摩擦因子对空心钢锭墩粗变形的影响[ 05-08 09:05 ]

考虑到摩擦因子可能对空心钢锭墩粗变形规律产生影响，选用热锻干摩擦因子0. 7与有润滑的摩擦因子0. 3两组摩擦因子，对D/t=4, H/t=1. 5,2.5、3的模型进行对比模拟分析。由于增加润滑，摩擦因子降低，在墩粗时端面金属流动受阻减小，在同等压下量下，空心钢锭内鼓的失稳倾向降低，但内凹失稳变化不明显。H/t=1. 5的空心钢锭，减小摩擦后内鼓减小;H/t=2. 5和3的空心钢锭减小摩擦后对钢锭内凹失稳的改善作用不大。因此，在实际空心钢锭墩粗过程中，对于H/t=1. 5的空心钢锭，若能降低钢锭端面与工模具之间的

尺寸效应、摩擦因子与温度对空心钢锭墩粗变形的影响[ 05-08 08:05 ]

尺寸效应对空心钢锭墩粗变形的影响考虑到尺寸效应可能对空心钢锭墩粗变形规律产生影响，因此，把小模型放大20倍进行研究，选取D/t=4, H/t=3, 2.5两组尺寸比例的模型进行对比分析。      (1) H/t=3，压下量为20%时，小模型与大模型的墩粗对比。    由以上数值模拟结果可以看出，大模型的变形流动规律和等效应变分布与小模型一致，因此，小模型的数值模拟结果可以用于指导大模型，空心钢锭的墩粗变形主要受锭型的尺寸比例的影响与锭

镦粗模拟分析结果（5）[ 05-07 10:05 ]

高度H/壁厚t=4外径D/壁厚t分别取5, 6时的模拟结果(1) D/t=5时空心钢锭分别在20%, 25%, 30%墩粗压下量下的等效应变图:(2) D/t=6时空心钢锭分别在20%, 25%, 30%墩粗压下量下的等效应变图:    由图3. 20和3. 21可以看出，在H/t=4时，不同D/t的空心钢锭变形趋势一致。H/t=4时变形开始时有内孔壁凹陷的趋势，随着变形量的增加，空心钢锭内孔壁凹陷越来越严重，同时变形不均匀程度也增大，凹陷不严重时，在拔长和扩孔工序中可以将凹陷压平，凹

镦粗模拟分析结果（4）[ 05-07 09:05 ]

高度H/壁厚t=3外径D/壁厚t分别取3, 4,  5,  6时的模拟结果(1) D/t=3时空心钢锭分别在20%, 30%, 40%墩粗压下量下的等效应变图:(2) D/t=4时空心钢锭分别在20%, 30%, 40%墩粗压下量下的等效应变图:(3 ) D/t=5时空心钢锭分别在20%, 30%, 40%墩粗压下量下的等效应变图:(4) D/t=6时空心钢锭分别在20%, 30%, 40%墩粗压下量下的等效应变图:    由图3. 15,  3. 16,

镦粗模拟分析结果（3）[ 05-07 08:05 ]

高度H/壁厚t=2. 5外径D/壁厚t分别取3, 4,  5,  6时的模拟结果(1) D/t=3时空心钢锭分别在20%, 30%, 40%墩粗压下量下的等效应变图：(2) D/t=4时空心钢锭分别在20%, 30%, 40%墩粗压下量下的等效应变图：(3 ) D/t=5时空心钢锭分别在20%, 30%, 40%墩粗压下量下的等效应变图：(4) D/t=6时空心钢锭分别在20%, 30%, 40%墩粗压下量下的等效应变图：由图3. 10,  3. 11,  3. 12和3.

镦粗模拟分析结果（2）[ 05-06 10:05 ]

高度H/壁厚t=2外径D/壁厚t分别取3, 4, 5, 6时的模拟结果(1) D/t=3时空心钢锭分别在20%, 30%, 40%墩粗压下量下的等效应变图:(2) D/t=4时空心钢锭分别在20%, 30%, 40%墩粗压下量下的等效应变图：(3 ) D/t=5时空心钢锭分别在20%, 30%, 40%墩粗压下量下的等效应变图:(4) D/t=6时空心钢锭分别在20%, 30%, 40%墩粗压下量下的等效应变图:    由图3. 5和3. 6可以看出，在H/t=2时，D/t=3和D/t

镦粗模拟结果分析[ 05-06 09:05 ]

高度H/壁厚t=1.5外径D/壁厚t分别取3, 4时的模拟结果(1) D/t=3时空心钢锭分别在20%, 30%, 40%墩粗压下量下的等效应变图:(2) D/t=4时空心钢锭分别在20%, 30%, 40%墩粗压下量下的等效应变图:    由图3.2 (a)可知，空心钢锭墩粗变形可以分为I难变形区、II小变形区和III大变形区。由图3. 2 ,图3. 3可以看出，H/t=1. 5时随着变形量的增加，内孔直径不断减小，空心钢锭内外表面产生鼓型，从而不利于后续的拔长或扩孔工艺的实施;随着

镦粗有限元模型建立[ 05-06 08:05 ]

以Deform-3D软件作为数值模拟平台，采用三维刚塑性有限元模型，上、下模和空心钢锭由PRO/E软件生成STL文件并导入到DEFORM前处理中，网格划分选用软件默认的自适应网格划分，试件材料模型使用2. 25Cr 1Mo0. 25V钢;墩粗模拟时锻件初始温度为1200℃，模具温度为300℃ ,摩擦因子(热锻无润滑条件下)选取0. 7，实体间接触传热在锻造过程中选取11W/ (m2K)，在停锻过程中取为1W/ (m2K)，周围环境温度设定为室温20℃，热对流系数选取为0. 02W/ (mzK)。上砧压下速率设定为1

金属塑性有限元的发展历程概述[ 05-05 10:05 ]

在金属成形工艺方法中，金属塑性加工是其重要的方法之一，金属塑性加工具有效率高、节约原材料、可以有效地改善金属力学性能和组织等优点。因此，塑性加工被广泛地应用于制造业之中，是制造业中的一个重要分支。据统计，全世界四分之三的钢材都需要经过塑性加工后才能使用，在我们所熟知的汽车工业中锻件和冲压件数量约占汽车总零件数的五分之三以上，在航空航天、重型机械、军工等工业领域也占有相当大的比重。    传统的金属加工主要借鉴以往经验和试错的方法进行工艺制定和工模具设计，因此，产品的新工艺和工模具的开发

终锻时晶粒的变化情况[ 05-05 09:05 ]

图5-8为终锻结束时坯料的平均晶粒尺寸分布图。从图中可看出，有29.10%的区域还保持初始晶粒尺寸，较预锻结束时的17.05%，还提高了11.95%。其主要原因是在终锻时飞边部位金属由于金属流动受较大摩擦力缘故会产生大量变形热从而使得该部位的金属温度升高，促进了晶粒长大，从而使的锻件的整体平均晶粒尺寸由预锻结束时的151um上升至15 5um。但这部分大的晶粒主要在飞边区，对锻件的性能影响不大。图5-9为终锻结束时几个典型截面上的平均晶粒尺寸分布。从图中可以看出，终锻结束时大头部区域的平均晶粒尺寸主要在135~16

预锻时晶粒的变化情况[ 05-05 08:05 ]

预锻结束时坯料的平均晶粒尺寸分布如图5-7所示。由图可知，杆部区域的晶粒尺寸主要在100~110um之间，晶粒在预锻时得到细化，对于提高连杆的疲劳强度十分有益。小头部区域的晶粒也得到细化，其晶粒尺寸主要在135~145um之间。预锻结束后，还保持初始晶粒尺寸的区域减小到17.05%，较辊锻结束时减少了27.91%。预锻结束后，坯料的整体平均晶粒尺寸为151um,较辊锻结束时减小了7um。

优化后连杆成形过程有限元模拟[ 05-04 10:05 ]

上节中所得的优化辊锻毛坯是按照优化面积法所得，并且直接将其作为始毛坯进行数值模拟，未考虑辊锻过程的影响，因此需要对其进行四道次辊锻有限元模拟与预锻、终锻模拟，以保证数值模拟的可靠性。参照第三章的辊锻工艺设计方法，对优化后的毛坯进行辊锻工艺设计，得到辊锻毛坯图及辊锻模具，建立有限元模型后，对优化后方案进行数值模拟，得到如图4-17所示连杆成形图。从图中可以看出，终锻件充满，飞边较为均匀，提高了材料利用率。

辊锻坯料的优化过程[ 05-04 09:05 ]

表4-1为杆部截面面积的修正变化情况。以第一次为例，锻件杆部工字筋截面积为404.8mm2，修正前对应的辊锻毛坯杆部截面为边长为23.1mm的正方形，面积为533.6mm2，则此时飞边面积为128.8mm2。第一次修正时取修正系数“=0.2，修正飞边25.8mm2，修正后杆部坯料截面面积为507.8mm2，对应的方形边长为22.6mm，建立有限元模型进行数值模拟，杆部充填情况如图4-15(a)所示。从图4-15可看出第四次修正时杆部工字筋部位没有充满，第三次时杆部与大头部过渡区飞边几乎没有，而选择第二次

辊锻坯料的优化方法[ 05-04 08:05 ]

本文采用文献和中采用的修正截面面积法对杆部进行优化。修正截面面积法的主要思路是利用逆向计算，对毛坯的横截面进行循环修正，直到满足保证终锻件充满的情况下飞边最小。从式4-1可以看出，修正系数为0表示没有修改，修正系数为1，表示飞边全部消除。但并不是修正系数越大越好，过大的修正系数可能导致终锻件充不满。并且单次修正系数不宜过大，一般为0.2一0. 5之间，具体取值根据设计经验选取。计算得到对应位置经过修正的截面面积后，在对应的毛坯截面上减去该修正的截面面积，反复修正，得到最优化的坯料，提高材料利用率。

辊锻坯料的优化原理[ 05-03 10:05 ]

从图4-11可以看出，大头部端面两个拐角部分的飞边很小，可知该部位对应的杆部金属截面己接近到达临界值，横向上无优化的空间;由于连杆大头部的结构的特殊性，在终锻的开始阶段，大头部的两端金属就被挤压到型腔外部，所以头部区域的金属无优化的空间;小头部的飞边较为均匀，因为在实际生产中大头部先接触上模，小头部金属是悬空向上接触上模型腔，横向上有发生偏移的可能，所以确保成形，不在小头部进行优化;而杆部飞边较大，仍然存在一定优化空间，因此可以对辊锻坯料杆部金属进行优化。

终锻过程的载荷分析[ 05-03 09:05 ]

图4-14为原工艺的毛坯必65X157mm和理论计算毛坯必65 X 142mm的终锻时成形载荷曲线，开式模锻中分墩粗、成形、靠模阶段，在靠模阶段载荷明显迅速增大，这与实际吻合。两种工艺下的最大载荷力分别为:9.17X106N，8.12X106N。由于后者的辊锻坯料减少，并且金属分配更加合理，使得其在终锻时的最大载荷比原工艺下降了约1.05X106N。模具受到的载荷降低，寿命提高。虽然通过设计所得的连杆成形结果能满足工艺要求，仍然存在一定优化空间。所以，可以对辊锻制坯坯料的优化提高材料利用率。但飞边还不均匀，减少金属

终锻过程的应力，应变分析[ 05-03 08:05 ]

终锻结束时坯料的应力场分布如图4-13  (a)所示。从图中可以看出，在整个坯料上，应力场分布较为均匀，应力值较大的区域在大头部边缘的尖角处，符合金属塑性流动规律。终锻结束时坯料的应变场分步如图4-13  (b)所示。从图中可以看出，在终锻时，工字筋部发生了充分的塑性变形，该区域的应变值较大。

终锻过程填充性分析[ 05-02 10:34 ]

坯料经过四道次辊锻制坯、预锻、终锻成形后得到终锻件如图4-12所示锻件充填良好，飞边较原工艺有所减少，无折叠等锻造缺陷，符合设计要求。此时材料利用率为77.6%，较原工艺提高了8.1%。但是，从图4-12中可以看出终锻飞边仍然不够均匀，坯料的尺寸和还有减小的空间，辊锻的工艺还可优化。

预锻过程中应力应变分析[ 05-02 10:25 ]

预锻结束时坯料的应力、应变分布如图4-11所示。从图4-11（a）可以看坯料的应力分布较为均匀，应力较大的区域主要在大头部的外端边缘;从4-11 ( b)可以看出，杆部区域的应变值最大，说明杆部区域经过的充分的变形，对于改善内部组织具有良好作用。

预锻过程中温度场分析[ 05-02 10:11 ]

预锻结束时温度场分布如图4-10所示。从图中可以看出，预锻结束后坯料上的温度分布在1000~1120之间，而40Cr的终锻温度为8000C，所以能够满足终锻温度要求。