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一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2019-04-03
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2019-07-16
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2020-10-02
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2039-04-03
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201910264189.8 申请日 2019-04-03
公开/公告号 CN109909413B 公开/公告日 2020-10-02
授权日 2020-10-02 预估到期日 2039-04-03
申请年 2019年 公开/公告年 2020年
缴费截止日
分类号 B21J5/02 主分类号 B21J5/02
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 3
权利要求数量 4 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 湖北汽车工业学院 当前专利权人 湖北汽车工业学院
发明人 陈荣创、李建军、郑志镇、曾大新、杨伟、刘健永、王敏、张元好 第一发明人 陈荣创
地址 湖北省十堰市张湾区红卫教育口车城西路167号 邮编 442000
申请人数量 1 发明人数量 8
申请人所在省 湖北省 申请人所在市 湖北省十堰市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
十堰博迪专利事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
高良军
摘要
本发明公开了一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法,具体步骤为:在有限元软件中导入分析模型并设置边界条件;调用集成了锻模速度曲线优化功能的有限元程序进行有限元模拟;获得优化的锻模速度曲线。其中,锻模速度曲线优化功能的实现流程为:首先设置锻件初始温度T0、初始应变ε0,开始进入迭代循环;在时刻t,将压机允许的速度范围等分或取对数等分为2‑10份,计算耗散系数和失稳系数,计算锻件平均耗散系数;选择平均耗散系数在35‑45%且无失稳点的下压速度Vt作为最佳速度;最后存储Vt并将Vt作为下一时间步的下压速度进行模拟计算;如此循环至锻模走完全部行程,输出锻模速度曲线。本发明能更好地提高材料的成形性能,改善锻件的微观组织。
  • 摘要附图
    一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法
  • 说明书附图:图1
    一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法
  • 说明书附图:图2
    一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法
  • 说明书附图:图3
    一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法
  • 说明书附图:图4
    一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法
  • 说明书附图:图5
    一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2020-10-02 授权
2 2019-07-16 实质审查的生效 IPC(主分类): B21J 5/02 专利申请号: 201910264189.8 申请日: 2019.04.03
3 2019-06-21 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法,包括通过热压缩实验获得的应力-应变曲线及生成的热加工图,其特征在于,具体步骤为:
(1)在有限元软件中导入分析模型并设置边界条件;
(2)调用集成了锻模速度曲线优化功能的有限元程序进行有限元模拟;
(3)获得优化的锻模速度曲线;
其中,步骤(2)中锻模速度曲线优化功能需要通过有限元程序二次开发来实现,具体流程为:
首先,设置锻件初始温度T0、初始应变ε0,开始进入迭代循环;
在时刻t,将压机允许的速度范围等分或取对数等分为2-10份,分别计算不同下压速度时锻件的耗散系数和失稳系数,并计算锻件平均耗散系数;
然后,选择平均耗散系数在35-45%且无失稳点的下压速度Vt作为最佳速度;
最后,存储Vt并将Vt作为下一时间步的下压速度进行模拟计算;
如此循环,直至锻模走完全部行程,通过有限元程序界面输出锻模速度曲线。

2.根据权利要求1所述一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法,其特征在于:
将压机允许的速度范围等分或取对数后等分成10份。

3.根据权利要求1所述一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法,其特征在于:
选择平均耗散系数最接近40%的下压速度作为最佳下压速度。

4.根据权利要求1所述一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法,其特征在于:
所述锻模速度曲线迭代优化方法还可应用于挤压或墩挤工艺。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及金属热锻领域,具体涉及一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法。

背景技术

[0002] 热加工图反映了金属在不同变形温度、应变速率、应变下,能量耗散系数和失稳系数的分布和演化规律,一般可根据微观组织演化规律和变形机制的不同,将热加工图分为动态再结晶区、不完全动态再结晶区、变形失稳区等,从而在制定锻造工艺参数时,由热加工参数所落在的区域,判断热锻工艺参数是否合理。在热锻中,通过选择合理的锻模速度曲线,能控制锻件变形过程中的应变速率,从而改变热加工参数所落在的区域,起到优化锻件微观组织的作用。
[0003] 目前,已有专利提出将热加工图应用于热变形中的工艺参数优化。
[0004] 中国发明专利(申请号:201510897211.4)中公开了一种镍基高温合金热挤压工艺参数的确定方法,通过热压缩实验和有限元模拟确定了粉末镍基高温合金的热挤压工艺。
[0005] 中国发明专利(申请号:201511025177.8)中公开了一种高温合金GH984G18热加工工艺的制定方法,可避免热加工后产生粗晶、混晶和裂纹等缺陷。
[0006] 中国发明专利(申请号:201710190026.0)中公开了一种基于热加工图的筒形件热强旋形/性一体化控制方法,并优化了筒形件热强旋成形中的成形温度及应变速率。
[0007] 中国发明专利(申请号:201711265241.9)中公开了一种通过热加工图优化铝合金热加工工艺的方法,从改善铝合金在热加工中的加工性能。
[0008] 中国发明专利(申请号:201810360313.6)中公开了一种C-Mn-Al高强度钢热变形组织演变机制及热加工性能的确定方法,从而指导高强度钢热加工工艺制定。
[0009] 中国发明专利(申请号:201810407510.9)中公开了一种基于失稳分析的300M钢锻造工艺参数优化方法,在热加工图中引入晶粒尺寸,确定了300M钢锻造的最优工艺参数。
[0010] 上述这些方法都有一个共同点,就是把变形速度或应变速率作为一个定值来优化,将最佳的变形速度输入锻压机进行锻造。然而,在金属的热锻中,锻件不同部位的速度或应变速率都不是一个定值,而是与时间或位移有关系、时刻变化的曲线。而且,越来越多的变形过程是在具有设置复杂速度曲线功能的锻压设备上开展,恒定的锻压速度不利于将锻件的成形性能充分发挥出来。根据中国发明专利(申请号:200610134755.6)中公开的一种自动绘制材料热加工图的方法,热加工图和最佳热加工参数会随着时间或位移的增加发生明显变化。
[0011] 因此,通过设置优化的锻模速度曲线,能进一步提高锻件的成形性能。在金属热锻中,必须考虑到应变速率时刻变化的这一特点,根据热金属的热加工图制定最佳的锻模速度曲线,提高材料的热加工性能、获得最佳的锻件微观组织。但是,在根据金属的热加工图制定最佳的锻模速度曲线方面,国内外的研究仍处于空白,这极大地限制了热锻工艺中材料加工性能的进一步提高,并阻碍了我国锻件生产技术的进步。

发明内容

[0012] 为了解决上述问题,本发明提出一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法,目的是克服目前锻模速度曲线无法根据热加工图确定的缺点,以热加工图为依据,通过优化锻模速度曲线的手段,提高材料的成形性能,改善锻件的微观组织。
[0013] 发明构思:通过将热加工图集成到有限元模拟中,在每个模拟时间步根据热加工图选择锻模最佳速度,并在锻模下压全过程中,迭代优化锻模速度,获得锻模速度曲线,从而优化锻件微观组织。
[0014] 为此本发明的技术方案为:一种基于热加工图的锻模速度曲线迭代优化方法,包括通过热压缩实验获得的应力-应变曲线及生成的热加工图,其特征在于,具体步骤为:
[0015] (1)在有限元软件中导入分析模型并设置边界条件;
[0016] (2)调用集成了锻模速度曲线优化功能的有限元程序进行有限元模拟;
[0017] (3)获得优化的锻模速度曲线;
[0018] 其中,步骤(2)中锻模速度曲线优化功能需要通过有限元程序二次开发来实现,具体流程为:
[0019] 首先,设置锻件初始温度T0、初始应变ε0,开始进入迭代循环;
[0020] 在时刻t,将压机允许的速度范围等分或取对数等分为2-10份,分别计算不同下压速度时锻件的耗散系数和失稳系数,并计算锻件平均耗散系数;
[0021] 然后,选择平均耗散系数在35-45%且无失稳点的下压速度Vt作为最佳速度;
[0022] 最后,存储Vt并将Vt作为下一时间步的下压速度进行模拟计算;
[0023] 如此循环,直至锻模走完全部行程,通过有限元程序界面输出锻模速度曲线。
[0024] 作为优选,将压机允许的速度范围或取对数后等分成10份。
[0025] 作为优选,t时刻,选择平均耗散系数最接近40%的下压速度作为最佳下压速度。
[0026] 作为优选,所述优化速度曲线的工艺除应用于锻模工艺外,同样应用于挤压或墩挤工艺。
[0027] 有益效果:本发明的锻模速度曲线优化方法与常规方法相比,克服了目前锻模速度曲线无法根据热加工图确定的缺点;与其他方法相比更高效、准确,能根据热加工图,自动地优化得到锻模速度曲线。通过该方法能更好地提高材料的成形性能,改善锻件的微观组织。
[0028] 本发明的方法中,将压机允许的速度范围等分(或取对数后等分)成10份,可以在保证计算精度的同时提高优化的速度。
[0029] 本发明的方法中,选择平均耗散系数为35-45%之间是因为对一般金属而言,35-45%之间是动态再结晶区,组织较理想;而选择最接近40%的下压速度作为最佳下压速度,不仅可以确保热加工参数落在动态再结晶区,而且可以获得最佳的微观组织。

实施方案

[0043] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,但该实施例不应理解为对本发明的限制。
[0044] 本发明如图1至图5所示:
[0045] 以下结合实例,描述了本发明在300M钢圆柱试样压缩过程中压头速度曲线的优化的具体应用,具体实施步骤为:
[0046] 1. 在Gleeble 3500热压缩试验机上对钢圆柱试样开展不同变形温度(900-1150°C)、不同应变速率(0.01-10s-1)、不同应变(0-0.9)的热压缩实验,获得300M钢圆柱试样高温塑性变形时的流动应力和应变数据,绘制了如附图2所示的应力应变曲线。
[0047] 2. 将获得的应力应变数据通过Arrhenius模型参数拟合﹛具体拟合方法参照:章晓婷,黄亮,李建军,等;300M高强钢高温流变行为及本构方程[J].中南大学学报(自然科学版),2017(06):33-41﹜,即可获得300M钢的应力应变关系模型为:
[0048]
[0049]
[0050] 其中,σp是峰值应力,单位MPa; 是应变速率,单位s-1;R是普适气体常数,为R=8.314J/(mol·K);T是变形温度,单位K;Z是温度补偿应变速率,计算公式为:
[0051]
[0052] 其中,  = 364.744 kJ/mol。
[0053] 3. 计算热加工图中的耗散系数(η)和失稳系数(ζ),表达式分别为:
[0054]
[0055]
[0056] 其中,σ是流动应力,单位MPa; 是应变速率,单位s-1,∂是偏微分符号;根据以上公式绘制的热加工图如附图3所示。
[0057] 4. 在DEFORM中进行二次开发,将锻模速度曲线优化功能集成到模拟程序中。锻模速度曲线优化功能集成步骤为:
[0058] 1)读取单元节点的初始温度T0、初始应变ε0。
[0059] 2)将压机允许的速度范围(0.01-10s-1)取对数后等分为6份,等分后的速度分别为0.01 s-1、0.03 s-1、0.1 s-1、0.32 s-1、1.00 s-1、3.16 s-1、10 s-1。
[0060] 3)用步骤3中的表达式分别计算不同下压速度时锻件的η和ζ值,并计算锻件耗散系数η的平均值。
[0061] 4)选择平均耗散系数最接近40%且无失稳点的下压速度Vt作为最佳速度。
[0062] 5)存储Vt并将Vt作为下一时间步的下压速度。
[0063] 6)判断锻模运动是否结束,如果没有结束,则循环迭代更新锻件温度Ti和应变εi,跳转到步骤2);如果结束,跳转到步骤5。
[0064] 7)如此循环,直至锻模走完全部行程,通过有限元程序界面输出锻模速度曲线。
[0065] 5. 使用二次开发的程序模拟圆柱试样的压缩过程,压缩失稳区如附图4所示。
[0066] 6. 获得压头速度的优化结果,如图5所示发明优化的300M钢圆柱压缩压头速度曲线。从而获得了随位移变化的速度曲线,而通常的锻模速度为一定值,所获得的锻模速度曲线更有利于提高锻件成形性能。
[0067] 本专利申请的上述技术方案,锻件可以为更复杂的形状,如飞机起落架、涡轮盘等,材料除300M钢外,也可以为高温合金、铝合金等其他金属。
[0068] 在本发明中,所述锻模速度曲线的获得方法,也可以用来获得锻模等时间间隔位移曲线。
[0069] 在本发明中,优化速度曲线的工艺也包含挤压、墩挤等可以利用热加工图优化速度曲线的工艺。
[0070] 本说明书中未作详细说明之处,为本领域公知的技术。
[0071] 通过上述加工方法的描述,所属技术领域的技术人员应当理解,本发明不局限于上述的具体实施方式,在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围,应由各权利要求限定之。

附图说明

[0030] 图1是本发明中锻模速度曲线迭代优化流程。
[0031] 图2是本发明采用300M钢的应力应变曲线图。其中:
[0032] 图2(a)是本发明采用300M钢在不同变形温度(900-1150°C)、不同应变(0-0.9)、应变速率为0.01s-1的应力应变曲线;
[0033] 图2(b)是本发明采用300M钢在不同变形温度(900-1150°C)、不同应变(0-0.9)、应变速率为0. 1s-1的应力应变曲线;
[0034] 图2(c)是本发明采用300M钢在不同变形温度(900-1150°C)、不同应变(0-0.9)、应变速率为1s-1的应力应变曲线;
[0035] 图2(d)是本发明采用300M钢在不同变形温度(900-1150°C)、不同应变(0-0.9)、应变速率为10s-1的应力应变曲线。
[0036] 图3是本发明采用300M钢的热加工图。其中:
[0037] 图3(a)是本发明采用300M钢在不同变形温度(900-1150°C)、不同应变速率(0.01-10s-1)、应变为0.2时的热加工图;
[0038] 图3(b)是本发明采用300M钢在不同变形温度(900-1150°C)、不同应变速率(0.01-10s-1)、应变为0.4时的热加工图;
[0039] 图3(c)是本发明采用300M钢在不同变形温度(900-1150°C)、不同应变速率(0.01-10s-1)、应变为0.6时的热加工图;
[0040] 图3(d)是本发明采用300M钢在不同变形温度(900-1150°C)、不同应变速率(0.01-10s-1)、应变为0.8时的热加工图。
[0041] 图4是采用本发明计算的300M钢圆柱压缩失稳区图。
[0042] 图5是采用本发明优化的300M钢圆柱压缩压头速度曲线。
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