铝合金防碰撞吸能管液压成形加载路径研究

针对防碰撞吸能管成形需要,提出了对铝合金6061圆管液压胀形过程的轴向进给补偿-液压力加载路径控制过程.通过数值模拟方法,采用分析软件ABAQUS 6.10对铝合金6061管材液压胀形的加载路径进行了研究.以成形件不发生起皱、破裂两种失效方式以及最终成形壁厚分布为依据,分析了不同轴向进给和液压力加载路径对成形件质量的影...     

基于最大m值法的超塑性胀形最佳压力加载方式

采用最大m值法拉伸试验获得了随应变变化的最佳应变速率关系曲线,以控制钣金超塑胀形气压加载,使得板料变形集中部位的实际等效应变速率等于变化的最佳应变速率,而非等于恒应变速率拉伸获得的最佳应变速率定值,从而获得比目前基于恒应变速率超塑胀性更优良的成形性能。以2A12铝合金为研究对象,采用最大m值法拉伸实验获得其最佳应变速率关系曲线,以控制超塑性胀形,并与恒应变速率胀形进行比较;为改善壁厚均匀性,设计了正反胀形模具与工艺,并结合有限元软件MSC.Marc 2010,对整流罩进行单向和正反向胀形模拟,并进行实验验证。结果表明,对于单向胀形,基于最大m值法的简化应变速率胀形,其成形时间仅为760s,较恒应变速率胀形3 360s大幅缩短,而二者的减薄率分别为70.4%和70.9%,在降低减薄率的同时,极大的提高了胀形效率;基于最大m值法的简化应变速率正反胀形,零件最小壁厚为1.157mm,较基于最大m值法的简化应变速率单向胀形零件的最小壁厚0.887mm有一定程度增加,而不均匀性则由69.97%降为28.9%,有效改善了壁厚均匀性;实验证明,采用最大m值法的胀形件的最小壁厚有所提高,均匀性得到了有效改善,且壁厚分布与模拟结果相吻合。     

内外压复合作用下5A02铝合金管材的硬化行为

为了研究管材在内外压复合作用下的硬化行为,在中间自由胀形区为椭圆形轮廓线的假设条件下,理论推导得到内外压复合作用下管材的应力/应变分析模型;再利用薄壁5A02-O铝合金管材在研制的内外压复合成形实验装置上进行外压为85 MPa(1.0σs)的实验研究,得到5A02铝合金管材在内外压复合作用下的应力-应变曲线。结果表明:5A02铝合金管材在内外压复合作用下进行胀形时,其胀形区轮廓形状依然可以准确地用椭圆函数进行拟合,且最高点处壁厚与胀形高度符合线性关系;由内外压复合胀形得到的应力-应变曲线的硬化指数n值为0.274,低于单向拉伸时得到的n值(0.304)。     

管材绕弯与液压成形工艺结合的支架关键技术研究及数值模拟

基于刚塑性有限元法(FEM)的Dynaform软件,对厚度2.4 mm的6063铝合金管材复杂支架的绕弯与液压胀形过程进行了数值模拟,得到了合理的成形工艺方案。结果表明,复杂管件成形采用预绕弯、预胀形和局部压扁工艺是可行的。多道成形工序的重点主要是关键参数控制:合理控制成形压力与时间关系;支架头部局部压扁前先预成形头部圆弧形状有利于防止压扁起皱。     

汽车结构件内高压成形应力极限分析

由极限应力构成的应力成形极限图(FLSD)独立于应变路径,可作为复杂应变路径下成形极限的判据。通过标准成形极限实验获得3A21铝合金板材的成形极限图(FLD);由极限应力应变转换关系,将极限应变转换至主应力空间,建立对应的FLSD;采用LS-DYNA软件对方截面汽车结构件内高压成形过程进行了模拟,应用FLSD预测胀形过程中破裂的发生及极限成形压力。模拟结果与物理实验结果相吻合,证明FLSD可作为管材内高压成形等复杂应变路径下成形极限的判据。     

基于应变速率变化准则构建管材液压胀形成形极限图

基于应变速率变化准则(Strain Rate Change Criterion,SRCC),研究了管材液压胀形过程中极限破裂点与其相邻节点应变速率之间的关系。通过对比胀形区中截面极限状态点与其相邻网格节点的应变速率值,可以判断管材胀形过程是否发生了破裂失效。通过管材液压胀形成形极限破裂实验发现,在管材胀形区极限状态点达到破裂时刻的应变速率值与胀形过程其它时刻的应变速率值相比有明显的突变,说明随着胀形区变形程度的增加,由于加工硬化等现象,胀形区可能发生了分散性失稳,从而使得胀形区变形不均匀。分析实验结果表明,管材液压胀形区中心单元体与其相邻节点之间的应变速率比值达到100左右时,认为管材达到破裂状态,通过提取胀形区极限状态点的极限主应变值来构建成形极限图,实验结果与数值仿真结果吻合较好。     

基于液压胀形实验及增量理论构建管材本构关系

为了准确构建管材本构关系,提出一种新的依据管材液压胀形实验数据、运用增量理论构建管材本构关系的方法。通过采用三维应变测量分析系统在线实时测量管材胀形实验中胀形区的三维位移场,并通过计算获得三维应变场、壁厚减薄等,避免了对管材胀形轮廓形状的预先假设。为了验证提出方法的可靠性,将运用增量理论、全量理论及单向拉伸实验确定的管材材料参数分别用于管材液压胀形实验的有限元模拟,并将模拟得到的管材的最大胀形高度、胀形轮廓形状与实验结果进行对比。结果显示,基于增量理论法获得各项结果的偏差均最小,在6.7%范围以内,故基于增量理论的方法能更准确地预测管材材料的本构关系。     

基于局部分叉理论的铝合金板材成形性预测研究

基于分叉理论和微分方程的特征线理论,建立了在平面应力状态下金属板料成形局部颈缩发生的判据,并根据此判据对成形过程中板料的破裂进行了预测。为了反映塑性变形局部化时塑性应变率对应力率方向的依赖性,在破裂的预测分析中采用了伊藤-吴屋的塑性应变率分量与应力率分量具有一对一关系的本构关系式。通过使用商业非线性有限元软件ABAQUS/EXPLICIT对板料成形过程进行模拟,将得出的模拟结果输入到用MATLAB编写的局部颈缩发生判据程序,实现了板料成形过程中破裂发生的预测。将提出的预测方法应用于A6022铝合金板料的刚性凸模胀形实验,预测的局部颈缩的位置和方向与实验结果大体一致。本板材成形破裂预测方法可用于汽车覆盖件成形及管材液压胀形过程中破裂的预测。     

轴向补料对双金属薄壁管冲击液压成形影响的研究

双金属薄壁管冲击液压胀形技术是在液压胀形与冲压成形基础上发展起来的一种复合成形技术。为了获取更好的成形质量，在液压预成形与冲击液压成形相结合的基础上，通过改变液压预成形的加载路径实现双金属薄壁管成形。介绍双金属薄壁管冲击液压成形原理及内管轴向补料方案；利用Dynaform有限元分析内管轴向补料距离对双金属薄壁管壁厚分布的影响，获得轴向补料距离对双金属薄壁管成形规律；同时，分析内管轴向补料距离对管材中截面的对角线长度变化影响规律，从而获得内管轴向补料距离对双金属薄壁管填充性的影响。通过液压预成形阶段加载路径的研究，探明了轴向补料对双金属薄壁管成形规律的影响，为冲击液压载荷作用下的双金属薄壁管成形提供理论与应用支撑。     

基于Dynaform的消音管液压胀形数值模拟

对管件的液压胀形工艺进行了研究,在此基础上以消音管为例进行了液压胀形数值模拟。基于Dynaform仿真软件,分析了消音管的成形过程,并对其成形极限和厚度变化情况进行了研究。针对液压胀形过程中出现的胀裂缺陷,通过优化加载路径等得到了合格的消音管成形状态,零件的最大变薄率为29. 6%。在数值模拟的基础上,根据最佳工艺方案进行了实际液压胀形试验,比较了仿真结果与试验结果的零件厚度,其相对偏差均在3%以内,并且相对变化趋势一致。研究结果表明,基于数值模拟的液压胀形仿真分析可以准确预测零件成形状态,从而提升设计生产效率。     

液压胀形环境下管材的力学行为

管材液压胀形技术在轻量化、一体化制造领域具有很好的发展前景和应用价值。为了更好地分析与研究该技术,结合国内外学者的研究进展,对液压胀形下管材的力学行为进行了全面地分析与总结。首先,对金属薄壁管在液压胀形下力学模型的构建方法进行了介绍,并分析了力学模型在塑性本构关系构建和管材成形性等方面的具体应用;然后,分析了双金属复合管液压胀形的成形机理及成形过程中的力学行为;最后,对管材液压胀形技术的发展趋势进行了阐述。通过对近年来管材液压胀形力学行为的分析与总结,为管材液压胀形技术的发展提供了有益参考。     

轴向补料对微型管件液压成形性能的影响

为了改善金属微型管件在液压成形过程中的成形性能,设计了一套可轴向补料的微型管件液压成形装置,来研究轴向补料对直径Φ2 mm,壁厚0.3 mm的304微型管件液压成形性能的影响。在微型管件自由胀形实验中通过采用不同加载路径来考察不同补料量对微型管件自由胀裂压力的影响规律。实验结果发现,轴向补料能显著提高微型管件的胀破压力,胀破压力的分布表现出显著的尺度效应。另外,采用GTN细观损伤模型对微型管件自由胀形试验进行数值仿真,结果表明轴向补料能够显著提高微型管件的成形能力。     

基于均匀增容的大变径比管件液压胀形加载路径研究

目前液压胀形加载路径设计多属于试错法,路径调试缺乏系统的指导思想,没有量化的反馈,因此,提出了基于均匀增容的液压胀形加载路径的设计方法。以管坯内部容积随轴向推进量线性均匀变化为目标,将整个液压胀形过程分为若个子步,通过调整每一子步的管坯内部压力,使每一子步的管坯内部容积沿均匀增容线变化,得到液压胀形管件。以某大型汽车桥壳管件预成形管坯为例,通过数值模拟得到了均匀增容的加载路径,给出了基于均匀增容线的合理成形区间,进行了生产试验,得到了外形轮廓清晰、壁厚减薄率满足设计要求的合格样件,试验结果表明:基于均匀增容的液压胀形加载路径适用于实际生产,样件成品率高、成形性好。     

金属薄壁管液压胀形极限测试装置的试验研究

分析了金属薄壁管液压胀形中胀形区截面节点的应力和应变状态,分别针对轴向进给力F的作用大于或小于液压力P的作用,金属薄壁管胀形区截面节点的应变状态分别对应成形极限图的左侧和右侧应变状态,开发1套能实现胀形区截面节点不同应变状态的金属薄壁管液压胀形极限测试装置,通过示例,获得了简单加载路径下金属薄壁管液压胀形成形极限图。     

不同路径下等通道转角挤压变形规律研究

采用Deform软件探究4种不同路径(A、B_A、B_C、C)对6063铝合金等通道转角挤压变形的影响规律,通过4种路径4道次的等效应变分布特征,分析不同路径对等效应变的大小与均匀性的影响以及其形成原因。利用等通道转角挤压实验,验证了6063铝合金各路径下变形模拟结果的准确性。结果表明,试样中心横截面等效应变值顺序为:A路径 B_A路径 B_C路径 C路径,变形均匀性系数顺序为:A路径 B_A路径 B_C路径 C路径,纵截面等效应变均匀性顺序为:B_C路径 C路径B_A路径 A路径。因此从变形效果来看,A路径是最佳选择;但若考虑材料整体的均匀性,需采用BC路径进行挤压。     

加载路径对X形管内高压成形质量的影响

借助管材液压成形仿真模拟软件,参照相关理论计算公式,探索确定仿真工艺参数。重点探讨了线性内压加载路径以及梯度内压加载路径对X形管成形质量的影响,同时分析了不同内压加载路径下,成形质量出现差异的原因。结果发现,梯度内压加载方式比线性加载方式更容易获得成形质量较好的X形四通管。     

5754-H111铝合金板材成形极限实验及数值模拟

为适应节能减排与轻量化需求,铝合金产品日益受到重视。通过实验与数值模拟方法研究了5754-H111铝合金板材在室温下的成形性能。通过刚模胀形实验,测试获得了成形极限图(FLD),其中平面应变条件下极限应变为0.174。并通过单拉、拉深及胀形实验,得到更实用的板材简易成形极限应力图(FLSD)。根据应变路径的变化,结合有限元模拟得到了FLD预测值,模拟结果与实验结果吻合较好,证明了该方法在预测板材成形极限上的准确性。     

球形旋转接头胀形加工的模拟研究

利用MARC软件,采用特定加载路径分别对球形旋转管接头外管及内管的胀形过程进行了二维数值模拟,分析了所选两种加载路径对胀形时管材形状及壁厚分布的影响,进行了球形旋转管接头液压胀形试验,成功试制出合格旋转管接头,为管接头的胀形加工提供了理论依据。     

铝合金薄壁柱壳电磁胀形塑性失稳实验研究

利用高速相机记录电磁驱动6063-T6铝合金薄壁柱壳膨胀变形过程,结合二维数字图像相关法分析试样表面应变场演化,对金属柱壳电磁膨胀塑性失稳过程开展研究,探讨金属高速成形极限及影响因素。实验结果表明:6063-T6铝合金薄壁柱壳电磁高速膨胀成形开始为均匀变形,随变形发展试样表面应变场出现局域化集中并沿45°或135°方向失稳扩展,裂纹沿局域化集中带发展导致碎裂;电磁膨胀局域化过程中分散性失稳时的平均应变与准静态拉伸失稳应变相比并没有明显变化,而局域化带形成时的应变随加载率提高显著增大,分析认为薄壁板电磁高速胀形成形极限提高的"增塑性"主要与惯性效应与结构效应相关。     

管材自由胀形时极限载荷及成形极限的确定

基于轮廓形状为余弦曲线及轮廓上任一质点的运动轨迹与轮廓正交的假设及材料各向异性理论,建立直观的数学模型,并借助数值计算方法,快速、准确地确定薄壁管材无模约束自由液压胀形的成形载荷及成形极限。通过对不锈钢及低碳钢薄壁管的液压胀形实验来验证理论模型及计算结果的正确性,并分析及比较胀形中的成形载荷变化规律、管材壁厚及轮廓形状的变化规律。研究结果表明,自由胀形长度l0对于极限载荷pb值的大小有较大的影响,但对极限胀形系数Kmax影响较小;基于该模型计算的极限载荷(破坏时的液压力)及成形极限更加接近实际,可用于管材液压胀形的生产中。