基于不同振动模式的超声辅助拉深精密成形工艺

针对304不锈钢圆筒件的超声振动辅助拉深成形,分别采用工件超声振动和压头超声振动两种超声振动模式进行对比拉深试验研究,分析两种超声振动模式对拉深成形过程中最大拉深成形力、成形起皱和拉深破裂特性的影响规律。结果表明:工件超声振动和压头超声振动均可有效降低拉深成形过程中的最大成形力,并改善筒形件的起皱情况,且随着超声振幅的增大,改善效果更加明显。由于两种超声振动模式中对不锈钢板料施加超声振动的作用区域存在差异性,以及由于横向超声振动振幅的影响,使得工件超声振动更有利于降低最大成形力,而压头超声振动在改善板料起皱方面的效果更好。另外,随着超声振幅的增大,板料的超声硬化效应更加明显,压头超声振动更容易产生拉深破裂现象。     

低频振动模式下紫铜压缩变形行为及尺寸效应

通过改变低频振动加载条件,研究了振幅(0.01,0.05和0.1 mm)、频率(10,20和30 Hz)、进给速率(0.01,0.05和0.1 mm·s~(-1))和试样尺寸(Ф1,Ф2和Ф3 mm)对T2紫铜室温压缩变形行为的影响。实验结果表明,振幅对紫铜压缩变形过程的影响最为显著,随着振幅增加,成形载荷呈现较大幅度的降低;不同尺寸试样的实验结果表明,低频振动加载模式下存在明显的尺寸效应,随着试样尺寸减小,成形载荷降幅增大,晶粒尺寸减小。分析认为,振动条件下的变形为动态加载变形,应力的叠加使得内应力提高,并导致所需成形载荷降低。大振幅和小尺寸条件下,实际应变速率更大,能够产生更强的应力叠加,造成成形载荷降幅较大。     

非晶合金在低频振动载荷作用下的摩擦行为

设计了非晶合金在振动力场作用下的双杯挤压模型,利用有限元模拟和实验的方法,研究了低频振动频率、振幅等工艺参数对非晶合金摩擦行为的影响规律。首先利用水冷铜模吸铸法在真空环境下制备Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)大块非晶合金样品,在配备高温炉的Zwick/well材料力学性能试验机上完成双杯挤压实验;然后通过三维电子显微镜测量挤压后样品的上、下杯高度,从而计算出相应的摩擦系数值;最后利用Deform软件模拟对摩擦系数进行标定。结果表明摩擦因数随着频率的增加而减小;对振幅而言,当振动频率为0.05或0.1 Hz时,振幅的改变对摩擦因数影响不大;当振动频率为0.5或1或2 Hz时,振幅变化对摩擦因数有一定的影响,但是没有明显的规律可循。     

超声振动对板材固体颗粒介质成形的影响

针对常规变形方法难以实现的轻合金板成形问题,综合固体颗粒介质成形和超声振动塑性成形技术,提出超声激励颗粒介质成形工艺。采用ABAQUS对变幅杆及凹模按照20 k Hz工作频率进行设计并展开模态及谐响应分析,并以此为基础,设计并制造了最大输出功率1.5 k W的板材超声激励颗粒介质成形模具,进行AZ31B筒形件热态拉深试验,研究超声振动对板材颗粒介质拉深成形的影响。结果表明:超声激励促进颗粒介质的流动性及其传压性能;超声激励影响镁合金板材的极限拉深比,在振幅为6.7~11.6μm范围内,该极限拉深比呈现先增加后降低的规律。超声振动可以降低最佳压边力及成形载荷并抑制法兰区起皱,并且成形载荷随着超声振幅的增加,载荷降低比例越高。     

基于DEFORM-2D的304奥氏体不锈钢拉深过程应力应变的数值模拟

不锈钢板材在拉深成形过程中应变硬化严重,影响因素复杂,易出现起皱、破裂、黏模等现象.运用DEFORM-2D的有限元软件,对不同拉深工艺条件下304奥氏体不锈钢圆筒件的拉深成形过程进行了数值模拟,分析了不同工艺条件下的应力应变情况.结果表明:工件凸缘处的摩擦因数越大,拉深成形极限高度hmax越小;提高拉深速度或降低摩擦因数,拉深成形极限高度hmax增大.通过几种不同条件下的模拟分析发现,在模拟实验条件范围内,304奥氏体不锈钢圆形件拉深成形的最佳成形条件为:凸模圆角rp=3mm、凹模圆角rd=3mm、凸缘处的摩擦因数μ=0.08、拉深速度v拉=30mm/s.这与实际生产中的情况相吻合,产生破裂的部位也与实际一致.     

压头温度对挤压铸造7075半固态组织均匀性的影响

应用DEFORM-3D软件对7075铝合金半固态挤压铸造充型过程进行了模拟,研究了压头预热温度对7075铝合金杯形件充型过程的影响。在模拟的基础上,利用压力机及杯形试验模具,进行了半固态7075铝合金流变挤压铸造成形,分析了压头预热温度对7075铝合金杯形件半固态挤压铸造组织均匀性的影响。模拟和试验结果表明,压头预热温度越高,充型越平稳;在合金温度为628℃,成形比压为50 MPa,成形速度为3.5mm/s的条件下,随着压头预热温度的增加,杯形件的液相偏析度减小,组织更加均匀。当压头温度为400℃时,杯形件的液相偏析度最小,为14.02%。     

合金温度对7075半固态模锻液相偏析的影响

应用DEFORM-3D软件对7075铝合金半固态模锻充型过程进行了模拟,研究了合金温度对7075铝合金杯形件充型过程的影响规律。在模拟的基础上,利用压力机及杯形实验模具,进行了半固态7075铝合金流变模锻成形,研究了合金温度对7075铝合金杯形件半固态模锻液相偏析的影响,模拟和实验结果表明:合金温度越高,充型越不平稳;在压头温度400℃、成形速度3.5 mm/s、成形比压50 MPa的条件下,随着合金温度的增加,杯形件的液相偏析度增加,组织越不均匀,当合金温度为628℃时,杯形件的液相偏析度为14.02%。     

调频调幅式轴向振动挤压花键成形过程实验研究

研究了在低频振动花键挤压成形过程中成形力的变化规律和振动加工的降载机理。利用课题组研发的调频调幅振动挤压成形机为实验设备,搭建了成形力测量系统,实测花键振动挤压时成形力的变化,并对数据进行分析。结果表明:成形力的大小主要与振动的振幅有关,尤其是回退行程,当回退行程足够大时,模具与工件间的摩擦力将工件拉伸至屈服段,立即反向挤压,由于包辛格效应(Bauschinger),成形力显著降低;另外,良好的润滑条件可以有效降低成形力,模具回退瞬时离开材料变形区时,润滑液进入,降低了材料与模具间的摩擦,从而降低成形力。实验研究表明,对于模数为0.47、齿数为36的小模数渐开线外花键挤压成形,采用频率10 Hz、前进行程1.38 mm、回退行程0.67 mm时,成形力降低了27%,降载效果显著。     

汽车6016-T4铝合金板材成形性能实验及数值模拟

利用实验与数值模拟结合的方法研究6016-T4铝合金板材室温下材料的成形性能。通过铝合金板材室温拉深实验,得到极限拉深比为1.913;针对铝合金板材成形实验过程,采用DYNAFORM有限元分析软件进行模拟分析,得到极限拉深比为1.925。实验结果与模拟结果表明,随着板料尺寸的增加,成形板料圆角区域的厚度逐渐减小,凸模行程曲线、拉深深度和板料厚度分布对比的结果显示,模拟结果与实验结果具有良好的一致性,进一步为汽车铝合金覆盖件成形工艺研究分析提供参考。     

变摩擦正反向超塑成形壁厚均匀的TC4钛合金深筒形件

1C4钛合金深筒形件厚度精度要求为(1.6±0.2)mm,据此设计了多种预成形模形状,采用MARC有限元模拟研究不同形状预成形模对最终深筒形件侧壁厚度分布的影响规律及不同预减薄区域的作用.分析预成形模和终成形模的表面摩擦系数分别对成形件壁厚分布的影响,并提出模具型面变摩擦控制厚度分布的方法.结果表明:预成形模对于板料压边部分环形带区域和筒形件底部区域的局部预减薄,对最终侧壁的厚度分布有非常大的改善.同时,合理地增大预成形模的表面摩擦能显著增加预成形的局部减薄作用,对于提高工件最终壁厚分布的均匀性有利.减小终成形模的摩擦,可以使板料趋于整体变形,壁厚分布趋于均匀.根据模拟结果,采用机械加工方法增加预成形模表面摩擦系数,在终成形模表面喷涂BN润滑剂降低摩擦系数.最后,通过正反向超塑成形试验制得厚度分布在1.50～1.78mm范围内的TC4钛合金深筒形件.     

DP600高强钢板杯形件单道次拉深旋压成形质量分析

为了研究工艺参数对高强钢板杯形件单道次拉深旋压成形质量的影响规律,以旋压件的壁厚分布、直线度以及圆度均值作为评价指标,基于有限元分析软件ABAQUS对DP600高强钢板单道次拉深旋压成形过程进行数值模拟研究,并进行了试验验证。结果表明:在高强钢板杯形件单道次拉深旋压成形过程中,随着旋轮进给比f、旋轮圆角半径rρ以及旋轮与芯模间相对间隙值δ的增大,其壁厚分布的均匀性逐渐变好,直线度逐渐增加;圆度均值呈先减小后增加的趋势,并且均存在一最小值;当f=0.5 mm·r-1、rρ=10 mm及δ=-5%时,DP600高强钢板杯形件单道次拉深旋压成形时的质量最优。     

AZ31B镁合金方盒形件拉深成形工艺参数研究

针对AZ31B镁合金方盒形件进行拉深成形工艺试验,分析了单个工艺参数的变化对盒形件拉深成形过程的影响,在其他因素不变的条件下,凹模温度在150~300℃范围内,成形深度随温度升高而增大,在300℃时成形深度达到最大值;凸模温度保持在120℃左右,差温拉深效果较为明显;压边间隙调整到1.3t(t为板材厚度)时,拉深深度最大;拉深速度在30 mm·min-1时成形深度最大。确定了影响拉深成形深度的各工艺参数的先后顺序为:压边间隙、凸模温度、凹模温度和拉深速度。运用正交试验方法进行各工艺参数优化组合,结果表明,采用最优工艺参数组合可以提高AZ31B镁合金方盒形件拉深成形的成形深度。     

低频振动对Ti6Al4V合金摩擦因数的影响

通过对Ti6Al4V合金在高频往复磨损试验装置上进行低频摩擦性能试验.分别进行了不同频率、不同振幅和不同法向栽荷下的摩擦性能试验,并给出了各种情况下的摩擦因数曲线.通过试验可知,随着振幅的增加摩檫因数随着增加;随着法向载荷的增加.摩擦因数降低;在振幅为1 mm和2rain下,摩擦因数随着振动频率的增加先增加后减小;在振...     

不同厚度304不锈钢薄板微盒形件拉深试验研究

微拉深是一种高效加工开口型薄壁零件的工艺方法,但由于尺度的减小,常规拉深工艺的材料和模具无法满足微拉深的要求。采用5 mm×10 mm凸模对厚度100、200μm的SUS304薄板进行了微拉伸试验,对拉深试样进行了镶嵌打磨,测量其剖切面厚度减薄率分布以及关键部位厚度方向的微硬度分布。结果发现微盒形件最大减薄发生在凸模圆角附近,厚度减小,薄板减薄分布不均匀性增加;凸模圆角部位发生明显的加工硬化现象。试样厚度减小,圆角部位厚度中心层低硬度区现象减弱。即薄板厚度减小,拉深成形中的变形协调条件减弱,变形不均匀性增加,成形能力下降。     

退火工艺对5052铝合金板材力学性能和成形性能的影响

对5052铝合金板材进行了再结晶退火,通过组织观察、单向拉伸、杯突试验、筒形件拉深试验,分析了不同退火温度和保温时间对板材显微组织、力学性能和成形性能的影响。结果表明,经340℃保温1 h再结晶退火处理后,5052铝合金板材显微组织为均匀等轴晶粒;抗拉强度为181 N/mm2,伸长率达到22.36%,杯突值为7.59 mm,极限拉深比为2。显微组织、力学性能和成形性能的配合较好。     

纯钼板材真空环境高温拉深性能研究

在25~870℃温度范围内进行了厚度为2.0 mm纯钼板的单向拉伸试验,建立了高温拉深有限元分析模型。通过数值模拟与试验对比分析,确定了纯钼板高温变形摩擦与温度的关系,研究了成形温度、润滑、压边间隙和模具尺寸对热拉深工艺的影响,并采用优化的工艺参数进行了平底杯形冲头热拉深试验。结果表明,润滑条件对纯钼板热拉深影响最显著,其次是成形温度;在成形温度870℃,拉深速度30 mm/min,有润滑,压边间隙2.5 mm的参数组合下,最大拉深比可达1.94。     

低频振动作用下45钢压缩力学行为分析

利用低频振动拉/压试验机,将激振频率、激振力作为主要影响参数,对45钢进行了低频振动作用下的压缩试验,主要对试验钢的强度变化进行了研究。结果表明:试验钢在拉伸过程中,添加低频振动后,与超声振动作用类似,也表现出金属振动塑性成形的"体积效应",即平均应力减小,屈服强度和抗拉强度均降低;随激振力增大,试验钢在拉伸中的平均载荷减小;随激振频率减小,试验钢拉伸时的平均载荷呈外凸曲线变化,在185 Hz时平均载荷达到最大值。     

厚度近均匀分布的Ti6Al4V钛合金筒形件超塑成形(英文)

采用MSC.MARC软件设计不同形状的预成形模具,采有限元模拟方法研究预成形模具和终成形模具的表面摩擦因数对筒形件侧壁厚度分布的影响规律。结果表明:对预成形模具压边部分环形带区域和筒形件底部区域进行局部预减薄有利于筒形件厚度的均匀分布。当预成形模具表面的摩擦因数达到0.57时,局部减薄效果最明显,有利于最终的厚度分布。终成形模具的表面摩擦因数为0时,板料趋于整体变形,厚度分布区域均匀。通过机械加工增加预成形模具的摩擦因数,通过喷涂BN陶瓷粉末降低终成形模具的摩擦因数,最终,采用正反向超塑成形成功制得厚度分布为1.50~1.78mm的TC4钛合金深筒形件。     

转子偏心效应下大范围转动弹性梁外激励非线性动力学行为与振动机制

为实现大范围转动弹性梁类柔性机械的高速、安全、平稳运行,综合应用Galerkin模态截断法和Hamilton原理建立弹性梁刚-柔耦合动力学模型,并建立转子偏心运动微分方程;基于行波叠加原理,应用高阶Runge-Kutta法完成非线性动力学解耦;应用时、频域分析法解析转子偏心效应下弹性梁的振动机制以及外激励下的频谱响应特性。研究结果表明：外激励响应在转子偏心效应下会衍生新的低频谐波分量,转速和激励幅值的增加会导致频域内多个低频谐波分量高于主振,易引发不同程度的间歇性振动;外激励频率提高会引起频域谱峰后移,数值仿真5~35 Hz频段的外激励,当频率为25 Hz时其低频谐波分量是主振幅值的2倍,高达0.181 mm,进而呈现明显的外激励突发性激振。因此,借助时、频域分析可有效解析具有随机性的间歇性或突发性振动产生机制,可为大型旋转柔性机械的动力学优化设计提供重要的理论基础和数据支持。     

盒形件无模充液拉深工艺参数研究

基于Dynaform平台对盒形件无模充液拉深工艺参数进行分析与研究,结果表明,合理地控制液体加载路径、预胀形压力以及成形时的液体压力可有效提高板料成形性能和成形件质量,通过与传统拉深工艺比较,无模充液拉深工艺在摩擦保持效应的作用下,拉深件壁厚更加均匀一致,盒形件一次拉深最大相对高度可达到4。