管材缩径起皱失稳数值模拟

轻质薄壁件越来越多地应用于航空、航天和汽车等高新技术工程领域,但起皱失稳一直是薄壁件成形过程中主要的缺陷之一。因此,轻质薄壁件成形过程中的塑性失稳起皱预测研究就显得尤为重要。本文针对塑性成形中薄壁管件结构由于存在多种初始缺陷(如厚度不均,尺寸偏差等)从而导致失稳模拟预测与实际情况不符的现象,以AA6061固体颗粒介质管材缩径工艺为算例,结合ABAQUS中最适合复杂接触工况的DYNAMIC算法以及Draker-Pager颗粒介质成形数值模拟模型,对无初始缺陷圆柱壳体、引入屈曲模态初始缺陷圆柱壳体、引入厚度不均初始缺陷圆柱壳体以及同时引入屈曲模态和厚度不均缺陷的圆柱壳体进行了缩径成形模拟,将四种条件下的管件失稳波形模拟结果与试验结果进行了比较。结果表明:同时引入屈曲模态和厚度不均缺陷的动态显示有限元法可以准确预测出管材缩径失稳后的形貌,并将模拟仿真与实验的应力-位移曲线进行对比,验证了此模拟方法的可靠性。     

5A02铝合金薄壁管材热挤压缩径增厚成形试验研究及优化

为解决某型飞机拉杆缩径端部直接攻螺纹的问题,首次提出了5A02薄壁铝合金管端热挤压缩径增厚成形方法,设计并制造了成形模具。研究了增厚区直段尺寸、模具肩部长度与模具锥角对薄壁管热挤压缩径增厚行为的影响,并优化了成形工艺路径。试验结果表明:增厚区直段长度和外径过大易导致直段部分失稳起皱;模具肩部过长,材料易在支撑区产生堆积且易出现失稳屈曲,在满足管材可预热的条件下,模具肩部长度应越短越好;采用模具锥角为12°和16°的凹模单道次热挤压成形时,位于缩径区域的管材易出现起皱,且增厚区径向增厚不明显;采用先大锥角后小锥角两道次热挤压成形后,成形件缩径段径向尺寸由1. 00增至4. 06 mm,增厚率为306%,成形效果良好。     

筒坯端部条件对薄壁零件粘性介质外压缩径的影响

采用理论分析和有限元方法分析了筒坯端部条件对薄壁零件粘性介质缩径成形的影响,得到了筒坯端部约束和自由方式下的失稳压力及失稳起皱后形状变化与壁厚分布规律.研究结果表明:筒坯端部条件影响薄壁零件粘性介质外压缩径成形质量;约束筒坯端都限制材料流动,不仅可以提高筒坯失稳压力,还有利于筒坯起皱后的褶皱消除,提高极限缩径量.     

缩径区长度对粘性介质外压缩径成形的影响

粘性介质外压缩径采用半固态、可流动、高粘度和一定速率敏感性的高聚物作为缩径用传力介质,有效地解决了缩径成形过程的失稳起皱问题,提高了坯料的极限缩径量.本文针对不同缩径区长度对粘性介质外压缩径过程的影响问题,采用试验和有限元方法进行了分析,得到了不同缩径区长度条件下1Cr18Ni9Ti薄壁管的极限缩径量及应力与应变的分布规律.研究结果表明,缩径区长度对粘性介质外压缩径成形影响较大,缩径区长度越短,坯料的抗失稳起皱能力越强,极限缩径量越大.     

球冠形薄壁封头在小减薄率工况下的失稳研究

高性能、高质量、大径厚比、轻量化大型薄壁燃料贮箱封头的整体化成形是目前我国航天制造急需解决的重大问题.通过旋压实验与有限元数字仿真相结合的方法对薄壁封头在小减薄率工况下的等壁厚旋压成形稳定性展开研究,在实验中研究了缩径旋压过程中封头法兰起皱失稳现象,并通过有限元仿真软件Marc分析了法兰起皱的演变过程.通过建立缩径位移等效模型,得出缩径位移量与法兰起皱有直接关系,即缩径量越大,法兰起皱越明显.对比仿真模型和等效模型的最大主应力矢量图,分析得出缩径会导致切向应力变化从而引起法兰起皱失稳,进一步证实了缩径是起皱失稳的主要原因.     

薄壁零件粘性介质外压多道次缩径研究

提出了粘性介质压力缩径成形方法,利用粘性介质力学性能和易于实现的加载方式,延缓缩径过程失稳并在一定条件下消除失稳产生的褶铍,提高极限缩径量.多道次成形可以将一个较大的目标变形量分成多步小变形,控制每道次变形于失稳起皱范围内,较一次成形可以显著提高材料成形能力.采用有限元分析的方法研究了粘性介质外压多道次的缩径过程,得到了每一道次缩径后长径比和壁厚变化综合作用影响下一道次极限缩径量的结论.     

薄壁圆筒缩径成形数值模拟参数优化设计

采用薄壁圆筒缩径成形工艺生产汽车产品是一种新技术。与传统的旋压成形比较．可大大降低设备的投资．提高生产效率和产品质量．降低制造成本。薄壁圆筒缩径成形与薄壁管缩径比较,缩径时存在着口部起皱、顶盖弯曲失稳的缺陷,为了得到高质量的产品,缩径工艺方案设计要考虑材料性质、摩擦系数、缩径变形量、半模角等诸多因素。本文以轿车后弹簧座缩径成形为例,研究了上述参数对缩径工艺方案设计的影响。并采用有限元数值模拟方法进行工艺参数的优化设汁,得到了应用于实际的工艺方案。     

工艺参数对大口径薄壁矩形管弯曲成形的影响

基于动态显示分析有限元平台Abaqus/explicit,建立了大口径薄壁矩形管弯曲成形的三维有限元模型,模拟分析了变形速度对矩形管弯曲成形失稳起皱的影响规律,试验结果表明:在单独施加旋转速度时薄壁矩形管的失稳起皱程度较大,同步施加旋转速度和助推速度时管件的失稳起皱趋势有所减缓,起皱系数ζ也随着减小。研究结果对薄壁矩形截面管材弯曲成形中工艺参数的选择和优化具有重要意义。     

铝合金管材侧壁增厚成形极限与失稳研究

薄壁管材在增厚变形时容易向外鼓凸并导致折叠缺陷,因此,起皱失稳是主要的成形缺陷。提出了侧壁内、外增厚成形工艺,分别对管材的内(外)表面进行模具限制,使管材侧壁向外(内)增厚成形。通过有限元数值模拟与实验相结合的方法,对两者的成形稳定性进行对比分析,探究侧壁增厚时产生失稳现象的原因,并研究在两种增厚成形方法下,管材的侧壁增厚规律及成形极限。结果表明:与外增厚及传统镦粗成形工艺相比,侧壁内增厚时成形稳定性明显提高。通过对增厚过程进行追踪,可以发现,侧壁的失稳现象与侧壁的增厚方向以及轴向应力分布有关。通过有限元数值模拟及理论分析,得到了侧壁内增厚成形的无失稳条件,内增厚成形的增厚极限受高度的影响小,受高径比的影响大。     

大高径比凸台缩径—冷镦成形工艺方案研究

针对大高径比凸台冷镦粗成形易出现失稳的问题,制定出缩径预成形、冷镦终成形的工艺方案.并通过Deform-3D软件模拟了缩径和冷镦成形过程,研究了坯料直径和入模半角对成形质量及成形力的影响.数值模拟结果表明,采用缩径—冷镦工艺方案可避免镦粗失稳缺陷的产生.工艺试验表明,试验结果与数值模拟结果一致.数值模拟结果对工艺试验有一定的指导意义.     

筒形件冲压缩口成形工艺研究

应用ANSYS有限元分析软件建立了筒形件冲压缩口成形工艺模具的三维有限元模型,利用软件中的显式动力学求解器模拟了筒形零件缩口成形工艺过程中应力、应变和位移流向的分布云图,分析了工件成形时的塑性变形特点及其对成形质量的影响关系.研究表明:筒形件冲压缩口成形工艺主要失效形式是缩径区的裂纹、定径区的起皱和传力区部分的失稳等;冲压缩口力随着摩擦系数和模具锥角的增大而增大,但是会随着模具型腔内圆角半径的增大而减小.因此.有限元分析的结果为进一步研究冲压缩口的变形机理奠定了基础,也为其成形工艺方案的制定提供了理论指导.     

筒坯直径对黏性介质外压缩径成形的影响

针对筒坯直径对黏性介质外压缩径过程的影响问题,采用试验和有限元方法进行了分析,得到了不同筒坯直径条件下1Cr18Ni9Ti薄壁管件的失稳缩径量和极限缩径量。研究结果表明,在缩径区长度一定条件下,筒坯直径对黏性介质外压缩径成形影响较大,失稳缩径量随筒坯直径的增大而减小,极限缩径量随筒坯直径的增大而增大。     

汽车桥壳管坯推压缩径工艺研究

基于动力显式有限元软件,以汽车桥壳管坯为例,分别开展了1道次和2道次推压缩径成形工艺的数值模拟,并对缩径区典型截面的壁厚分布、端部翘曲、轴向失稳等影响成形质量的因素进行了分析。模拟结果表明：采用2道次的缩径成形工艺明显要优于1道次直接成形。成形件不仅满足使用要求,而且缩径过程中模具最大载荷为360kN,对模具的损耗尽可能地降低到最小程度,有利于降低生产成本,并对随后成形出合格的桥壳胀形件奠定了基础。     

筒形件冲压缩口成形工艺的数值模拟研究

应用有限元分析软件中的显式动力学求解器模拟筒形零件缩口成形工艺过程中应力、应变和位移流向的分布云图,分析了工件成形时的塑性变形特点及其对成形质量的影响关系.研究表明:筒形件冲压缩口成形工艺主要失效形式是缩径区的裂纹、定径区的起皱和传力区部分的失稳等;工件失效的主要原因是塑性变形区材料流动速度不均匀导致的应力集中;冲压缩口力随着摩擦系数和模具锥角的增大而增大,但是会随着模具型腔内圆角半径的增大而减小.     

321不锈钢V形件充液成形失稳控制研究

充液成形技术是一种有效解决复杂薄壁零件成形问题的方法.针对321不锈钢V形件常规拉深成形需要多道次成形、工艺冗余的问题,通过分析V形件充液成形过程中易出现失稳现象,设计了带初始反胀的充液成形的技术方案.结合数值模拟,对薄壁V形件充液成形过程中出现的凸模侧壁破裂、法兰区起皱等失稳形式进行了研究,优化了液室压力加载曲线、压边间隙、初始反胀压力及初始反胀高度.结果表明,V形件在优化的工艺参数条件下成形既可产生“摩擦保持”的效果,改善了应力状态,又可避免凸模侧壁破裂和法兰区起皱,提高了零件成形极限和壁厚分布的均匀性.     

薄壁深锥形零件的成形工艺及模具设计

采用冷挤压、缩口与扩口相结合的工艺方案,对薄壁深锥形零件的成形工艺者了理论分析和实验验证,说明采用合理的工艺方案和模具结构,能够避免薄壁锥形零件成形时的失稳起皱和开裂现象。     

管件缩径工艺仿真分析

为了对管件在不同加载路径下的成形情况及变形规律进行预测,达到降低管件缩径工艺的开发成本及试验费用的目的,基于ABAQUS非线性有限元软件对管件缩径工艺进行数值模拟,通过实验结果与仿真分析结果的对比,验证了有限元模型的正确性,以此为基础,分析了不同摩擦系数以及模具进给速度对缩径管件成形效果的影响。研究结果表明,摩擦系数及加载速度对管件的塑性变形影响明显,摩擦系数为0.15或0.2、加载速度为70 mm·s-1时管件的成形效果较好,不易出现塑性失稳及材料堆积,为管件的缩径工艺的工程化应用提供了有益的参考。     

7A04合金筒件缩口成形工艺研究

针对某7A04合金筒件的缩口结构,根据筒件缩口形状特点,结合7A04合金成形特性,设计了等温成形工艺方案和工艺工装,在此基础上进行了相应的工艺试验研究.结果表明,通过此工艺和模具,筒件缩口达到了要求尺寸,且缩口变形部位未出现裂纹、起皱等缺陷,成形效果好,从而为铝合金筒件缩口成形技术的应用提供了参考.     

内高压成形技术研究与应用新进展

介绍近年来在内高压成形机理、工艺、设备和应用方面的最新进展。针对大截面差管件,弯曲轴线异型截面构件和枝杈管3类工艺,给出典型零件缺陷形式、形状精度、壁厚分布和工艺参数的影响。详细介绍了皱纹控制与利用,降低整形压力的方法和内压与轴向力耦合作用下管材的塑性失稳起皱分析。最后给出了研制的典型内高压成形件及在汽车、航天、航空中的应用。     

U型截面弯曲件失稳起皱分析

对Ｕ型截面弯曲件失稳起皱问题进行了研究，通过板材成形性能实验及起皱模拟实验，对失稳起皱原因进行了分析，为类似的异型截面弯曲件起皱的预防提供了可行的实验分析方法。