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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

超大型环件径轴向轧制过程偏移机理及自适应模糊控制方法研究

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中国机械工程 2023年第1期34卷 109-117页

作者：张科汪小凯华林韩星会宁湘锦武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉430070 武汉理工大学材料绿色精密成形技术与装备湖北省工程中心武汉430070

超大型环件径轴向轧制过程容易产生偏移,影响环件轧制稳定性和成形质量。为研究环件偏移机理及其控制方法,分析了轴向孔型滑移区中前滑区和后滑区的分布变化规律,建立了理想情况下不产生环件偏移时锥辊旋转运动学条件,获得了滑移区的最... 详细信息

超大型环件径轴向轧制过程容易产生偏移,影响环件轧制稳定性和成形质量。为研究环件偏移机理及其控制方法,分析了轴向孔型滑移区中前滑区和后滑区的分布变化规律,建立了理想情况下不产生环件偏移时锥辊旋转运动学条件,获得了滑移区的最优速度匹配系数。此外,从历史轧制数据中归纳人工控制经验后提出了基于锥辊转速自适应模糊调节的环心偏移量控制方法,基于ABAQUS软件和VUAMP子程序开发,建立了集成有环心偏移量模糊控制算法的∅10 m超大型环件径轴向轧制有限元模型,研究了采用最优速度匹配系数的常规控制和自适应模糊控制下的环心偏移量变化规律。结果表明,自适应模糊控制下的平均环心偏移量相比于常规控制降低了72.4%,仿真结果和试验数据均验证了所提超大型环件轧制过程偏移自适应模糊控制方法的有效性。

关键词：超大型环件径轴向轧制偏移自适应模糊控制有限元仿真

超大型环件径轴向轧制过程稳定性与圆度自适应控制方法研究

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中国机械工程 2022年第11期33卷 1353-1360页

作者：宁湘锦汪小凯华林韩星会张科武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉430070 武汉理工大学材料绿色精密成形技术与装备湖北省工程中心武汉430070

超大型环件径轴向轧制过程失稳、失圆等异常状态常导致轧环终止和产品质量波动。提出了轧环过程稳定性和圆度自适应控制方法,从历史数据中归纳人工控制经验知识,建立了基于锥辊转速模糊调节的轧制稳定性控制方法,制定了基于导向力反馈... 详细信息

超大型环件径轴向轧制过程失稳、失圆等异常状态常导致轧环终止和产品质量波动。提出了轧环过程稳定性和圆度自适应控制方法,从历史数据中归纳人工控制经验知识,建立了基于锥辊转速模糊调节的轧制稳定性控制方法,制定了基于导向力反馈的轧制圆度控制策略。运用ABAQUS有限元软件和子程序二次开发,设计了轧环过程稳定性和圆度自适应控制子程序,建立了Φ16 m超大型环件轧制过程控制有限元模型,仿真分析了锥辊转速模糊调节、导向力反馈以及基于限幅滤波的锥辊转速模糊调节+导向力反馈综合控制下的轧环过程偏移量和圆度误差变化规律,结果表明该方法与常规规划控制相比,环件偏移量减小了48.3%,圆度误差减小了61.8%。

关键词：超大型环件径轴向轧制稳定性圆度智能控制

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

新型螺旋非圆锥齿轮的数学模型和齿面接触分析

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Journal of Central South University 2022年第1期29卷 157-172页

作者：韩星会张轩诚郑方焱徐曼田俊 School of Automotive Engineering Hubei Key Laboratory of Advanced Technology of Automotive PartsWuhan University of TechnologyWuhan 430070China

本文结合非圆锥齿轮的设计原理和面铣螺旋锥齿轮的制造原理,提出了一种可应用于相交轴变速传动的新型螺旋非圆锥齿轮。与直齿非圆锥齿轮不同,螺旋非圆锥齿轮有许多优点,如高接触比、高强度、良好的动态性能和可调节的接触区域。此外,虽... 详细信息

本文结合非圆锥齿轮的设计原理和面铣螺旋锥齿轮的制造原理,提出了一种可应用于相交轴变速传动的新型螺旋非圆锥齿轮。与直齿非圆锥齿轮不同,螺旋非圆锥齿轮有许多优点,如高接触比、高强度、良好的动态性能和可调节的接触区域。此外,虽然制造直齿非圆锥齿轮很困难,但螺旋非圆锥齿轮可以用6轴锥齿轮切削机床高效、精确地制造。首先,介绍了螺旋非圆锥齿轮的产形原理。接着,建立了一个数学模型,包括产形齿的齿廓、齿轮螺旋度、压力角和该齿轮的产形齿廓。然后,利用有限元进行齿轮接触分析,验证了模型精度,并研究了螺旋非圆锥齿轮的接触模式和应力分布。

关键词：非圆形齿轮螺旋锥齿轮数学模型齿轮接触分析

面向航空航天的薄壁锥形筒件轧制成形过程几何状态综合控制方法

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中国机械工程 2023年第23期34卷 2873-2880页

作者：谢涵汪小凯韩星会华林张科郑戈飞武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉430070 武汉理工大学材料绿色精密成形技术与装备湖北省工程中心武汉430070

针对航空航天薄壁锥形筒件轧制过程几何变形状态难以控制的问题,研究了薄壁锥形筒件轴线偏移、轴线倾斜、小端拉缩三种典型异常变形状态及形成机理,提出了基于筒件线速度反馈的锥辊运动协调控制方法,建立了锥形筒件轧制过程锥辊运动控... 详细信息

针对航空航天薄壁锥形筒件轧制过程几何变形状态难以控制的问题,研究了薄壁锥形筒件轴线偏移、轴线倾斜、小端拉缩三种典型异常变形状态及形成机理,提出了基于筒件线速度反馈的锥辊运动协调控制方法,建立了锥形筒件轧制过程锥辊运动控制模型;提出了薄壁锥形筒件坯料优化设计方法,并建立了相应的芯辊倾斜进给控制策略,保证了锥形筒件直径长大速度的一致性,消除了因金属轴向和周向流动不匹配导致的小端拉缩现象;基于ABAQUS软件和VUAMP子程序开发,建立了集成所提控制方法和策略的薄壁锥形筒件轧制有限元模型。对比分析了常规规划控制、上述方法独立控制和综合控制下的筒件轧制成形效果,结果表明,综合控制方法下的轴线偏移量、圆度误差、同心度误差和倾斜角误差等指标相比于常规规划控制在整圆阶段内分别降低了93.6%、75.3%、95.1%、97.2%。

关键词：薄壁锥形筒件轧制成形变形状态控制方法

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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

基于深度学习的热态环件轧制过程几何状态视觉测量方法

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塑性工程学报 2022年第11期29卷 8-14页

作者：汪小凯董杰华林韩星会武国庆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 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心湖北武汉430070 武汉理工大学材料绿色精密成形技术与装备湖北省工程中心湖北武汉430070

为解决高温、强光、汽雾以及氧化皮飞溅等恶劣工况下热态环件轧制过程几何状态的在线测量难题,提出了一种基于深度学习的热态环件轧制几何状态视觉测量方法。以深度学习为基础,结合热态环件轧制过程高温发亮的特点,利用YOLOv5算法的卷... 详细信息

为解决高温、强光、汽雾以及氧化皮飞溅等恶劣工况下热态环件轧制过程几何状态的在线测量难题,提出了一种基于深度学习的热态环件轧制几何状态视觉测量方法。以深度学习为基础,结合热态环件轧制过程高温发亮的特点,利用YOLOv5算法的卷积神经网络进行训练,智能捕捉相机视野有效区域,大幅提高了图像处理算法的运算速度。为解决环件部分边缘被遮挡的问题,采用Linemod-2D算法,根据环件边缘梯度特征匹配外圆轮廓及位置状态,并基于卡尺工具边缘检测原理获取有效边缘特征点,利用迭代重加权最小二乘法进行拟合,得到了环件几何状态。实验结果表明,本方法鲁棒性较好,测量误差小于0.5 mm,算法平均耗时60 ms。

关键词：热态环件 YOLOv5算法 Linemod-2D算法卡尺工具算法最小二乘法深度学习

环件热轧全过程微观组织演化数值模拟和试验研究

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机械工程学报 2014年第16期50卷 97-103页

作者：邹甜华林韩星会武汉理工大学材料科学与工程学院武汉430070 武汉理工大学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

环件在热轧过程中的微观组织演变是影响其力学性能的重要因素。采用模拟和试验的方法,研究环件从棒料下料到轧制全过程中微观组织演变规律。基于有限元分析软件Simufact建立环件从棒料下料到轧制全过程的三维有限元模型,研究棒料初始温... 详细信息

环件在热轧过程中的微观组织演变是影响其力学性能的重要因素。采用模拟和试验的方法,研究环件从棒料下料到轧制全过程中微观组织演变规律。基于有限元分析软件Simufact建立环件从棒料下料到轧制全过程的三维有限元模型,研究棒料初始温度、棒料高径比以及镦粗速度对成形环件晶粒和动态再结晶的影响规律,并通过金相显微试验观察晶粒和珠光体形貌。研究表明,在整个过程中,环件的晶粒大小和珠光体片层间距逐渐减小;当棒料温度增加,成形环件的平均动态再结晶体积分数和晶粒尺寸增加,动态再结晶体积分数和晶粒尺寸分布越均匀;当棒料高径比、镦粗速度增加,成形环件的平均动态再结晶体积分数增加,平均晶粒尺寸减小,动态再结晶体积分数和晶粒尺寸分布越均匀。研究结果对于建立环件精密热轧工程理论和提高热轧环件组织性能具有重要的理论价值和实际意义。

关键词：环件热轧数值模拟微观组织力学性能