邹震宇[1]2016年在《基于晶粒匀细化双目标的耐热合金电镦工艺参数优化设计》文中进行了进一步梳理本文主要以电镦过程晶粒均匀细化为目标对电镦工艺参数进行优化设计,为实际电镦生产减少产品微观缺陷提供理论依据。首先利用3Cr20Ni10W2奥氏体耐热合金等温压缩实验真实应力应变数据建立了该材料高温塑性变形过程流变应力BP神经网络本构模型。结合电-热-力耦合有限元分析方法和材料动态再结晶和晶粒长大过程数学模型构建3Cr20Ni10W2奥氏体耐热合金电镦工艺宏微观多尺度有限元定量分析平台。根据有限元分析结果,采用响应曲面法建立电镦工艺参数与晶粒大小及其分布状态定量指标的动态响应关系,利用遗传算法对电镦工艺晶粒均匀细化双目标进行了工艺参数优化设计。研究结果对合理制定和优化电镦工艺参数具有重要的理论指导意义和实际应用价值。本文主要研究内容及结论如下:(1)在温度为930℃~1130℃、应变速率为0.01 s-1~10 s-1的变形条件下对3Cr20Ni10W2奥氏体耐热合金进行等温压缩实验,并利用实验获得的真实应力应变数据,建立了3Cr20Ni10W2奥氏体耐热合金高温塑性变形过程流变应力BP神经网络本构模型。(2)通过MSC.Marc有限元分析软件自带的电-热-力耦合分析平台,结合3Cr20Ni10W2奥氏体耐热合金变形过程动态再结晶及晶粒长大数学模型,建立了电镦过程电-热-力耦合宏微观多尺度有限元定量分析平台,对电镦过程坯料宏观温度分布、变形状态以及微观晶粒尺寸大小及晶粒分布状态进行了定性与定量的研究。(3)采用四因素Box-Behnken试验设计方法设计有限元模拟方案,基于有限元分析结果,采用响应曲面法建立了电镦过程加热电流、夹持长度、镦粗力、砧子缸后退速度等主要工艺参数与晶粒度与晶粒分布不均匀度之间的动态响应关系。以所建立的两个响应曲面模型作为目标函数,采用多目标遗传算法进行多目标优化求解,对电镦工艺参数进行了优化设计,根据工艺参数优化结果,提出一套基于晶粒匀细化目标的电镦工艺参数方案。(4)基于优化工艺参数方案,完成了电镦件的试制实验,经过金相分析,将实验数据与模拟结果进行对比,验证了工艺优化方案的可靠性以及电镦工艺宏微观多尺度有限元定量分析方法的可靠性。
邝卫华[2]2002年在《气门电镦成形过程的数值模拟与实验研究》文中研究表明近年来，随着电子计算机技术的飞速发展和广泛应用，在工程技术领域内出现了一种新的强有力的数值计算方法-有限元法。利用有限元法分析塑性加工工艺过程已经成为塑性加工理论分析的重要工具，不仅能够较好的处理摩擦、材料的硬化、各种工艺参数对成形过程的影响，而且还可以获得变形体在成形过程中任意时刻多方面的变形力学信息，包括应力场、速度场、应变速率场等。 本论文通过对气门电镦成形过程塑性变形规律的研究，简要的叙述了有限元的发展史、气门电镦的特点及研究现状；详细阐述了刚塑性有限元法的原理，以及罚函数法数学模型的推导及应用技术。针对电镦成形工艺，提出了一种变体积镦粗的网格再划分算法，并就有限元模拟技术中的网格畸变、节点优化及新旧网格场量传递等问题，提出了自己的见解。本文还列出了有限元的计算程序结构图，计算出了气门在不同变形时刻的应力、应变、应变速率分布情况，并模拟了不同变形终步时气门的网格变化情况，与实验所得结果非常吻合。本文的实验部分详细叙述了实验方案的确定，直观的观察气门在镦粗成形过程中材料的流动特点及规律。 所有这些实验与理论分析，都为该零件在日后厂家生产时，在气门的工艺分析、参数选择等问题上，提供可靠的理论依据，对缩短研制周期、降低废品率、节省生产及研究费用、开发智能控制系统，都有极大的帮助。
梁建婷[3]2015年在《奥氏体耐热钢变形机制叁维映射关系构建及电镦关键参数非线性加载路径设计》文中研究说明本文通过在Gleeble-1500热模拟试验机上进行的等温热压缩试验,获得该合金的高温流变应力曲线,研究了3Cr20Ni10W2奥氏体耐热钢的高温变形行为特点。通过获得的试验数据计算出应变速率敏感系数(m)、功率耗散因子(η)和失稳系数(ζ),并绘制了3Cr20Ni10W2奥氏体耐热钢的叁维功率耗散图、叁维失稳图以及加工图,结合对微观组织的分析,获得该合金发生稳健变形的温度及应变速率工艺参数范围,最后建立了该合金的叁维变形机制图。根据识别出来的细晶变形区域初步建立电镦工艺的电流-速度非线性加载模式,并通过再结晶体积分数、晶粒尺寸和电镦外形等指标对速度-电流非线性加载模式进一步优化,获得最优非线性电流-速度加载方案。主要的研究内容及结论如下:①在变形温度为1203~1403 K、应变速率为0.01~10 s-1条件下对3Cr20Ni10W2奥氏体耐热钢进行热压缩试验,并获得了设定条件下的真应力-真应变曲线。分析得出,由动态回复为主要软化机制的应变应变曲线随着应变的增加先呈现出迅速增长的趋势,达到峰值后逐渐趋于平稳状态;而由动态再结晶为主要软化机制的应变应变曲线随着应变的增加先呈现出迅速增长的趋势,达到峰值后出现一定程度的下降,之后再趋于稳态。②根据热压缩试验获得的真应力、应变数据,基于动态材料模型为基础的加工图理论,绘制出叁维功率耗散图、叁维失稳图、叁维加工图以及叁维变形机制图,并识别出3Cr20Ni10W2奥氏体耐热钢的加工安全区以及各变形机制。对加工图进行分析,确定3Cr20Ni10W2奥氏体耐热钢发生稳健变形的温度区间在1333~1403 K,应变速率区间在0.01~0.66 s-1。③利用Fortran软件开发了3Cr20Ni10W2奥氏体耐热钢的再结晶和晶粒尺寸子程序。通过热压缩数值模拟以及金相结果,验证了该子程序的可靠性。④基于非线性有限元软件Marc建立了电镦的数值模型,并且结合叁维加工图识别出的最佳变形应变速率范围,对电镦工艺进行了一系列非线性电流-速度条件下的数值模拟。通过分析不同加载条件下的模拟结果,可知:随着加载电流的减小,坯料温度降低,再结晶体积分数稍稍升高,晶粒尺寸呈减小趋势;随着后退速度的减小,温度、再结晶体积分数和晶粒尺寸均会有所降低。⑤综合考虑电镦制件成形的晶粒尺寸还有再结晶体积分数以及轮廓外形,选择出最优的非线性电流-速度加载方案,为实际气门电镦生产提供了理论指导。
朱建伟[4]2005年在《智能气门电镦机实时控制系统及其模糊PID控制的研究》文中指出随着国民经济的飞速发展,人们生活水平的不断提高,汽车渐渐进入了日常家庭,其需求量在快速的增长。汽车的核心是发动机,而发动机进排气门是发动机的重要零件,由于汽车行业的迅速发展,发动机的气门数量由2气门向3气门、4气门、甚至16气门的多气门方向发展,从而对气门的数量和品种的需求越来越多,同时对其质量的要求也越来越高。然而,我国汽车工业的技术水平相对落后,例如气门电热镦粗控制技术的落后,导致生产效率低下、资源浪费,同时生产成本难以提高,因此实现气门电热镦粗控制的自动化和智能化,提高生产技术水平,是目前电热镦粗生产过程急需解决的问题。 根据怀集气配厂现有传统卧式气门电镦机的基本原理,综合国内外最新的控制方案,本文针对实际课题的要求,提出了智能气门电热镦机的实时控制方案及基于模糊PID控制的电流控制算法。控制核心设备采用上、下两级研祥工业控制计算机,叁菱PLC。上、下两级工控机通讯采用自设计的具有校验能力的串口通讯协议,工控机与PLC之间通过I/O卡进行并行通讯。上位机使用WINDOWS操作系统,负责参数显示、数据库存取等任务;下位机采用DOS实时操作系统,主要负责实时的采样各传感器的信号、控制镦粗速度、压力及加热电流等工艺参数;PLC主要负责气门电热镦粗过程的逻辑控制,具有高可靠性和光电隔离等作用。对于气门电热镦粗,本智能控制系统具有手动、半自动、自动等叁个控制模式,与传统的电热镦机相比,具有数字化、图形化、操作人性化与数据处理功能强大等优点。对于电热镦粗过程中最重要的工艺参数——加热电流,本文还提出了基于模糊PID控制的控制算法,符合了气门电热镦粗控制的非线性性,并能最大程度的利用工厂工人原有的操作经验,具有较强的适应性和鲁棒性。 由于一般的工业控制较少使用计算机进行实时控制,所以本课题的难点在于如何实现工控机的实时控制、在环境复杂的工业现场实现串行通讯以及在实时的环境下实现模糊PID算法的控制。 本文应用了一种新型的控制结构和引入了模糊PID控制算法,对气门电热镦粗的自动化、智能化控制的开发研究进行有益的探索,提出了明确的观点和方案。
詹宗杨[5]2017年在《镍基超合金动态再结晶与晶粒生长模型构建及其应用》文中研究表明气阀恶劣的工作条件对气阀的力学性能提出了严苛的要求。当材料成分一定时,材料的微观组织很大程度上决定了材料的力学性能。因此,对气阀材料微观组织的研究具有极其重要的实际意义。为此,本文开展了Nimonic 80A镍基超合金等温压缩实验和晶粒生长实验,根据实验结果研究了该合金的动态再结晶及晶粒生长规律,并建立了动态再结晶模型和晶粒生长模型。通过将计算的模型与有限元软件相结合建立了Nimonic 80A超合金气阀电镦工艺的有限元模型,研究了气阀电镦工艺过程的微观组织演变规律。本文主要的工作内容及得到的主要结论如下:1.分别采用Gleeble-3500热模拟试验机和M.MF.03000数控数显熔金炉对Nimonic 80A超合金开展了等温压缩实验和晶粒生长实验,为研究Nimonic 80A超合金动态再结晶行为和晶粒生长行为提供了实验及数据基础。2.Nimonic 80A超合金流动应力随应变速率升高或变形温度降低而升高。该合金主要的软化机制为动态再结晶。而且,动态再结晶体积分数和动态再结晶晶粒尺寸随着温度升高而升高,随着应变速率升高而降低。通过计算得到了Nimonic80A超合金动态再结晶临界应变模型、体积分数模型和晶粒尺寸模型。3.在高温状态下Nimonic 80A超合金晶粒会发生不同程度的生长。在温度一定时,晶粒尺寸随保温时间的增加而增加,但晶粒生长的速度有所降低;在保温时间一定时,晶粒尺寸随着温度升高而增加,且温度越高晶粒生长幅度越大。通过计算得到了Nimonic 80A超合金晶粒生长模型。4.基于有限元分析软件DEFORM-2D建立了涵盖Nimonic 80A超合金电镦过程中宏观变形和微观晶粒尺寸的多尺度有限元分析模型。通过有限元数值模拟分析了电镦工艺的变形过程及微观组织演变情况并研究了电镦过程动态再结晶和晶粒生长对晶粒尺寸的影响规律。结果表明,具有晶粒粗化作用的晶粒生长和具有晶粒细化作用的动态再结晶在电镦过程中同时存在,共同决定最终的晶粒尺寸,总体上看在电镦过程中动态再结晶的晶粒细化作用更加明显。
李明[6]2008年在《电镦机气—液联合驱动系统研究》文中研究表明气门是发动机的“心脏”零件,近年来随着汽车产量激增及对性能要求的提高,对气门的制造提出了越来越高的要求。国内生产气门锻件毛坯普遍采用电热镦粗成形工艺。电镦过程涉及的工艺参数较多,如何通过优化工艺参数改进电热镦粗工艺,这方面国内外学者已经做过大量研究,但是对于电镦机本身驱动系统的研究还很少。随着气动、液压技术的不断进步和应用领域与范围的不断扩大,对电镦机的质量也提出了更高的要求。如何提高电镦机的控制精度,增强环境适应能力,改进动态品质,缩短设计周期,优化系统方案成了人们亟待解决的问题。本文针对电镦机驱动系统的研究,对提高电镦机的质量具有重要意义。本文在总结国内外电镦机驱动系统的基础上,本着实用、可靠、投资少的原则,按照企业的要求,着重进行了电镦机气—液联合驱动系统设计、计算、选件、安装、调试。为了分析比较全液压驱动和气—液联合驱动电镦机的动态性能,针对这两种不同的驱动系统建立了数学模型,利用Matlab/Simulink工具箱的递阶结构向上构造出了整个系统的大模型,并根据实际情况对模块参数赋予合适的数值。按照输入阶跃信号对系统进行了仿真。对仿真结果进行分析。在仿真的基础上,再对两种不同驱动方式的电镦机进行实验研究,由仿真及实验结果表明:1.经过现场实验,运行结果表明:作者设计的电镦机气—液联合驱动系统工作稳定,整体设计合理、技术先进、性能可靠、成本低,实现了预期的设计目标。2.仿真及实验所得镦粗缸进气腔压力曲线基本吻合,证明所建立的仿真模型是准确有效的。3.仿真及实验结果表明:气—液联合驱动电镦机相比全液压驱动电镦机具有更好的动态特性,镦粗过程中镦粗力更稳定。作者提出的对电镦机工作装置驱动系统的建模与仿真方法,对进一步分析影响其动态品质的因素,提出改进的措施也有指导意义。
郑淼焱[7]2011年在《高温大变形条件下21-4N气门钢物理力学性能的研究》文中指出实际生产应用中广泛存在多物理场耦合变形过程。在耦合变形时,金属电阻率变化将显着影响工件温度分布,同时温度也将使电阻率产生变化,温度还影响其他材料性能,对性能参数的测试造成极大的困难。目前高温大变形过程中材料参数的系统深入的研究还少见报道。本文基于国家自然基金项目《电热镦粗成形电热力多物理场耦合大变形机理研究》,通过对21-4N奥氏体气门钢高温大变形条件下的物理力学性能和组织的研究,明确了该钢在高温大变形条件下的导电导热和力学性能参数,对进一步建立金属材料在多物理场耦合下的材料模型有重要意义。主要内容如下：1.采用Gleeble-1500D热模拟试验机进行高温等温压缩试验,运用金相显微镜和扫描电镜对变形组织进行分析；采用X射线衍射技术对试样变形区进行物相分析。高温压缩试验结果表明：试验钢高温稳态应力和峰值应力随变形温度的降低和应变速率的提高而增大。真实应变ε为0.7时,变形温度T在1000℃、1100℃,应变速率ε在0.005 s-1、0.01 s-1的试样均己发生动态再结晶。2.利用21-4N气门钢高温塑性变形时稳态应力σ、应变速率ε和变形温度T之间的相关性,求出了四个材料常数的值,其分别是：结构因子A=1.008×1018,应力水平参数α＝0.0053,应力指数n=6.1945和变形激活能Q=464.237 kJ/mol；并由回归法确定高温变形方程如下：ε=1.008×1018[sinh(0.0053σ)]6.1945exp(-464237、RT)3.采用标准四探针法,在ZEM-3型电性能测试装置中,测试了不同变形程度(真实应变ε为0.05-0.55)和不同温度(575-953℃)下的电阻率,结果表明,相同变形程度时,电阻率随温度的升高而略有上升但幅度不大；相同温度时,变形程度较小时,电阻率变化不大,随着变形程度的增加电阻率先升高后降低,出现一个峰值。这与形变诱导第二相析出,并使析出相聚集,晶内贫化,晶粒拉长有关。4.采用差热扫描量热法(DSC),在STA-449C同步热分析仪中,测试了不同变形程度(真实应变ε为0.2-0.6)和不同温度(40-1000℃)下的比热容,结果表明,不同变形程度下,试验钢随温度的升高趋势相同(即除Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ叁个热效应区析出第二相外,符合德拜模型)；当温度相同时,变形程度越大,试验钢比热容越小,且减小的趋势越明显。这是因为,变形程度越大,位错密度越多,存储能量越多,在之后的升温过程中释放出来,导致比热容降低。
参考文献：
[1]. 基于晶粒匀细化双目标的耐热合金电镦工艺参数优化设计[D]. 邹震宇. 重庆大学. 2016
[2]. 气门电镦成形过程的数值模拟与实验研究[D]. 邝卫华. 广东工业大学. 2002
[3]. 奥氏体耐热钢变形机制叁维映射关系构建及电镦关键参数非线性加载路径设计[D]. 梁建婷. 重庆大学. 2015
[4]. 智能气门电镦机实时控制系统及其模糊PID控制的研究[D]. 朱建伟. 广东工业大学. 2005
[5]. 镍基超合金动态再结晶与晶粒生长模型构建及其应用[D]. 詹宗杨. 重庆大学. 2017
[6]. 电镦机气—液联合驱动系统研究[D]. 李明. 广东工业大学. 2008
[7]. 高温大变形条件下21-4N气门钢物理力学性能的研究[D]. 郑淼焱. 广东工业大学. 2011
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