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大型环件成形工艺与锻造CAPP系统的研究

大型环件成形工艺与锻造CAPP系统的研究

作者：徐新生江南大学

学位级别：硕士

大型环锻件作为超超临界火电机组及深海压力容器中的关键部件,其锻造成形工艺的合理性将直接影响到设备的正常运行及使用寿命。本文以F92钢大型环形法兰件和TC4钛合金大型环件为例,针对二者在实际锻造生产中存在的问题,采用数值模拟与... 详细信息

大型环锻件作为超超临界火电机组及深海压力容器中的关键部件,其锻造成形工艺的合理性将直接影响到设备的正常运行及使用寿命。本文以F92钢大型环形法兰件和TC4钛合金大型环件为例,针对二者在实际锻造生产中存在的问题,采用数值模拟与实验验证结合的方法,对其成形过程进行了深入研究。对于F92钢大型环形法兰锻件生产时出现的裂纹和外凹缺陷问题,对其常用的自由锻成形工艺进行模拟分析,揭示了其温度场、应变场、损伤场及速度场的分布变化规律,发现在裂纹产生处等效应变达到最大值15.20,同时锻件内孔出现外凹现象,最大直径为669.42mm。为此,提出了一种小压量多道次拔长后再近净成形挤压铆镦的成形工艺,模拟结果显示:当压下量L=60mm时取得最佳效果,等效应变值降至11.31,外凹最大直径减小到630.68mm,同时锻件金属流线变化均匀。经生产试制及本体取样测试后发现,环形法兰锻件裂纹和外凹缺陷消失,力学性能良好,微观组织细小均匀,产品合格率由25%提升至80%。围绕TC4钛合金大型环件的自由锻制坯及环件轧制两阶段的工艺流程展开理论分析,在Deform-3D平台建立大型环件径轴向轧制的宏、微观耦合有限元模型,对制定的不同工艺方案进行数值模拟,分别研究了环坯初始温度、驱动辊角速度及芯辊进给速度对成形环件各物理量的影响规律,发现:宏观上,随环坯初始温度及驱动辊角速度的增加,成形环件温度场及等效应变场均呈正向变化。随芯辊进给速度的增加,成形环件温度场整体呈上升趋势,等效应变场整体呈下降趋势;微观上,成形环件的动态再结晶度及晶粒尺寸受宏观物理量的影响,且两者总是呈相反的演变趋势;宏、微观物理量的分布均匀程度需具体分析,比较复杂。模拟结果为实际的生产提供了科学依据。为简化自由锻数值模拟的操作流程,利用MFC面向对象程序设计技术,将CAE操作流程的设置界面与Deform-3D文本模式相结合,实现了自由锻多工步的自动模拟成形,大大缩短了数值模拟的周期,模拟软件Deform-3D的操作更加智能、便捷,最后通过应用实例仿真分析验证了多工步自动模拟成形的可行性。为使锻造工艺的制定更加规范,利用C++编程语言在NX环境下进行大型环件锻造CAPP系统的二次开发。在VS软件中通过OLE技术实现了NX与Excel数据的相互传递,在此基础上,建立环锻件的模型表达式及工艺卡片模板,在NX环境下实现了参数化建模、工程图绘制、工艺卡片的打印及导出等功能。最后将Deform多工步自动模拟成形界面集成至CAPP系统内,实现了从工艺初稿到模拟分析再到工艺定稿归档的无缝衔接,整个系统更加智能、完善。

关键词：大型环件 F92钢环形法兰 TC4钛合金环件数值模拟 CAPP

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大型环件的径轴向轧制工艺模拟和研究

中国机械工程 2006年第19期17卷 2020-2023,2071页

作者：华林潘利波兰箭钱东升武汉理工大学武汉430070

研究了大型环件的径轴向轧制工艺。利用有限元模拟试验对具体的大型环件产品进行模拟轧制,通过对不同的毛坯和不同的工艺参数的选取进行试验和分析,找出了毛坯设计及工艺参数选取与控制的基本方法和规律,揭示了大型环件径轴向轧制过程... 详细信息

研究了大型环件的径轴向轧制工艺。利用有限元模拟试验对具体的大型环件产品进行模拟轧制,通过对不同的毛坯和不同的工艺参数的选取进行试验和分析,找出了毛坯设计及工艺参数选取与控制的基本方法和规律,揭示了大型环件径轴向轧制过程的变形规律和机理,分析了轧制过程中产生的问题和缺陷的实质,为实际的工业生产提供了依据。

关键词：大型环件径轴向轧制有限元模拟

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大型环件表面孔洞类缺陷性质及原因分析

大型铸锻件 2022年第1期 46-48页

作者：王旭东潘嘉玉王建国李明泽夏春龙太原重工轨道交通设备有限公司山西030000

某公司制造的大型环件,粗加工后表面发现孔洞类缺陷,对其进行解剖分析。结果表明,大型环件表面孔洞类缺陷系环件内部大量孔洞缺陷外漏所致,环件内部缺陷系低温冷锻造成。

关键词：大型环件孔洞低温锻造锻造工艺环件轧制

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大型环件成形缺陷阵列超声检测技术研究

武汉理工大学学报 2019年第9期41卷 90-98页

作者：李力汪小凯何溪明华林现代汽车零部件技术湖北省重点实验室(武汉理工大学) 武汉430070 汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉430070

大型厚壁环件在能源石化、航空航天和国防装备领域应用日益广泛,其成形过程产生的缺陷严重威胁相关装备服役安全。为了解决此类环件成形缺陷的无损检测问题,提出一种大型厚壁环件阵列超声无损检测方法。基于多元高斯声束模型研究了不同... 详细信息

大型厚壁环件在能源石化、航空航天和国防装备领域应用日益广泛,其成形过程产生的缺陷严重威胁相关装备服役安全。为了解决此类环件成形缺陷的无损检测问题,提出一种大型厚壁环件阵列超声无损检测方法。基于多元高斯声束模型研究了不同频率的超声探头在水层、环件材料多介质中的声场分布规律,进行了超声检测传感器阵列和结构设计,制定了大型厚壁环件超声检测工艺规划,开发了大型厚壁环件成形缺陷阵列超声自动化检测系统。通过对某大型厚壁矩形环件的实际检测,能够快速、有效检测出深度2~400mmФ2mm当量缺陷。研究结果对于保障重大工程中的大型厚壁环件高质量制造具有重要意义和实用价值。

关键词：大型环件超声检测阵列超声声场仿真探头设计

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大型环件热辗扩成形宽展的工艺因素效应研究

热加工工艺 2012年第7期41卷 4-7页

作者：王敏张春湖北汽车工业学院材料工程系湖北十堰442002

如何有效地的预测和控制宽展,是大型环件热辗扩领域迫切需要解决的重要课题。本文采用热力耦合三维有限元法,从变形区当量形状参数角度出发,研究工艺因素对大型环件热辗扩成形中宽展的影响规律和机制。结果表明:不同工艺因素下宽展的变... 详细信息

如何有效地的预测和控制宽展,是大型环件热辗扩领域迫切需要解决的重要课题。本文采用热力耦合三维有限元法,从变形区当量形状参数角度出发,研究工艺因素对大型环件热辗扩成形中宽展的影响规律和机制。结果表明:不同工艺因素下宽展的变化是变形区当量形状参数变化的综合作用结果;减小相对压下量或者驱动辊转速,增大芯辊进给速度或环件初始温度均有利于环件端面质量的提高,也使得轴向宽展减小。

关键词：环件热辗扩大型环件宽展有限元法

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大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应研究

热加工工艺 2016年第9期45卷 124-126页

作者：谷瑞杰张淑莲杨大祥李正利吴量中国重型机械研究院股份公司陕西西安710032 金属挤压/锻造装备技术国家重点实验室陕西西安710032 西北工业大学材料学院陕西西安710072

环件径轴向轧制成形技术是生产大型高品质无缝环件的最佳加工方法。本文通过对比分析不同厚度和高度环坯条件下的环件变形状态,揭示了大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应。研究发现,较小的环件毛坯厚度和高度会改善大型环件径轴向轧... 详细信息

环件径轴向轧制成形技术是生产大型高品质无缝环件的最佳加工方法。本文通过对比分析不同厚度和高度环坯条件下的环件变形状态,揭示了大型环件径轴向轧制成形的环坯形状效应。研究发现,较小的环件毛坯厚度和高度会改善大型环件径轴向轧制的锻透性,两者都有助于环件直径的增大和环件变形均匀性的提高,同时对于提高成形过程中环件截面的成形质量也有利。

关键词：大型环件径轴向轧制成形工艺环坯

大型环件多频阵列超声信号处理及自动化检测系统研究

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大型环件多频阵列超声信号处理及自动化检测系统研究

作者：李力武汉理工大学

学位级别：硕士

随着我国工业经济迈向高质量发展的新阶段,《中国制造2025》提出将产品质量作为建设制造强国的生命系。大型环件已经广泛应用于能源石化、航空航天、国防军工等重要工程领域。大型环件成型缺陷若不能被及时发现,将会严重威胁相关装备的... 详细信息

随着我国工业经济迈向高质量发展的新阶段,《中国制造2025》提出将产品质量作为建设制造强国的生命系。大型环件已经广泛应用于能源石化、航空航天、国防军工等重要工程领域。大型环件成型缺陷若不能被及时发现,将会严重威胁相关装备的服役安全。目前,国内大型环件企业基本采取人工携带便携式探伤设备的方式对环件进行缺陷检测。然而该方法受检测员综合素质影响较大,易造成缺陷的错判漏判,检测效率低,可靠性差。因此需要开发一种针对大型环件自动化超声检测系统。本文针对超声无损检测技术高效率、高精度识别大型环件内部缺陷的问题,开展了以下几个方面研究:（1）为提高大型环件自动化检测效率,首先确定了阵列超声无损检测方法;然后基于多元高斯声束模型,研究不同频率阵列超声探头在不同水层、多介质中的声场分布规律,确定高低频扫查探头个数和扫查深度,并进行合理的传感器阵列和结构设计,提出了阵列探头的扫查方式和运动轨迹,绘制自动化检测时识别缺陷的DAC曲线。（2）为提高大型环件自动化检测精度,在COMSOL软件的声学仿真模块中建立水/钢双介质的简化模型,研究超声波从被发射至被接收的传播历程,分析对检测信号能产生干扰的因素,提出调整脉冲发射时序的方法消除干扰,降低自动化检测的缺陷误判率,提高检测质量。（3）由于超声脉冲宽度及尾部震荡使脉冲反射法存在检测盲区,造成无法准确识别大型环件近表面缺陷的问题,提出一种基于傅里叶变换相位谱差值的频率周期识别盲区缺陷的方法。首先由理论公式推导出相位谱差值的周期频率与盲区缺陷位置关系,通过数值仿真模拟多个缺陷和噪声干扰时的盲区信号,结合脉冲频带宽度提取相位谱差值有效信息,借助傅里叶变换的性质求出有效信息的频谱周期,最后结合频谱周期与盲区缺陷位置关系,实现盲区内的缺陷检测。（4）根据环锻件提出的要求和系统的性能指标设计了总体方案,搭建了大型环件的自动化检测系统,设计系统运行的基本流程,并基于VC++开发了多通道阵列超声自动化检测软件系统。该软件采用了多线程编程技术、双缓存绘图技术以及波形的动态跟踪技术,有效提高了软件的数据读取速度、图形绘制速度和缺陷识别的精度。通过对某大型矩形环件的实际检测,能够快速、有效检测出深度2mm-200mmΦ2mm当量缺陷。

关键词：大型环件声场仿真阵列超声相位差法盲区缺陷检测

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大型环件径轴向轧制成形工艺理论研究

大型环件径轴向轧制成形工艺理论研究

作者：周广武汉理工大学

学位级别：硕士

大型环件径轴向轧制是借助环件轧制设备使环件产生壁厚减小、高度减小、直径扩大、截面轮廓成形的先进塑性回转成形工艺,具有生产效率高、产品质量好、能源消耗低等技术经济优点,主要用于大型无缝环件的生产,被广泛应用于重型机械、火... 详细信息

大型环件径轴向轧制是借助环件轧制设备使环件产生壁厚减小、高度减小、直径扩大、截面轮廓成形的先进塑性回转成形工艺,具有生产效率高、产品质量好、能源消耗低等技术经济优点,主要用于大型无缝环件的生产,被广泛应用于重型机械、火车、能源、航空航天等许多工业领域。大型环件径轴向轧制是一个三维非线性、非对称、非稳态的复杂成形工艺,成形过程中涉及到多因数耦合影响,目前对其的研究很少,使得实际生产缺乏理论指导,从而严重制约了该工艺的进一步应用与发展。本文在环件径向轧制的基础上,对大型环件径轴向轧制过程中的力学与运动学条件进行了研究,建立了大型环件径轴向轧制过程中径向孔型与轴向孔型的力学条件以及力能参数计算公式,推导了芯辊和上轴向锥辊进给速度、轴向锥辊跟随轧制速度以及驱动辊和轴向锥辊旋转速度的合理取值范围,研究结果为实际生产过程中各轧制参数的选取提供了理论依据。通过热压缩实验,获得了42CrMo钢在不同变形温度和应变速率下的真实应力-应变曲线,建立了42CrMo钢的高温流动应力模型,为有限元模拟提供了准确的材料模型。根据大型环件径轴向轧制的实际工作原理,以ABAQUS软件为平台,通过解决材料模型、计算方法、网格处理、接触与边界条件等关键技术,建立了大型环件径轴向轧制三维热力耦合有限元模型,并对该模型的可靠性进行了验证。基于可靠的有限元模型,通过仿真模拟,揭示了大型环件径轴向轧制过程中应变、温度、宽展以及力能参数的的分布与演变规律,研究结果为进一步了解和研究大型环件径轴向轧制的变形机制打下了基础。应用理论分析,对大型环件径轴向轧制的工艺参数进行了设计,建立了毛坯尺寸、轧辊尺寸、轧辊运动的设计方法。基于可靠的有限元模型,通过大量有限元模拟,系统研究了毛坯尺寸、轧辊尺寸、轧辊运动、以及其它轧制参数对大型环件径轴向轧制变形的影响规律,研究结果为实际生产过程中制定最优的轧制工艺提供了理论指导。

关键词：径轴向轧制大型环件有限元建模成形规律轧制参数

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大型环件制坯工艺的研究

大型环件制坯工艺的研究

作者：李承鼎武汉理工大学

学位级别：硕士

重型机械、发电设备、石油化工、船舶制造等行业中一些关键零部件是由大型环件构成。大型环件生产中毛坯的好坏对后续的轧制成形有着决定性的作用,大型环件的毛坯是由铸锭制坯而成,由于铸锭内部冷却与凝固过程不均匀,导致其化学成分、... 详细信息

重型机械、发电设备、石油化工、船舶制造等行业中一些关键零部件是由大型环件构成。大型环件生产中毛坯的好坏对后续的轧制成形有着决定性的作用,大型环件的毛坯是由铸锭制坯而成,由于铸锭内部冷却与凝固过程不均匀,导致其化学成分、组织状态分布极不均匀及缩孔、疏松、偏析和夹杂物等缺陷,必须通过锻造工艺改善其缺陷,传统的制坯工艺容易出现变形不均匀、外观质量差等缺陷,导致最终的大型环件报废。本文基于有限元软件对大型42CrMo铸锭的镦粗成形工艺和304L不锈钢的锻棒工艺进行了研究,研究结果为大型环件的制坯工艺提供指导。对于大型42CrMo铸锭的镦粗成形工艺：建立两步镦粗成形工艺和三步镦粗成形工艺的热力耦合模型。通过模拟仿真,揭示了锥形结构砧参数（L值、锥角）对镦粗后毛坯的变形情况、鼓形系数的影响规律,研究了两步法镦粗成形工艺和三步法镦粗成形工艺过程中毛坯的等效应变分布规律、金属流动规律、应力值规律、成形载荷的变化规律,与平砧镦粗成形工艺进行对比,发现采用锥形结构砧的镦粗工艺能够使镦粗后毛坯变形更加均匀,外形质量更好,内部应力状态更好。对于304L不锈钢的锻棒工艺：针对实际过程中大型304L不锈钢环件出现的粗晶问题进行分析,提出增加锻棒工艺来改善铸锭的性能。通过有限元软件模拟了锻棒工艺,根据模拟的结果,制定出锻棒工艺的具体步骤,通过实际轧制生产,最终解决了大型304L不锈钢环件粗晶问题。

关键词：大型环件镦粗成形锻棒工艺成形规律锥形结构砧参数