电镦锻成形多场耦合数值模拟及工艺参数优化

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在气阀加工制造流程中,电镦锻对产品废品率、成形质量及生产率都有着举足轻重的影响。提高气阀生产的整体效益必须借助科学的分析方法对电镦工艺进行系统的研究。而电镦过程涉及的工艺参数较多,且各参数相互影响、相互制约。基于若干工件实验或工艺过程来定性分析电镦工艺参数,缺乏理论指导及使用普遍性。如何通过优化工艺参数改进电镦工艺,是气阀生产行业亟需解决的问题。  本文针对电镦工艺缺乏正确、合理的系统研究及优化电镦工艺手段的问题,提出采用电-热-结构三场交互耦合模拟的方法作为定量研究分析的有力手段。在总结前期对电镦工艺进行定性分析的基础上,采用最前沿有限元模拟技术构建长杆类坯件局部电热镦粗成形定量分析平台,对成形机理,工艺数值分析与优化等方面展开了研究,以期为指导实际生产过程提供了理论和工艺依据。对现对全文工作总结如下:  ①分析了电镦锻加热与成形过程中有限元求解中的传热过程、电场分布及刚粘塑性模型的求解算法,建立了多场交互耦合分析的有限元解析思路,作为求解完整的电镦锻加热成形过程的电-热-力耦合模拟有效途径。  ②在有限元软件MSC.Marc平台下,借助必要的二次开发,解决了有关模拟仿真中的多场耦合、材料建模、接触电阻等关键技术的基础上,适当简化分析模型,精准表征电流、力等边界约束条件,建立了涵盖加热、变形的电镦制坯有限元分析平台,实现对主要工艺控制参数的定量分析。  ③着眼于3Cr20Ni10W2耐热合金材质的某中等规格气阀锻件的电镦成形过程,对该气阀的成形过程、温度场、等效应力场、等效塑性应变场、电流密度场、电势场等进行数值模拟,分析了电镦成形的规律与特点。  ④总结了影响气阀电镦成形质量的影响因素及参数选择依据,提出以成形―蒜头‖外形、高径比、成形时间、最高温度等参数,作为评价电镦成形质量及效果的指标,以获得 A型―蒜头‖形状为目标,进一步研究了夹持长度、镦粗力、镦粗电流、砧子后退速度等主要工艺参数对电镦锻成形质量的影响。  ⑤分析成形过程中二次―蒜头‖缺陷产生原因及解决措施;通过自编的镦粗电流自适应加载子程序,从对变形温度场稳定控制的角度研究获得最佳成形质量的最优成形工艺参数,最后归纳提炼出一套适宜的成形工艺规范。
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