精锻成形技术与装备

本书阐述了精锻成形技术与装备领域的基础研究和产业应用进展，主要内容包括精锻材料塑性变形行为的基础理论和研究方法，精锻过程材料微观组织演化行为和多尺度模拟方法，精锻成形的新技术和新方法，齿轮类零件、轴类零件以及轻合金零件等典型精锻产品的工艺开发、模具设计，以及精锻设备和自动化生产线等关键成套技术的研发与应用等。本书适合材料加工工程、机械设计制造及自动化等相关领域的科技人员参考使用，也可以作为高等学校相关专业的研究生教材。

前言
第1章 绪论 1
1.1 精锻成形技术的内涵和基本类型 1
1.1.1 精锻成形技术的内涵 1
1.1.2 精锻成形技术的基本类型 2
1.2 精锻成形技术的特点及应用 3
1.2.1 精锻成形技术的特点 3
1.2.2 精锻成形技术的应用 4
1.3 精锻成形技术的需求与发展 4
1.3.1 精锻成形技术市场需求分析 4
1.3.2 精锻成形技术需求与发展 5
参考文献 5
第2章 材料的变形行为与测试分析 8
2.1 锻造过程的材料变形行为 8
2.1.1 塑性变形能力 8
2.1.2 锻造时的金属流动 9
2.2 摩擦测试方法 11
2.2.1 圆环镦粗实验 11
2.2.2 双杯挤压实验 14
2.2.3 筋板镦挤实验 16
2.3 拉伸实验 20
2.3.1 测试原理分析 20
2.3.2 根据拉伸特征值近似确定流动曲线 22
2.4 镦粗实验 23
2.5 扭转实验 24
2.6 流动应力的其他测试方法 25
2.6.1 分离式Hopkinson压杆测试 25
2.6.2 纳米压痕测试 28
2.7 微观组织分析方法 30
2.7.1 X射线衍射分析 30
2.7.2 光学显微分析 31
2.7.3 扫描电子显微镜分析 32
2.7.4 透射电子显微镜分析 34
2.8 冲击韧性与疲劳实验 35
2.8.1 冲击韧性实验 35
2.8.2 疲劳实验 36
参考文献 38
第3章 精锻成形控制技术 41
3.1 精锻件尺寸设计与控制 41
3.1.1 精锻件尺寸设计要求 41
3.1.2 影响尺寸精度的主要因素 42
3.1.3 精锻过程控制要点 44
3.2 分流降压控制方法 44
3.2.1 精锻工作压力的影响因素 44
3.2.2 分流降压形式 45
3.2.3 中心孔分流精锻成形 47
3.3 冷精整技术 56
3.3.1 最小精整量的广义胡克定律计算 57
3.3.2 冷精整过程的弹塑性有限元数值模拟 58
3.3.3 相对壁厚及精整量对齿形径向回弹的影响 59
3.3.4 精整量对轴向变形的影响 62
参考文献 63
第4章 精锻过程的热加工图及再结晶行为 65
4.1 热加工图的理论发展与应用 65
4.1.1 热加工图的理论发展 65
4.1.2 热加工图的应用 66
4.2 热加工图建立的理论依据 67
4.2.1 功率耗散图理论 67
4.2.2 失稳图理论 69
4.3 6061铝合金热加工图的建立 71
4.3.1 6061铝合金功率耗散图的建立 71
4.3.2 6061铝合金失稳图的建立 73
4.3.3 金相显微组织分析 74
4.3.4 XRD分析 75
4.4 基于热加工图的筋板件精锻分析 78
4.4.1 筋板件结构参数设计 78
4.4.2 筋板件精锻有限元模拟模型的建立 79
4.4.3 数值模拟结果分析 80
4.5 微观组织演化建模 87
4.5.1 微观组织演化规律 87
4.5.2 动态再结晶模型 90
4.5.3 动态再结晶模型的验证 95
参考文献 98
第5章 精锻成形装备 100
5.1 概述 100
5.1.1 精锻装备的基本要求 100
5.1.2 精锻装备的力能选择方法 100
5.2 精锻液压机 101
5.2.1 精锻液压机的特点 101
5.2.2 精锻液压机的原理与结构 102
5.2.3 伺服液压机 108
5.3 电动螺旋压力机 111
5.3.1 电动螺旋压力机基本原理 111
5.3.2 电动螺旋压力机力能特性 111
5.3.3 数控电动螺旋压力机驱动技术 113
5.4 自动化生产线关键技术研究 114
5.4.1 16MN五工位冷精锻液压机关键技术参数 115
5.4.2 五工位步进式传输机械手的结构设计及功能实现 116
5.4.3 五工位步进式传输机械手与主机各部件的协调运动关系 118
5.4.4 自动生产线其他部件结构与功能设计 128
5.4.5 16MN五工位冷精锻液压机自动生产线各部件协调运动过程仿真 129
5.4.6 机械手与模具协调运动过程优化 131
参考文献 133
第6章 齿轮类零件的精锻净成形 134
6.1 齿轮的应用 134
6.2 精锻齿轮的优点 134
6.3 直锥齿轮精锻技术 135
6.3.1 直锥齿轮的修形 135
6.3.2 冷精锻净成形原理 148
6.3.3 坯料和预成形件的优化设计 151
6.3.4 精锻模具结构优化设计 152
6.3.5 直锥齿轮冷精锻净成形实验与应用 169
6.4 结合齿轮中空分流锻造技术 171
6.4.1 结合齿轮特点 171
6.4.2 结合齿锻造成形工艺与模具设计 172
6.4.3 结合齿轮温成形实验与应用 174
6.5 直齿圆柱齿轮精锻技术 177
6.5.1 直齿圆柱齿轮零件特点与成形工艺分析 177
6.5.2 直齿圆柱齿轮温(热)反挤压工艺 177
6.5.3 直齿圆柱齿轮温(热)精锻成形模具设计 185
6.5.4 温(热)单向反挤压模具结构方案的选用 187
6.5.5 直齿圆柱齿轮中空分流锻造成形实验研究 188
参考文献 189
第7章 轴类件的精锻成形 191
7.1 阶梯轴类件的制造方法 191
7.2 金属流动规律分析 193
7.2.1 冷缩径挤压成形金属流动规律分析 193
7.2.2 冷镦锻成形金属流动规律分析 197
7.3 精锻成形极限 198
7.3.1 缩径挤压的极限变形程度 198
7.3.2 镦锻成形的极限变形程度 200
7.3.3 微量镦粗对缩径挤压工艺与模具设计的影响 201
7.4 工艺设计方法 204
7.4.1 缩径挤压工艺的设计方法 204
7.4.2 镦锻工艺的设计方法 204
7.4.3 工艺设计基本原则与设计方法 205
7.5 多工位自动化生产对模具的要求 207
7.5.1 多工位工艺的要求 207
7.5.2 送料机械手的要求 208
7.5.3 五工位冷精锻模架部分结构设计 208
7.5.4 五工位冷精锻模具工作部分的设计原则与方法 213
参考文献 217
第8章 轻合金零件的精锻净成形 219
8.1 概述 219
8.1.1 闭式精锻 220
8.1.2 等温精锻 220
8.1.3 局部加载成形 220
8.1.4 流动控制成形 221
8.2 7A04铝合金机匣体闭式多向热精锻成形 222
8.2.1 机匣体精锻成形工艺方案制定 222
8.2.2 机匣体闭式多向热精锻热力学模拟分析 224
8.2.3 成形速度的优化 227
8.2.4 预锻件优化 229
8.2.5 闭式多向热精锻工艺实验 234
8.3 7050铝合金上缘条精锻成形 235
8.3.1 上缘条锻件结构分析 236
8.3.2 模锻成形工艺方案制定 236
8.3.3 上缘条精锻成形数值模拟分析 240
8.4 4032铝合金涡旋盘流动控制成形 242
8.4.1 双层筒形件背压流动控制成形规律 242
8.4.2 涡旋盘背压控制成形 247
8.5 Ti1023钛合金涡轮盘精锻成形 252
8.5.1 锻件结构分析 252
8.5.2 精锻工艺方案设计 252
8.5.3 精锻方案数值模拟分析 253
参考文献 256
第9章 塑性变形过程的多尺度模拟 258
9.1 有限元方法模拟 258
9.1.1 有限元方法的基本原理 258
9.1.2 有限元方法的应用 260
9.2 分子动力学方法 264
9.2.1 分子动力学方法的基本原理 264
9.2.2 分子动力学方法的应用 266
9.3 相场法模拟 271
参考文献 272