噴丸成形
關注創建者：青孑矜 創建時間：2023-10-03
噴丸成形的實例教程
圖8 沖頭壽命對比
結論
⑴本文通過研究分析外星輪溫鍛成形沖頭失效形式，探索出了一種ABP特殊噴丸工藝，介紹了該工藝在外星輪溫鍛成形沖頭生產中的應用。
⑵經溫鍛實際生產使用驗證，ABP特殊噴丸工藝使沖頭熱疲勞和熱龜裂現象得到了明顯的改善，應力開裂減少，可有效延長溫鍛沖頭使用壽命約34%。
來源：楊金成，喻擎天
噴丸強化作為一種成本低，適用范圍廣的表面強化技術一直有著不錯的生命力。在實際工程中，噴丸強度的覆蓋率和阿爾門強度均是通過試片試噴完成的，但是有限元仿真工作者們也一直沒有放棄使用計算機輔助技術來實現更低技術成本，更方便快捷的噴丸結果預測。
通常來說模擬噴丸過程有如下幾種套路：
單粒實體（或有質量的剛性殼體，下同）彈丸沖擊平面靶材，適用于機理研究，合理的計算時間較短，一般在幾分鐘到幾十分鐘之間。
多粒規則排布實體彈丸沖擊平面靶材，適用于機理研究，殘余應力分布研究，合理的計算時間隨彈丸數量的增加而增加，一般在1~5小時左右。
多粒隨機排布實體彈丸沖擊平面靶材，適用于機理研究，殘余應力分布研究，覆蓋率研究，表面粗糙度研究。如果專注于殘余應力研究，此方法相比方法2并無明顯優勢，反而要花費不少時間在前處理上。此方法合理的計算時間隨彈丸數量的增加而增加，通常達到100%覆蓋率和較均勻的應力分布時，再附加一小段穩定應力波動的時間，隨后即可停止計算，根據通常計算規模，計算時間從幾小時到幾十小時不等。
離散元模擬彈丸沖擊任意形狀靶材，適用于殘余應力分布研究，噴丸成形研究，覆蓋率研究，表面粗糙度研究。仿真過程較為接近真實工藝，但是由于計算時間的約束，無法模擬真實工程中幾十秒到幾分鐘的大時間跨度過程。只能在合理的范圍內，對工藝時間進行大比例的壓縮。
等效方法（溫度等效法，壓力層法等等），此類方法適用于宏觀變形和應力的研究，而且往往是在獲取大量實驗數據之后才能進行有意義的等效。無法研究覆蓋率，表面粗糙度等表面完整性指標。但是勝在可以使用隱式分析，計算時間較短，可能是五種方法里最短的。不過對于復雜形狀的工件，其前處理較為繁瑣。
綜上分析，方法4在研究范圍上最為廣泛，較為適合研究機構和高校的研究工作。
展開 由于模具設計與制造成本高、準備周期長；在單件生產或批量較小的曲面件制造中，急需不用模具的柔性成形技術；然而在大型曲面件室溫成形時，由于材料加工后的回彈大，而且容易產生多種加工缺陷，實現柔性成形的難度比較大。為了解決大型曲面件柔性成形難題，吉林大學開展了大量的基礎理論研究、生產裝備研制、成形工藝開發及實際應用等多方面的工作，研究了多點數字化模具成形、柔性拉伸成形、柔性輥壓成形等多種柔性成形技術，形成為柔性成形與數字化制造系列技術，已經應用于多個重點項目中。
三維曲面件大量應用于航空航天、船舶艦艇、高速列車等交通工具及現代建筑的裝飾幕墻等方面。模具成形是常用的三維曲面件加工技術，但模具成形要使用整體模具，需要長時間的模具設計、加工制造和調試等過程，生產準備周期很長；而且使用一套模具只能成形一種特定形狀與尺寸的曲面件，針對每一種不同形狀與尺寸的曲面零件都需要一套或數套與之對應的模具，所以前期制造成本很高。長時間的生產準備周期和昂貴的前期制造成本使得模具成形適用于大批量生產，但不適合單件或小批生產，從而限制其在產品的個性化、多樣化以及更新換代等方面的發展。為替代傳統的曲面成形用整體模具，國內外很多機構與企業開展了大量與柔性制造相關的研究，并開發了多種柔性成形技術，如應用在造船業的水火彎板、航空制造業的噴丸成形、單點漸進成形等，但普遍存在加工效率低、成形精度差等問題。
多點成形屬于一種先進的柔性成形技術，主要思路是將整體模具離散為規則排列的基本體單元，通過數控手段調整各基本體單元的高度，構造出不同的成形型面，從而實現板料的不同三維曲面成形。
展開 【功能描述】DEFORM-2015 標準版-2D/3D
主要用于分析各種復雜金屬成形過程中三維材料流動情況，對于典型成形過程，具有向導化的操作 界面，用戶能夠很輕松完成前處理設置。
包括鍛造、擠壓、拉拔、自由鍛、旋揉成形、軋制、粉末成形、燒結、沖壓、旋壓、焊接、噴丸 成形、電磁成形及沖裁等工藝。
專用材料數據庫
ü 包括彈性、剛（粘）塑性、彈塑性、熱剛（粘）塑性和粉末介質材料模型。 網格自動重分功能
ü 計算中大變形部位網格全自動重新剖分，完全智能化，勿須人工干涉。
DEFORM 用來分析變形、傳熱、熱處理、相變和擴散以及晶粒組織變化等。以上的各種現象之 間都是相互耦合的，擁有相應模塊以后，這些耦合效應將包括：由于塑性功、界面摩擦功引起的升溫、 加熱軟化、相變控制溫度、相變內能、相變塑性、相變應變、應力對相變的影響、應變及溫度對晶粒 尺寸的影響以及碳含量對各種材料性能產生的影響等。
l 鍛造分析
ü 冷、溫、熱鍛的成形和熱-力耦合分析。
ü 豐富的材料數據庫，包括各種鋼、鋁合金、鈦合金和高溫合金。
ü 用戶自定義材料數據庫允許用戶自行輸入材料數據庫中沒有的材料。
ü 提供材料流動、模具充填、成形載荷、模具應力、纖維流向、缺陷形成和韌性破裂等信息。
ü 剛性、彈性和熱粘塑性材料模型，特別適用于大變形成形分析。
ü 彈塑性材料模型適用于分析殘余應力和回彈問題。
ü 多孔材料模型適用于分析粉末材料壓實、鍛造及燒結分析。
ü 完整的成形設備模型可以分析液壓成形、錘上成形、螺旋壓力成形和機械壓力成形。
ü 用戶自定義子函數允許用戶定義自己的材料模型、壓力模型、破裂準則和其他函數。
ü 可準確預測折疊、充型不足、裂紋、飛邊等缺陷，材料變形流線與實際物理結果保持一致。
展開 廣泛應用于：
爆炸與沖擊，如水下爆炸、地下爆炸、容器中爆炸對結構的影響及破壞、爆炸成形、爆炸分離、爆炸容器的設計優化分析、爆炸對建筑物等設施結構的破壞分析、聚能炸藥的能量聚焦設計分析、戰斗部結構的設計分析；
水下/空中彈體發射過程，火炮制推器模擬動態仿真
高速、超高速穿甲，如飛彈打擊或穿透靶體(單個或復合靶體)及侵徹過程等問題
結構的適撞性分析，如汽車、飛機、火車、輪船等運輸工具的碰撞分析、船體擱淺、鳥體撞擊飛機結構、航空發動機包容性分析等；
金屬彈塑性大變形成形，如鈑金沖壓成形、噴丸成型、全三維鍛造成形等
跌落試驗，如各種物體（武器彈藥、化工產品、儀器設備、電器如遙控器、手機、電視機等）的跌落過程仿真
流體動力分析，如液體、氣體的流動分析、液體晃動分析，水上迫降
安全防護分析，如安全頭盔設計、安全氣袋膨脹分析以及汽車～氣袋～人體三者結合在汽車碰撞過程中的響應，飛行器安全性分析（飛行器墜毀、氣囊著陸等）
輪胎在積水路面排水性和動平衡分析
高速列車行駛的輪軌動力學，高速列車穿隧道的沖擊波響應，車輛過橋的動態響應等 及其它瞬態高速過程仿真。
為什么選擇MSC.DYTRAN
用戶選擇軟件時會從軟件品質、是否滿足需求等方面擇優。軟件品質的優劣涉及到正確性（精度）、可靠性（經過測試認證）、相溶性（與CAD或其他CAE軟件及界面的整合能力）、靈活性（易于客戶化）、可用性（界面友好、易學習）及效率（對計算機資源和時間的占用降到最低）等諸多因素。而客戶在考慮需求時需要兼顧近期需求和長遠目標、軟件的最小可用性和理想可用性。綜合上述因素得到的CAE選型結果，才是贏得最大商業利益的正確投資。
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噴丸成形的最新內容
為替代傳統的曲面成形用整體模具，國內外很多機構與企業開展了大量與柔性制造相關的研究，并開發了多種柔性成形技術，如應用在造船業的水火彎板、航空制造業的噴丸成形、單點漸進成形等，但普遍存在加工效率低、成形精度差等問題。
多點成形屬于一種先進的柔性成形技術，主要思路是將整體模具離散為規則排列的基本體單元，通過數控手段調整各基本體單元的高度，構造出不同的成形型面，從而實現板料的不同三維曲面成形。
離散元模擬彈丸沖擊任意形狀靶材，適用于殘余應力分布研究，噴丸成形研究，覆蓋率研究，表面粗糙度研究。仿真過程較為接近真實工藝，但是由于計算時間的約束，無法模擬真實工程中幾十秒到幾分鐘的大時間跨度過程。只能在合理的范圍內，對工藝時間進行大比例的壓縮。
等效方法（溫度等效法，壓力層法等等），此類方法適用于宏觀變形和應力的研究，而且往往是在獲取大量實驗數據之后才能進行有意義的等效。
表1 1.2367鋼典型化學成分（wt%）
圖1 沖頭R1處裂紋失效
圖2 沖頭球道兩側裂紋失效
外星輪溫鍛成形沖頭ABP特殊噴丸工藝
ABP是一種采用特殊噴丸工藝的材料表面處理技術。沖頭經加工后，其表面的殘余應力會降低沖頭的疲勞強度，在工作中容易產生裂紋，從而降低沖頭的使用壽命。
包括鍛造、擠壓、拉拔、自由鍛、旋揉成形、軋制、粉末成形、燒結、沖壓、旋壓、焊接、噴丸 成形、電磁成形及沖裁等工藝。
專用材料數據庫
ü 包括彈性、剛（粘）塑性、彈塑性、熱剛（粘）塑性和粉末介質材料模型。 網格自動重分功能
ü 計算中大變形部位網格全自動重新剖分，完全智能化，勿須人工干涉。
DEFORM 用來分析變形、傳熱、熱處理、相變和擴散以及晶粒組織變化等。
爆炸容器的設計優化分析、爆炸對建筑物等設施結構的破壞分析、聚能炸藥的能量聚焦設計分析、戰斗部結構的設計分析；
水下/空中彈體發射過程，火炮制推器模擬動態仿真
高速、超高速穿甲，如飛彈打擊或穿透靶體(單個或復合靶體)及侵徹過程等問題
結構的適撞性分析，如汽車、飛機、火車、輪船等運輸工具的碰撞分析、船體擱淺、鳥體撞擊飛機結構、航空發動機包容性分析等；
金屬彈塑性大變形成形，如鈑金沖壓成形
、爆炸容器的設計優化分析、爆炸對建筑物等設施結構的破壞分析、聚能炸藥的能量聚焦設計分析、戰斗部結構的設計分析；
水下/空中彈體發射過程，火炮制推器模擬動態仿真
高速、超高速穿甲，如飛彈打擊或穿透靶體(單個或復合靶體)及侵徹過程等問題
結構的適撞性分析，如汽車、飛機、火車、輪船等運輸工具的碰撞分析、船體擱淺、鳥體撞擊飛機結構、航空發動機包容性分析等；
金屬彈塑性大變形成形，如鈑金沖壓成形
