TC4钛合金锥形环热辗轧应变及温度场对轧辊尺寸的响应规律

 提出采用等效半径来描述锥形轧辊(驱动辊和芯辊)及锥形环坯的呈线性变化的径向尺寸,进而建立了确定锥形环件辗轧关键工艺参数合理范围的方法。基于ABAQUS软件平台,研究建立了TC4钛合金锥形环热辗轧三维热力耦合有限元模型,进而模拟阐明了TC4钛合金锥形环热辗轧过程应变及温度场对轧辊尺寸(等效半径)的响应规律与机理。主要结果表明:随着驱动辊等效半径增大,环件内侧等效塑性应变及温度明显增大,环件温度分布越均匀;随着芯辊等效半径增大,环件内侧等效塑性应变及温度明显减小,温度分布越不均匀;驱动辊和芯辊各存在一个最佳的等效半径,使得环件应变分布最均匀。     

TA15钛合金环件径轴向辗轧成形全过程组织演变模拟

钛合金环件径轴向辗轧成形制造全过程通常包含加热环坯转移、辗轧成形及轧制环件冷却3个阶段,而每个阶段都将对最终环件的微观组织产生重要影响。因此,研究阐明钛合金材料在该成形制造全过程的微观组织演变特征与规律,对控制环件最终的组织和性能至关重要。以TA15钛合金环件径轴向辗轧为研究对象,首先阐明了TA15钛合金在上述各阶段的微观组织演变机制与演变模型,进而基于ABAQUS软件平台,建立了TA15钛合金环件径轴向辗轧成形制造全过程的宏微观耦合有限元(FE)模型。通过大量模拟研究表明:加热环坯转移阶段促使初生α相的体积分数增加,晶粒尺寸略微增大;辗轧成形阶段一定程度上细化了初生α相晶粒尺寸,而对初生α相体积分数影响不明显;轧制环件冷却阶段会使初生α相体积分数明显增加,晶粒尺寸增大。     

金属结构件等温成形过程金属流动规律与充填性的物理模拟

通过对具有不同高宽比,并有Z、Ч、H字形断面形状的钛合金高筋薄腹板框结构件的等温成形过程进行物理模拟,发现:无论成形件是何种截面、何种形状毛坯,其充填型槽的能力均随变形量的增大而增大;金属向凸弧方向、宽型腔处的流动速度快于向凹弧方向、窄型腔处;毛坯形状应符合各部位所需金属量与转移路程最短的原则设计;用铝合金模拟钛合金等温成形可较为真实地反映出钛合金等温成形时的流动和充填能力.     

FGH96合金包覆挤压过程数值模拟

采用有限元数值模拟与正交设计相结合的方法对热等静压态FGH96合金包覆挤压过程进行了数值模拟,系统分析了模具模角、工作带长度、入口圆角半径等模具关键结构参数对包覆层完整性、芯料挤压比和成形载荷的影响规律。确定了模具结构参数的最佳组合。结果表明:随着模角的减小、工作带长度的缩短和入口圆角半径的增大,有利于提高包覆层安全性,增大芯料挤压比。     

复杂曲面成形

某型发动机环形燃烧室组件中,复杂曲面的冲压件转接段如图1所示。它是采用高温合金板材GH140-δ1.5制成。在燃烧环腔体前部均匀排列着10个椭锥形进气口,进气口内外腔体壁上交错排列有四排渗合槽口。转接段的结构形状极为复杂,工艺成形难度很大。此曲面具有环槽轴对称复杂形腔结构件的特征,一般可有两种成形工艺方案。其一是采用平板圆毛坯,经拉深成筒形件,再反向拉深成环槽形件和最终成形,工序如图2所示。其二是采用带中心孔的平板圆环毛坯,经初成形和     

TC2薄壁钣金异型环快速制造工艺

对某种柔性的薄壁TC2钛合金异型环,传统的制造工艺由下料、拼焊、成形、机械加工、表面处理等工序组成。针对该工艺流程繁复、制造成本高的问题,提出一种不用成形的快速制造方法。该方法利用异形环平直母线可精确展开的特征,对其不同半径的锥面逐步展开后合理叠加成精确的展开图形,依图形下料并对焊成环。此方法仅需下料和焊接,无需成形和机械加工,流程简单,为该类零件的低成本、快速制造提供了新途径。     

TA15钛合金超薄中空四层结构超塑成形/扩散连接一体化成形及精度控制

本文采用TA15钛合金热轧薄板作为原材料,探究超薄中空四层结构的超塑成形/扩散连接工艺。首先通过高温拉伸试验对TA15钛合金的超塑变形行为进行研究,获得了超塑成形过程的应力–应变曲线。然后通过有限元软件对薄壁横向局部贯通四层纵筋结构的超塑成形过程进行模拟,对成形过程中壁厚减薄、应力分布等行为进行研究,为后续超塑成形/扩散连接试验提供有效指导。最终成功制备了芯板直立筋良好、三角区宽度仅0.9 mm的超薄中空四层结构,其中面板最大减薄率为18.6%,芯板最大减薄率为55.1%,芯板与面板之间扩散连接区域的焊合率为92.1%～98.5%。TA15钛合金板材的原始显微组织晶粒细小破碎且呈等轴状,平均晶粒尺寸小于5μm,经长时间的超塑变形与热暴露后晶粒显著长大。     

复杂薄壁件多道次充液复合成形及变形量确定

针对大拉深比、阶梯锥形的航空发动机隔热罩薄壁件,基于塑性力学方法分析了其充液拉深的变形规律,并在此基础上提出了多道次充液复合成形方法,设计了等裕量函数法以快速、合理地确定各道次变形量的分配。通过数值模拟和工艺试验,研究了关键变形量——预成形高度对成形结果的影响规律,探讨了成形过程中起皱、破裂的失效形式。结果表明,提出的工艺方法可实现复杂薄壁隔热罩构件的整体精确成形,选择适当的预成形高度可获得壁厚均匀、成形质量较好的零件。     

Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金板材超塑成形组织及性能研究

分别采用最大m值法和恒应变速率法对Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金(SP700钛合金)板材进行超塑拉伸,研究了755~785℃、0.1~0.005s-1及不同方向的单向条件下其超塑拉伸变形行为和典型件的超塑成形行为及力学性能。结果表明:SP700钛合金具有优异的低温超塑性,采用最大m值法在45°方向、775℃变形后,获得3110%的最高延伸率,变形诱发晶粒长大使SP700钛合金抵抗颈缩的能力增加。受双向拉应力作用的锥形件,在755℃具有最优的超塑成形工艺性,锥形件高度可达到100mm,并且晶粒尺寸无明显变化。经33%超塑变形量的试样室温力学性能略高于无变形试样,其室温抗拉强度和延伸率平均值分别达到1027MPa和16.8%。     

TB5钛合金薄板微观组织与弯曲性能关系研究

TB5钛合金板材具有优良的冷成形性能,适于成形中等复杂的航空航天用板材零件,但存在板材定形性差、成形后回弹大等问题。本文以TB5钛合金板材的冷成形为背景,探讨了TB5钛合金板材组织在弯曲变形过程中的变形行为及其微结构和成形性能的演变规律。结果表明,随着板材弯曲角度的增大或弯曲半径的减小,板材弯曲回弹角与中心变形处晶粒面积和晶粒横纵比正相关;板材中心变形处硬度和中心变形处晶粒面积正相关,与中心变形处晶粒横纵比负相关。     

GH4169合金异形环件轧制过程的最优主辊转速

合理的主辊转速是保证异形环件顺利轧制的重要因素.基于ABAQUS/Explicit显式算法建立了异形环件轧制过程的三维有限元模型,系统分析了主辊转速对异形环件轧制过程及其热力参数分布的影响规律,并进行了GH4169合金压气机机匣试验验证.结果表明:当主辊转速较大时,环件发生明显的轴向收缩现象;当主辊转速较小时,轴向收缩...     

An innovative constraining ring rolling process for manufacturing conical rings with thin sterna and high ribs

Conical rings with thin sterna and high ribs (CRTSHR) are key bearing-load parts of aerospace equipment, which are required to be manufactured with high performance and efficiency. Traditional ring rolling is the most preferred method for manufacturing high-performance ring parts, but it can hardly achieve the forming of CRTSHR due to the extreme geometry of CRTSHR. To solve this difficulty, an innovative constraining ring rolling process (CRR) is proposed in this paper to manufacture CRTSHR. To evaluate the proposed CRR and reveal its deformation behaviors, a thermomechanical coupled FE model for CRR of CRTSHR is established. Then, the experiment for CRR of CRTSHR is performed on a modified ring rolling machine, which proves that CRR of CRTSHR is feasible and the established FE model is reliable. Based on the reliable FE model, the metal flow mode in deformed CRTSHR is analyzed, and the deformation characteristics such as the stress state, strain distribution and the evolution of power parameters in CRR of CRTSHR are revealed. Finally, the influences of key parameters such as the friction factor between ring and molds, the diameter of idle roll and the feed velocity of idle roll on CRR of CRTSHR are investigated by FE simulation.     

套圈变形诱发的薄壁角接触球轴承摩擦特性

针对薄壁轴承在制造、安装过程中套圈变形引起的轴承摩擦力矩变化机理不明的问题,基于滚动轴承动力学理论,构建了计入套圈变形时变表征的薄壁角接触球轴承动力学分析模型与摩擦力矩数学模型,研究了套圈沟曲率半径、变形相位角、半幅值及工况条件对轴承摩擦特性的影响规律。结果表明：沟曲率半径系数对轴承摩擦力矩的影响随转速临界值变化而发生改变,该转速值在计入套圈变形时较理想套圈会出现超前或滞后。优化配置套圈变形相位角可降低变形对摩擦力矩的作用。载荷比会影响形成轴承摩擦力矩最小的套圈变形相位角,其对套圈两瓣波相位角变化的影响小于三瓣波变形。合理控制套圈变形半振幅可降低对轴承摩擦力矩波动性的影响。     

双列角接触球轴承的免疫算法优化设计

建立了双列角接触球轴承结构优化的数学模型,用免疫优化算法,分别以额定动载荷、额定静载荷和两者的加权和为目标函数进行轴承结构的优化设计.设计变量包括每列的钢球数、钢球直径、内滚道沟曲率半径系数、外滚道沟曲率半径系数和轴承节圆直径.并对比分析了遗传算法与免疫算法的优化结果.免疫算法可以有效实现优化设计,与轴承手册标准值相比,优化后的3210和3218轴承的额定动载荷和额定静载荷都提高了60%以上.      

辊筒模具超精密加工机床几何误差建模及其补偿策略研究

本文以超精密模辊机床为研究载体,将具有代表性的环槽微结构阵列作为研究对象。通过多体系统理论以及齐次坐标变换的方法建立机床的几何误差模型从而得到几何误差对环槽微结构阵列的影响,并用激光干涉仪对几何误差分量进行了测量。在进行数据处理后提出了一种补偿方法使环槽微结构的加工质量得到了改善。     

铝合金盘型件等温辗压过程中晶粒尺寸演化的数值模拟与实验验证

 为了揭示盘型件双面辗压成形过程中微观组织的演化特征,应用数值模拟方法研究了这一成形过程中所发生的动态再结晶和晶粒长大规律.所研究的盘型件材料为铝合金6061,辗压成形温度为350~500 ℃.晶粒尺寸演化规律的数值模拟结果与实验结果基本符合.与整体锻造不同,双面辗压成形没有变形死区,并且越靠近盘型件表面晶粒细化效果越好;辗压头通过对盘型件厚度方向压缩和表面环向剪切两种方式驱动盘型件变形.计算结果表明,即使压下量零增量辗压也会在沟槽附近产生显著变形和晶粒细化,这说明盘型件变形和组织演化主要源于辗压头对盘型件表面的环向剪切;多遍次辗压过程中,第1遍次辗压对晶粒细化的贡献最大,后续辗压的贡献较小;提高成形温度可能会出现动态晶粒长大区,在这种情况下,盘型件上的点将交替发生动态再结晶和动态晶粒长大,最终晶粒尺寸会有一定程度增加.     

Optimization on cooperative feed strategy for radial–axial ring rolling process of Inco718 alloy by RSM and FEM

During radial–axial ring rolling process,cooperative strategy of the radial–axial feed is critical for dimensional accuracy and thermo mechanical parameters distribution of the formed ring.In order to improve the comprehensive quality of the ring parts,response surface method(RSM) is employed for the first time to optimize the cooperative feed strategy for radial–axial ring rolling process by combining it with an improved and verified 3D coupled thermo-mechanical finite element model.The feed trajectory is put forward to describe cooperative relationship of the radial–axial feed and three variables are designed based on the feed trajectory.In order to achieve multiobjective optimization,four responses including thermo mechanical parameters distribution and rolling force are proposed.Based on the FEM results,RSM is used to establish a response model to depict the function relationship between the objective response and design variables.Through this approximate model,effects of different variables on ring rolling process are analyzed connectedly and optimal feed strategy is obtained by resorting to the optimal chart specific to a constraint condition.     

Design of an innovative multi-stage forming process for a complex aeronautical thin-walled part with very small radii

In this paper, an aeronautical thin-walled part with a complex geometry which has several sharp bends and curvatures in different directions was investigated. This kind of part is difficult to be manufactured only in one stage. Therefore, an innovative multi-stage active hydroforming process assisted by the rigid forming method was designed. In addition, an optimized blank geometry is obtained. In fact, the main focused point of this paper is to propose a new small radius rounded corner forming technique and analyze the mechanism. Two kinds of forming modes of changing a big rounded corner into a small one, which are related to different tangential positions of the die in the process of calibration, are analyzed theoretically. Meanwhile, the stress and strain states of the deformation region are compared. The relationships between the minimum relative radii of rounded corners I and II in the first stage and the hydraulic pressure are calculated by the bending theory. Finally, the influences of the tensile-bulging effect and the interface condition of the double-layer sheet on the forming quality of the specimen are investigated. The achieved results can make a foundation for utilizing the proposed method in forming of thin-walled parts with very small radii.     

双列调心滚子轴承摩擦力矩的特性

基于滚动轴承的动力学理论，建立了双列调心滚子轴承动力学微分方程与摩擦力矩数学模型，采用预估-校正GSTIFF(gear stiff)变步长积分算法求解其动力学微分方程，研究了结构参数和工况参数对双列调心滚子轴承摩擦力矩特性的影响。研究结果表明:较小的内滚道密合度与较大的外滚道密合度有利于降低轴承的摩擦力矩；过大、过小的保持架兜孔曲率半径都不利于轴承摩擦力矩的降低，存在一个合理的保持架兜孔曲率半径使轴承摩擦力矩最小；保持架兜孔间隙对轴承的摩擦力矩影响较小，适当增大保持架引导间隙可有效减小轴承的摩擦力矩；适量的增大双列调心滚子轴承径向游隙有利于降低轴承的摩擦力矩。