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齿轮精密塑性成形理论技术装备研究与应用

塑性工程学报 2024年第4期31卷 56-73页

作者：华林冯玮韩星会庄武豪武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室湖北武汉430070 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室湖北武汉430070 武汉理工大学材料科学与工程学院湖北武汉430070

齿轮是传动系统的核心基础件,被广泛应用于机械、汽车、航空航天装备等领域。齿轮传统制造技术为切削加工,其材料利用率低、加工周期长,特别是金属流线切断,损害齿轮性能,无法满足高端装备发展需求。齿轮精密塑性成形制造技术具有节能... 详细信息

齿轮是传动系统的核心基础件,被广泛应用于机械、汽车、航空航天装备等领域。齿轮传统制造技术为切削加工,其材料利用率低、加工周期长,特别是金属流线切断,损害齿轮性能,无法满足高端装备发展需求。齿轮精密塑性成形制造技术具有节能、节材、高效和优质等特点,是高性能齿轮技术发展方向。阐述了齿轮精密塑性成形理论方法,分析了国内外圆锥直齿轮、圆柱直齿轮和圆柱螺旋/斜齿轮精密成形技术特点;介绍了齿轮精密成形典型装备及产线,总结了齿轮无切削摆辗精密成形和锻造精密成形应用情况。此外,展示了圆锥螺旋齿轮多自由度包络成形和非圆齿轮锻造成形新方法,为高性能齿轮无切削成形制造技术装备研究与应用提供了参考。

关键词：齿轮精密塑性成形精密成形理论精密成形技术精密成形装备

圆盘件镦粗成形过程中摩擦模型对接触区分布的影响

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锻压技术 2023年第10期48卷 215-221页

作者：陈慧冯玮庄武豪武汉理工大学材料科学与工程学院湖北武汉430070 湖北省材料绿色精密成形工程技术研究中心湖北武汉430070 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室湖北武汉430070

针对圆盘件镦粗成形过程中,接触区不同区域在不同变形程度下的摩擦剪切应力变化复杂的情况,研究了适合于圆盘件锻粗成形的摩擦模型,建立了初始径厚比为5的圆盘件镦粗成形有限元模型,分析了不同摩擦模型在不同变形程度下接触区的分布特... 详细信息

针对圆盘件镦粗成形过程中,接触区不同区域在不同变形程度下的摩擦剪切应力变化复杂的情况,研究了适合于圆盘件锻粗成形的摩擦模型,建立了初始径厚比为5的圆盘件镦粗成形有限元模型,分析了不同摩擦模型在不同变形程度下接触区的分布特点以及制动区半径的变化特点,并与计算结果进行了比较,开展了相关工艺实验验证。结果表明:在圆盘件镦粗成形中,随着变形程度的增加,接触区分布随径厚比的变化而变化,采用修正混合摩擦模型预测的制动区半径变化特点与理论值更接近,其预测精度较高。研究结果为圆盘件塑性成形有限元模拟中摩擦边界条件的设置提供了指导。

关键词：镦粗成形接触区圆盘件变形程度摩擦模型

高筋薄板构件多自由度摆动辗压成形规律与工艺研究

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中国机械工程 2023年第4期34卷 464-474页

作者：陈仲宝韩星会庄武豪胡亚雄陈铭章现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 武汉理工大学汽车工程学院武汉430070

高筋薄板构件多自由度摆动辗压成形过程中金属流动十分复杂,导致高筋薄板构件筋高分布十分不均匀。根据双偏心套型摆动辗压机运动原理,探究摆动模做圆轨迹和螺旋线轨迹运动时摆动模与坯料的接触模式演化规律,提出了接触区形状数学计算... 详细信息

高筋薄板构件多自由度摆动辗压成形过程中金属流动十分复杂,导致高筋薄板构件筋高分布十分不均匀。根据双偏心套型摆动辗压机运动原理,探究摆动模做圆轨迹和螺旋线轨迹运动时摆动模与坯料的接触模式演化规律,提出了接触区形状数学计算方法。采用有限元模拟仿真技术揭示摆动模做圆轨迹和螺旋线轨迹运动时高筋薄板构件摆动辗压成形金属流动规律以及高筋生长规律,阐明摆动模运动、接触区变化、金属流动和高筋生长之间的关联关系。在此基础上,开展高筋薄板构件摆动辗压成形工艺试验,实现高筋薄板构件摆动辗压成形。研究结果表明,相比圆轨迹运动,摆动模做螺旋线轨迹运动能够减弱金属径向和切向流动,增强金属轴向流动能力,从而有效提高高筋薄板构件摆动碾压成形过程中金属轴向流动的均匀性,获得筋高分布均匀的高筋薄板构件。

关键词：摆动辗压成形高筋薄板构件接触区形状金属流动规律

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薄壁高筋框体多自由度摆动辗压塑性成形规律

锻压技术 2023年第2期48卷 118-125页

作者：柴聪韩星会庄武豪武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室湖北武汉430070

为了满足薄壁高筋框体高性能、高效率的制造要求,提出了通过摆动模成形高筋型面,以及采用多台阶飞边结构来约束金属流动的方法,并通过有限元仿真揭示了薄壁高筋框体摆动辗压过程中等效应力、等效应变、温度和载荷的演化规律。结果表明:... 详细信息

为了满足薄壁高筋框体高性能、高效率的制造要求,提出了通过摆动模成形高筋型面,以及采用多台阶飞边结构来约束金属流动的方法,并通过有限元仿真揭示了薄壁高筋框体摆动辗压过程中等效应力、等效应变、温度和载荷的演化规律。结果表明:接触区内金属的等效应力明显大于非接触区,高筋与底板转角区域的等效应力相对较大、等效应变呈阶梯式上升趋势,高筋区域的等效应变明显大于底板区域,并且从高筋顶端至高筋底端逐渐增大;薄板坯温度整体呈降低趋势,高筋与底板转角区域的温度明显高于其他区域;载荷呈周期性波动,摆动模辗压长边与短边交汇的转角区域时载荷相对较大、辗压长边区域时载荷较小。研究结果为实现薄壁高筋框体多自由度摆动辗压塑性变形过程的精确控制提供了理论依据。

关键词：薄壁高筋框体摆动辗压塑性变形金属流动多台阶飞边结构

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弯头与三通管接头分模锻造成形规律研究

弯头与三通管接头分模锻造成形规律研究

作者：庄武豪武汉理工大学

学位级别：硕士

管接头是管道系统中重要的连接件。在石油、化工、核电以及航空航天等行业中，管接头不仅用量大，而且对其性能要求苛刻，因此需要通过锻造工艺成形该类管接头。目前对于锻制管接头，通常首先采用普通热模锻、胎模锻或者自由锻成实心锻... 详细信息

管接头是管道系统中重要的连接件。在石油、化工、核电以及航空航天等行业中，管接头不仅用量大，而且对其性能要求苛刻，因此需要通过锻造工艺成形该类管接头。目前对于锻制管接头，通常首先采用普通热模锻、胎模锻或者自由锻成实心锻件，再通过机械加工获得内孔甚至外形尺寸。对于上述工艺，由于机械切削量大，不仅材料利用率低，而且生产效率低;同时切削加工破坏了锻件的金属流线，明显削弱了管接头的机械性能。此外，上述成形工艺的耗能高，环境污染严重，无法满足我国当前对工业领域提出的节能节材和低碳制造的要求。分模锻造工艺，特别是多向模锻工艺（典型的分模锻造工艺），特别适用于外形复杂且带有孔型的产品，能够获得形状尺寸尽可能接近零件尺寸的锻件，从而实现近净成形，因此非常适用于管接头类零件的成形。本文首先通过有限元模拟的研究方法，建立了承插弯头分模锻造成形的热力耦合模型，分析了其成形过程中金属流动、等效应变、温度和力能参数的变化规律;揭示了坯料高径比、主冲头进给速度、坯料初始温度和摩擦因子对应变、温度和力能参数的影响规律，并对比分析了不同的冲头运动路径对金属流动、等效应变、温度和力能参数的影响规律。其次，通过有限元模拟的研究方法，建立了等径三通管接头多向模锻成形的热力耦合模型，分析了不同的冲头运动路径对金属流动、等效应变、温度和力能参数的影响规律。最后，在有限元模拟的基础上，设计工艺试验方案，在普通锻压设备上实现承插弯头分模锻造成形和等径三通管接头多向模锻成形，验证了有限元模拟的准确性，得到了合格的锻件。通过本文的分析与研究，能够为承插弯头分模锻造成形工艺以及等径三通管接头多向模锻成形工艺的研究与推广提供理论和技术支持，同时也能够为促进分模锻造工艺的技术提升与应用推广提供理论基础和依据。

关键词：管接头分模锻造多向模锻模具结构有限元分析试验分析成形规律

Homogeneity of microstructure and Vickers hardness in cold closed-die forged spur-bevel gear of 20Cr Mn Ti alloy

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Journal of Central South University 2015年第5期22卷 1595-1605页

作者：董丽颖兰箭庄武豪 School of Materials Science and Engineering Wuhan University of Technology School of Automotive Engineering Hubei Key Laboratory of Advanced Technology of Automotive PartsWuhan University of Technology

Cold closed-die forging is a suitable process to produce spur-bevel gears due to its advantages, such as saving materials and time, reducing costs, increasing die life and improving the quality of the product. The homogeneity of microstructure of cold closed-die forged gears can highly affect their service performance. The homogeneity of microstructure and Vickers hardness in cold closed-die forged gear of 20 Cr Mn Ti alloy is comprehensively studied by using optical microscopy and Vickers hardness tester. The results show that the distribution homogeneity of the aspect ratio of grain and Vickers hardness is the same. In the circumferential direction of the gear tooth, the distribution of the aspect ratio of grain and Vickers hardness is inhomogeneous and they gradually decrease from the surface to the center of the tooth. In the radial direction, the distribution of the aspect ratio of grain and Vickers hardness is inhomogeneous on the surface of the gear tooth; while it is relatively homogeneous in the center of the gear tooth. In the axial direction of the gear tooth, the distribution of the aspect ratio of grain and Vickers hardness is relatively homogeneous from the small-end to the large-end of the gear tooth.

关键词： cold closed-die forging 20Cr Mn Ti alloy microstructure Vickers hardness

Effect of key factors on cold orbital forging of a spur bevel gear

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Journal of Central South University 2016年第2期23卷 277-285页

作者：庄武豪董丽颖 School of Materials Science and Engineering Wuhan University of Technology School of Automotive Engineering Hubei Key Laboratory of Advanced Technology for Automotive ComponentsWuhan University of Technology

Cold orbital forging is an advanced spur bevel gear forming technology. Generally, the spur bevel gear in the cold orbital forging process is formed by two steps: the preforming step and the final step. Due to the great importance of the final step to gear forming and its complication with interactive factors, this work aims at examining the influence of key factors on the final step in cold orbital forging of a spur bevel gear. Using the finite element(FE) method and control variate method, the influence rules of four key factors, rotation velocity of the upper tool, n, feeding velocity of the lower tool, v, tilted angle of the upper tool, γ, friction factor between the tools and the billet, m, on the geometry and the deformation inhomogeneity of the cold orbital forged gear are thoroughly clarified. The research results show that the flash becomes more homogeneous with increasing v, increasing m, decreasing n or decreasing γ. And the deformation of the gear becomes more homogeneous with increasing v, decreasing n or decreasing γ. Finally, a corresponding experiment is conducted, which verifies the accuracy of FE simulation conclusions.

关键词：直齿锥齿轮冷锻成形变形不均匀性有限元模拟成形技术摆辗工艺控制变量影响规律

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分模锻造与多向模锻技术的概况与应用

锻造与冲压 2015年第11期 48-50页

作者：庄武豪胡亚民华林武汉理工大学材料科学与工程学院武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室

多向模锻压力机多向模锻液压机的工作原理与一般水压机相同．通过多个不同方向的液压缸和柱塞对坯料进行施压．实现锻件的多向受压成形。对于体积较大的高强度钢、钛合金、耐热合金及一般合金钢或碳素钢等材料的复杂形状锻件．在普通压... 详细信息

多向模锻压力机多向模锻液压机的工作原理与一般水压机相同．通过多个不同方向的液压缸和柱塞对坯料进行施压．实现锻件的多向受压成形。对于体积较大的高强度钢、钛合金、耐热合金及一般合金钢或碳素钢等材料的复杂形状锻件．在普通压力机上装载多向模锻专用模具．成形的吨位不能满足大型产品所需的成形力．需要采用多向模锻液压机。小型多向模锻液压机可采用油压传动，中大型多向模锻液压机通常采用水压传动。

关键词：多向模锻模锻液压机模锻压力机应用技术锻造分模成形力

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分模锻造与多向模锻技术的概况与应用

锻造与冲压 2015年第9期 34-34,36,38,40页

作者：庄武豪胡亚民华林武汉理工大学材料科学与工程学院武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室

模锻工艺可以分为开式模锻和闭式模锻。开式模锻的锻件沿着分模面周围形成横向飞边（图1a）．闭式模锻亦称无飞边模锻．其特征为模锻时坯料在封闭的模膛中成形．因此闭式模锻可以使锻件的几何形状、尺寸精度和表面质量最大限度地接近于... 详细信息

模锻工艺可以分为开式模锻和闭式模锻。开式模锻的锻件沿着分模面周围形成横向飞边（图1a）．闭式模锻亦称无飞边模锻．其特征为模锻时坯料在封闭的模膛中成形．因此闭式模锻可以使锻件的几何形状、尺寸精度和表面质量最大限度地接近于成品零件。闭式模锻分为整体凹模闭式模锻和可分凹模闭式模锻，后者又称分模锻造。

关键词：多向模锻分模面锻造闭式模锻应用技术开式模锻模锻工艺