结构钢调质后冷锻变形行为及多工位高速锻造工艺优化研究

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以40Cr正挤压试验为主,研究结构钢调质后冷锻变形行为。试验所得挤压件成形质量良好,试件内部未出现“中心爆裂”现象且无微裂纹,金属流线分布合理;挤压件前端出现双峰现象,双峰指数随变形程度增大不断增大,大变形程度可克服双峰现象;分析了变形程度、凹模锥角、调质硬度与润滑方式等因素对成形力的影响,发现变形程度影响最大,而润滑方式几乎无影响;变形前的等轴晶在挤压过程中沿挤压方向被拉长,该现象表层比中心处明显,且挤出端比塑性变形区更明显;挤压件硬度分布不均匀,表层硬度高于心部硬度,急剧变形区硬度大于挤压件前端硬度;模拟结果与试验结果一致性良好,根据模拟与试验结果绘制了考虑坯料初始调质硬度的诺模图。   在结构钢调质后冷锻变形行为研究的基础上,提出的结构钢调质后再冷锻的新工艺,与常规的软化处理后冷挤压+调质处理相比,具有工艺路线短、节能降耗和降低成本等优点。花键挤压和套挤压实例研究结果,特别是轮毂锁紧套的批量生产,充分说明该工艺的工程意义。   分析了多工位高速锻造工艺的特点及问题,阐述了多工位高速锻造工艺优化系统的系统框架,并重点介绍了优化案例模型定义、近似模型建模和优化计算等主要功能模块;提出统一用折叠角来对二维和三维模拟结果中的折叠现象进行判定的研究思路;并分别以某凸轮零件的3工位热锻工艺和某三角螺栓零件的4工位冷锻工艺为例,选择预成形锻件上的关键参数作为设计变量,在保证满足型腔充填和无折叠等约束条件的前提下,以降低各工位载荷为目标,进行了工艺优化设计,并取得良好的优化效果。   以某驻车齿轮零件为例,开展了直齿轮热锻-冷锻联合精密成形工艺的初步研究。采用热模拟试验研究了齿轮材料20CrMnTiH的高温塑性变形行为,获得了不同温度、不同应变速率条件下的材料流动应力曲线,流动应力对应变速率十分敏感,应变速率较低时,20CrMnTiH热变形属于动态再结晶型;对发生复杂大变形的热锻工艺过程进行模拟,并分析镦粗、预锻和终锻过程中的温度场、应变场、速度场,以及成形载荷的变化情况;现场工艺试验结果与模拟结果的一致性较好,为进一步工艺改进与优化奠定了良好的基础。
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