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马车螺栓冷镦成形有限元模拟及模具设计

塑性工程学报 2022年第2期29卷 76-81页

作者：丛兵兵孔明张弘斌王刚秦升学山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266400 山东腾达紧固科技股份有限公司山东枣庄277500

利用有限元软件Deform-3D建立了马车螺栓冷镦成形工艺过程的有限元模型并进行模拟,获得了成形过程中的场量分布,分析了各工步毛坯材料在模具内的流动情况,得到了零件成形的基本规律,预测了零件的成形缺陷,进行了模具结构的优化设计;针... 详细信息

利用有限元软件Deform-3D建立了马车螺栓冷镦成形工艺过程的有限元模型并进行模拟,获得了成形过程中的场量分布,分析了各工步毛坯材料在模具内的流动情况,得到了零件成形的基本规律,预测了零件的成形缺陷,进行了模具结构的优化设计;针对马车螺栓成形过程中坯料出现台阶、模具填充不满和模具寿命短的问题,分析了各工步毛坯成形缺陷与模具结构的相关性,提出了改进的模具设计方案,并进行了有限元模拟。结果表明,优化后的模具尺寸能够保证零件的形状要求,且方颈部位成形质量得到改善,没有出现毛刺和裂纹,模具受力情况得到改善,模具的使用寿命得到提高。

关键词：马车螺栓冷镦成形有限元模拟模具设计

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TB9钛合金芯杆冷镦成形模拟及实验研究

锻压技术 2023年第8期48卷 32-40页

作者：童晋方冯治国江玉莲陶亮贵州大学机械工程学院贵州贵阳550025 贵州大学贵州省特色装备及制造技术重点实验室贵州贵阳550025

针对TB9钛合金芯杆冷镦成形存在的问题,利用DEFORM有限元软件模拟分析了TB9钛合金芯杆的镦制成形工艺,讨论了多工位冷镦成形中变形量、摩擦因数对芯杆镦头质量的影响。进而通过实验分析了芯杆镦头剪切带的组织和力学性能。结果表明:芯... 详细信息

针对TB9钛合金芯杆冷镦成形存在的问题,利用DEFORM有限元软件模拟分析了TB9钛合金芯杆的镦制成形工艺,讨论了多工位冷镦成形中变形量、摩擦因数对芯杆镦头质量的影响。进而通过实验分析了芯杆镦头剪切带的组织和力学性能。结果表明:芯杆三工位镦制成形中,采用不同镦制变形量获得了芯杆镦头的应变分布,有效控制了因镦头中心部位变形程度高而造成的镦制缺陷。摩擦因数的减小会降低镦头的应变,当变形量为50%时,三工位镦制成形的摩擦因数为0.35的镦头中心部位的等效应变为1.18874,摩擦因数为0.25的镦头中心部位的等效应变为1.12713,摩擦因数为0.15的镦头中心部位的等效应变为1.07401,提高了镦头的均匀变形程度。通过测试分析芯杆镦头样件可知,镦头内部无微孔洞、微裂纹等缺陷产生,镦头内部形成的剪切带区域的微观组织最密且呈纤维状,剪切带区域的平均硬度为354.8 HV,为芯杆镦头硬度最大之处。

关键词：冷镦成形 TB9钛合金芯杆镦头剪切带组织性能

振动辅助Ti-45Nb钛合金冷镦成形有限元模拟研究

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材料科学与工艺 2023年

作者：林凯杨李杰王英陈兴胡鹏科浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室宁波大学机械工程与力学学院

在金属塑性成形加工中，振动辅助成形技术的应用可以有效地降低零件成形载荷，提高产品质量。本文首次基于塑性大变形理论和有限元数值模拟，对Ti-45Nb钛合金振动辅助冷镦成形机理进行了分析与研究。首先以位错密度的变化作为内变量描... 详细信息

在金属塑性成形加工中，振动辅助成形技术的应用可以有效地降低零件成形载荷，提高产品质量。本文首次基于塑性大变形理论和有限元数值模拟，对Ti-45Nb钛合金振动辅助冷镦成形机理进行了分析与研究。首先以位错密度的变化作为内变量描述材料在变形过程中材料软化、硬化等关系，建立了振动辅助冷镦成形本构模型，并采用MATLAB工具编程拟合出本构方程中的材料参数。然后利用Deform有限元软件对Ti-45Nb钛合金的大长径比薄壁零件进行建模仿真分析，通过分析反挤压道次中材料成形的流动情况，对模具中应力集中的凸模结构进行优化设计。结果表明：基于大变形所建立的本构模型能够有效描述振动的软化作用，尤其在材料塑性变形阶段拟合较好，预测精度评估相对系数（RC）值＞0.994。此外，通过建模仿真分析得出的多级倒角结构可有效促进材料流动，减小模具磨损，提高模具寿命。

关键词：大长径比反挤压振动辅助冷镦成形有限元模拟模具设计本构模型位错密度

基于有限元分析的汽车用大法兰螺母冷镦成形技术

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锻压技术 2023年第10期48卷 31-37,52页

作者：田亚丁刘德波新乡职业技术学院智能制造学院河南新乡453006 黄河科技学院工学部河南郑州450006

以车用大法兰螺母为研究对象,通过结构分析,提出两种冷镦成形工艺方案。首先,研究了40CrNiMoA钢在室温条件下的变形特性,以建立其准确的材料模型;其次,采用Deform-3D软件对两种方案的前4个工位分别进行有限元建模和成形模拟,并对比了模... 详细信息

以车用大法兰螺母为研究对象,通过结构分析,提出两种冷镦成形工艺方案。首先,研究了40CrNiMoA钢在室温条件下的变形特性,以建立其准确的材料模型;其次,采用Deform-3D软件对两种方案的前4个工位分别进行有限元建模和成形模拟,并对比了模具的填充、材料的变形、等效应力的分布以及各工位的成形载荷情况,确定了更加可行的冷镦成形方案;最后,根据该可行方案对各工位的模具结构进行设计与制造,并装入6工位冷镦机中进行试模。结果显示:该冷镦成形工艺稳定,生产速度快,并且制造的大法兰螺母外形完整、质量好,无折叠和开裂等严重缺陷,使用性能满足厂家的需求。

关键词：大法兰螺母冷镦成形模具填充等效应力成形载荷

A286高温合金十二角法兰面螺栓多工位冷镦成形工艺

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制造技术与机床 2022年第7期 45-50页

作者：郑鹏辉关悦许吉星付建建赵文龙高程刘乐河南省紧固连接技术重点实验室河南信阳464000 河南航天精工制造有限公司河南信阳464000

A286高温合金十二角法兰面螺栓通常采用热镦成形,但其生产工序繁冗、加工效率低和制造成本高。针对某航天用A286高温合金十二角法兰面螺栓,根据其结构特点,提出一种多工位冷镦成形工艺,利用室温压缩实验,得到A286高温合金的真实应力-应... 详细信息

A286高温合金十二角法兰面螺栓通常采用热镦成形,但其生产工序繁冗、加工效率低和制造成本高。针对某航天用A286高温合金十二角法兰面螺栓,根据其结构特点,提出一种多工位冷镦成形工艺,利用室温压缩实验,得到A286高温合金的真实应力-应变曲线,并导入到数值模拟软件Deform-3D中,对A286高温合金十二角法兰面螺栓的多工位冷镦成形工艺过程进行了数值模拟,综合分析了各工位的载荷-时间曲线、等效应力场分布、等效应变场分布和损伤值分布,确定了成形工艺参数。最后根据数值模拟结果和成形工艺过程设计相应模具结构,并在多工位冷镦机上进行了工艺试验。试验结果表明,通过合理设计冷镦工艺次数,可以在模具许用应力范围内实现A286高温合金十二角法兰面螺栓的冷镦成形,工艺试验得到的A286高温合金十二角法兰面螺栓锻件充填饱满,和模拟结果一致性较好,对该类零件及其他相似零件的多工位冷镦成形具有一定的指导意义。

关键词： A286 十二角法兰面螺栓多工位冷镦成形数值模拟工艺试验

TB9钛合金冷镦成形组织性能研究及有限元模拟仿真分析

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TB9钛合金冷镦成形组织性能研究及有限元模拟仿真分析

作者：童晋方贵州大学

学位级别：硕士

钛合金抗拉型抽芯铆钉广泛应用于航空领域,如:军用飞机、直升飞机、大型运输机和大型客机等。TB9钛合金芯杆作为抽芯铆钉的关键零件,其加工质量直接影响铆钉的使用寿命及可靠性。该零件属于典型的细长轴,主要采用冷镦成形方法制备。在... 详细信息

钛合金抗拉型抽芯铆钉广泛应用于航空领域,如:军用飞机、直升飞机、大型运输机和大型客机等。TB9钛合金芯杆作为抽芯铆钉的关键零件,其加工质量直接影响铆钉的使用寿命及可靠性。该零件属于典型的细长轴,主要采用冷镦成形方法制备。在实际生产中,由于工艺方案和工艺参数的选取不当,芯杆头部易产生裂纹、孔洞等缺陷。因此,合理的冷镦工艺方案和工艺参数对提升芯杆的成形质量具有重要意义。本论文研究内容属于国家自然科学基金(51664006)和贵州省自然科学基金重点项目(黔科合基础字[2020]1Z049)的子课题,主要针对贵州某公司的TB9钛合金芯杆制造中出现的问题,重点围绕芯杆的镦制工艺、参数优化、性能及微观组织进行研究,具体内容如下:(1)TB9钛合金芯杆主要采用冷镦成形制造,过程中出现应力集中带、飞边、裂纹等问题导致芯杆性能受影响。为此,结合芯杆结构特点、成形质量要求,采用控制镦制变形量的方法,提出了两模成形的镦制加工工艺方案。(2)利用DEFORM仿真软件对芯杆镦制工艺方案进行数值模拟计算,研究了芯杆镦制材料流动规律、芯杆不同部位的应力、应变分布情况。经对比分芯杆二模成形方案芯杆最大应变值5.61mm/mm、最大损伤值0.210,小于一模成形方案的芯杆最大应变值6.16mm/mm、最大损伤值0.315,表明二模成形方案利于芯杆镦制缺陷的抑制。(3)采用正交试验方法和有限元仿真技术,开展了预镦变形量、摩擦系数以及冷镦速度三个关键工艺参数的优化研究。经极差分析确定了最佳工艺参数:预镦变形量为25%;摩擦系数为0.15;冷镦速度为125mm/s。该组工艺参数能够有效降低最大成形载荷、最大损伤值以及最大等效应变值。(4)基于优化后的工艺参数制备了TB9钛合金芯杆零件。利用光学显微镜、扫描电镜以及维氏硬度测量仪,对试样进行了微观组织及性能研究。。结果表明试样成形质量较好,无明显缺陷产生,剪切带处晶粒细化程度高,出现明显的加工硬化现象。证明了镦制工艺参数优化的的有效性,为TB9钛合金芯杆制造提供了技术支撑。

关键词：冷镦成形 TB9钛合金数值模拟工艺优化组织性能

A286高温合金冷镦成形及其热处理组织研究

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A286高温合金冷镦成形及其热处理组织研究

作者：张崔禹天津理工大学

学位级别：硕士

超级合金A286是一种奥氏体铁基高温合金,在650℃附近具有良好的使用性能,适于航空、航天紧固件产品。通常情况下A286高温合金紧固件在950℃以上加工成形,制造难度大,成本高。而其低温成形性能、冷镦组织,热处理工艺等方面的系统性研究... 详细信息

超级合金A286是一种奥氏体铁基高温合金,在650℃附近具有良好的使用性能,适于航空、航天紧固件产品。通常情况下A286高温合金紧固件在950℃以上加工成形,制造难度大,成本高。而其低温成形性能、冷镦组织,热处理工艺等方面的系统性研究缺乏。针对上述问题,本文采用冷镦方法试制一种航空用螺栓,研究其冷镦组织以及后续热处理组织,具体研究内容如下:1.A286高温合金螺栓成形有限元模拟。首先采用Gleeble常温压缩实验对A286合金试样进行20%～70%变形量、得到在0.1～10 s应变速率下的真应力-真应变曲线,根据螺栓尺寸建立有限元模型;其次,设计多工位成形冷镦工艺方案,研究A286高温合金螺栓变形规律。2.A286高温合金冷镦组织研究。根据模拟后的冷镦成形工艺,进行压缩试验,并通过XRD、OM、SEM、TEM等表征方法观察冷镦后组织,检测冷镦后的维氏硬度。结果表明,A286高温合金冷镦成形后,晶粒和碳化物产生一定程度的破碎,变形方式为孪晶变形和滑移变形共同作用,析出相主要为碳化钛与碳化铬,并富集锰元素。3.A286高温合金热处理组织研究。对冷镦后的A286高温合金试样进行时效热处理,观察晶粒组织及析出相形貌,并测试其维氏硬度。结果表明:γ'相在晶粒中有两种形态,为方形和球形;η相为条状分布在晶界附近;粒状析出相碳化钛和碳化铬分布在晶粒内部。A286合金的硬度主要取决于η相析出的数量,试样最外层硬度值最低。

关键词： A286高温合金螺栓成形有限元模拟冷镦成形析出相热处理

振动辅助Ti-45Nb钛合金冷镦成形仿真模拟研究

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振动辅助Ti-45Nb钛合金冷镦成形仿真模拟研究

作者：杨李杰宁波大学

学位级别：硕士

冷镦成形技术以其效率高、耗能少、成形性能好、模具简单等优势成为紧固件成形领域的主要生产技术之一。面对一些在常温下变形抗力大,流动性差的材料,就需要大吨位的冷镦机,这无疑增加了企业的生产成本。为了在原有的生产条件上加工这... 详细信息

冷镦成形技术以其效率高、耗能少、成形性能好、模具简单等优势成为紧固件成形领域的主要生产技术之一。面对一些在常温下变形抗力大,流动性差的材料,就需要大吨位的冷镦机,这无疑增加了企业的生产成本。为了在原有的生产条件上加工这些材料,以往的办法是对冷镦成形进行优化,研究仅限于成形工艺,模具等方面,而振动对冷镦成形的影响少有论及。本文从冷镦成形机理和仿真模拟的角度对振动辅助冷镦成形技术进行研究,主要针对振动辅助条件下钛合金Ti-45Nb的材料模型、成形工艺、模具优化等方面进行研究分析,以期形成完善的工艺路线,制造出高品质,高精度的冷镦产品。本文首先对钛合金Ti-45Nb在不同振动参数辅助压缩下进行力学分析。研究了材料塑性变形机理,总结了振幅和频率对材料应力的影响规律,发现振幅和频率对弹性阶段影响较小;在塑性阶段,随着振幅的增加,材料应力下降,频率的增加也会导致材料应力减少,但是振幅的增加较频率增加的影响更明显。本文在有限变形理论框架下,基于位错密度理论,根据内变量方法建立了钛合金Ti-45Nb材料振动下的本构模型。并根据文献[27]振动辅助压缩的实验数据拟合得到Ti-45Nb材料参数,采用统计学相对系数(RC)对材料模型的预测精度进行评估,计算出的RC值均大于0.97,表明预测和实验曲线吻合一致。然后,基于内变量法建立的本构模型,利用DEFORM软件对钛合金Ti-45Nb材料进行振动辅助冷镦成形仿真研究。结果表明:振动辅助成形可以改变材料成形过程中的流动方式,当振动的临界速度大于模具进给速度时,可以显著降低成形载荷,同时改变材料成形过程中的应力应变分布,并且在成形过程中,摩擦力反向促进材料流动,有利于成形。针对多道次大长径比零件的冷镦成形,通过正交试验法分析了振幅A、振动频率f和模具进给速度v对坯料成形规律的影响。分析发现:无论是在预镦整形,正挤压,镦头还是反挤压成形道次,成形载荷与振幅、频率成负相关,与模具进给速度成正相关,各因素对成形载荷影响程度的大小依次为:振幅>模具进给速度>频率。最后为了优化冷镦成形关键道次的模具,在对模具应力分析后,找出模具成形中应力集中的关键部位,对相应的模具结构进行优化设计,针对凸模设计了30°倒角,多级倒角,圆角过渡三种设计方案。结果表明:多级倒角有效促进了材料的流动,分散了模具应力,提高了模具寿命。

关键词：钛合金本构冷镦成形振动辅助仿真模拟正交试验

铆钉型触点冷镦成形工艺有限元分析与质量缺陷改善

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冶金与材料 2023年第9期43卷 101-104页

作者：林一良厦门金波贵金属制品有限公司福建厦门361021

文章针对继电器用Ag/SnO_(2)材料单体触点冷镦成形容易开裂的问题,应用有限元方法,研究了不同预成形工艺下金属变形过程,得到改进后的预成形工艺金属流动和应力应变状态,结果表明新工艺提高了预成形金属变形均匀性,降低了最大变形处金... 详细信息

文章针对继电器用Ag/SnO_(2)材料单体触点冷镦成形容易开裂的问题,应用有限元方法,研究了不同预成形工艺下金属变形过程,得到改进后的预成形工艺金属流动和应力应变状态,结果表明新工艺提高了预成形金属变形均匀性,降低了最大变形处金属的应变量,减小了预成形时金属周向拉应力,改善了终成形触点开裂问题。

关键词：单体触点 Ag/SnO_(2)材料冷镦成形开裂数值模拟