评判准则，研究锻透性的主要方法如下：（1）经验三角形法则经验三角形法则是用来预测锻件锻透性最简单有效的方法，而且三角形法则可以比较保守地判断锻件锻透性。三角形法则是以锻锤与坯料最大接触长度为斜边，沿坯料内部作等腰直角三角形如下图1-2所示的，根据三角形的位置来判断是否锻透。当顶点落在或超过坯料中心轴线，则可认为锻件被锻透，否则未被锻透。栾谦聪等[15]提出了同时考虑预成形段与整形段接触区长度来改进经验三角形法则，研究了径向压下率和轴向送进率对锻透率的影响。图1-2圆轴径向锻造三角形法则[15]Fig.1-2Triangleruleofcircularradialforging
上海交通大学硕士学位论文112.2上限模型2.2.1动可容速度场考虑到载荷以及坯料和锤头形状尺寸的对称性，仅以坯料横截面1/4模型为研究对象。如上图2-2所示，整个锻件划分成八个区域，其中Ⅰ、Ⅲ、Ⅵ、Ⅷ简化成刚性区，Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ是塑性变形区，我们假设的速度场就主要是针对这四个塑性区内的速度常而阴影部分是两对锤头锻压的接触面，竖直方向的运动是凸锤头1，锤头接触的位置分别是Ⅳ、Ⅴ的阴影面积，横向的运动是凹锤头2，锤头接触的位置分别是Ⅱ、Ⅶ的阴影面积。同时为了方便建立速度场，对整个锻件建立了绝对坐标系，而对于每个塑性区分别建立局域坐标系。假设中间凸锤头1，竖直方向运动速度是1，而两端凹锤头锤头2横向运动速度是2。图2-2锻件变形区域划分示意图Fig.2-2SchematicrepresentationofthethreedimensionalUBMmodel（1）区域Ⅰ由于锻件左侧有固定挡块阻挡，而区域Ⅰ是一个刚性区。考虑到x方向的速度连续性假设最侧区域边界初速度=0速度常（2）区域Ⅱ如下图2-3所示，虽然锤头2端部有圆角且平砧面带有微小的斜度，但是为了简化计算，我们把整个锤头看成平锤头，并基于此假设建立均匀的速度场，即平直的边界压缩后仍保持平直：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于T-S模糊神经网络和田口法的热径向锻造端部凹坑预测[J]. 王碧凝,王新宝,周亚宁,刘强,董湘怀. 锻压技术. 2018(05)
[2]矩形截面锻件的径向锻造力与展宽[J]. 杨箫,董湘怀,周亚宁,刘强. 锻压技术. 2017(05)
[3]18MN径锻机锻制GH901台阶轴工艺优化研究[J]. 付正刚,谢炜. 特钢技术. 2015(04)
[4]径向压下率与送进率对径向锻造工件质量的影响[J]. 余琼,董湘怀,吴云剑. 锻压技术. 2015(08)
[5]四砧径向锻造工艺研究[J]. 曹明,韩笑宇,栗文锋. 大型铸锻件. 2015(04)
[6]基于经验法则的锻透深度计算公式推导与验证[J]. 栾谦聪,董湘怀,吴云剑. 模具技术. 2013(03)
[7]身管冷径向锻造残余应力的模拟研究[J]. 刘力力,樊黎霞,徐诚. 兵工学报. 2012(11)
[8]盲孔法测定径向锻造身管表面残余应力方法研究[J]. 刘力力,樊黎霞,董雪花. 兵工学报. 2012(06)
[9]台阶轴径向锻造锤头数对锻透性和生产率的影响[J]. 周旭东,刘香茹. 锻压技术. 2011(04)
[10]身管线膛精锻加工过程的数值分析[J]. 樊黎霞,刘力力,刘庆东,董雪花. 兵工学报. 2009(08)
博士论文
[1]圆截面实心坯料冷径向锻造工艺的上限法解析[D]. 吴云剑.上海交通大学 2017
硕士论文
[1]Φ600mm圆坯锻件的径向锻造工艺优化及微观组织模拟[D]. 马艳丰.燕山大学 2017
[2]不同锤头和进给量对径向锻造高速钢M2碳化物的影响[D]. 张建.河北科技大学 2012
[3]锻件内部空洞缺陷闭合的研究[D]. 王勇.沈阳理工大学 2008
本文编号：3072625
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