缩径挤压工艺及模具设计

根据零件成形特点,分析了成形前的坯料加工工艺,找出了坯料加工与挤压成形的切入点,设计了正挤缩径与反挤成形组合工艺装置,综述了缩径挤压模具的设计要点、模具结构、工作原理及实际应用效果。     

不同焊接参数下CT70连续钢管高频电阻焊残余应力分布的数值模拟

目的研究CT70连续油管高频电阻焊接后的残余应力值和分布规律,以及焊接速度和挤压量等焊接参数对残余应力的影响。方法通过有限元计算的方法施加移动面热源和移动挤压辊,来模拟高频电阻焊的加热和加压过程,并用小孔法测量了高频电阻焊后连续钢管的残余应力值。结果对比计算的和实际的焊缝尺寸,均是内壁处为0.2 mm,壁厚中间部位为0.1 mm,内壁凸起高度为1.0 mm,宽度为2.1 mm,验证了有限元模型的准确性。计算得到的高频电阻焊后在焊缝处的轴向残余应力较大,在400～500MPa之间;环向残余应力较小,在-100～200MPa之间,与小孔法测量的残余应力一致。结论焊缝附近的残余应力主要由不均匀加热引起,远离焊缝处的残余应力主要由挤压引起。热源与挤压辊间距离和焊接速度增加会导致焊缝附近的残余应力增加;挤压量增加和焊接功率增加会导致焊缝附近的残余应力降低。     

核电站控制棒驱动机构Canopy焊缝焊接温度场和应力-应变场模拟

目的 研究机加工和拉拔2种成形方式下得到的填充环对Canopy焊缝的影响,获取焊接焊缝成形、焊接残余应力和变形的相关数据,以指导Canopy焊缝焊接工艺。方法 采用数值模拟的方法,建立Canopy焊缝焊接数值分析模型,模拟焊接温度场、焊接残余应力和焊接残余变形。结果 拉拔成形环焊接熔池高度为9 mm,机加工成形环焊接熔池高度为8.3 mm;机加工成形环焊接最大残余应力为255.6 MPa,而拉拔成形环焊接最大残余应力为277.8 MPa,均出现在管座紧贴焊缝的位置;机加工成形环焊接残余变形为0.19 mm,拉拔成形环焊接残余变形为0.186 mm,最大残余变形均出现在焊接起始位置附近,在焊缝与管座交接的位置。结论 熔池形貌直接影响了热影响区域的大小,拉拔Y型环焊接熔池高度更大,焊接的热影响区域更大;拉拔Y型环焊接残余应力略大于机加工Y型环焊接残余应力;机加工成形环和拉拔成形环焊接残余变形相近。     

大型复杂薄壁铝合金空心型材挤压成形工艺

目的 解决大型复杂薄壁铝合金空心型材挤压过程中材料流速均匀性控制难,以及模具局部应力集中导致模具寿命低、挤压型材尺寸稳定性差的问题。方法 采用有限元模拟方法对此类典型型材挤压过程进行仿真分析,根据仿真结果中型材出口材料流速分布情况,通过调控不同部位材料流入量及材料流动阻力,并以型材出口流速差和流速均方差(SDV)作为衡量挤压过程中材料流速均匀性的指标,逐步迭代优化模具结构以提高材料流动均匀性;根据仿真结果中挤压模具应力分布情况,以模具最高应力作为衡量模具强度的指标,逐步迭代优化模具结构以减小模具应力。结果 通过迭代仿真依次优化模具工作带长度、分流孔尺寸、阻流块高度等参数,最终型材出口流速差由25.07 mm/s降至2.72 mm/s,流速均方差由9.84 mm/s降至0.72 mm/s;通过迭代仿真优化焊合角度,最终模具最高应力由945 MPa降至863 MPa。采用基于有限元仿真优化结构的挤压模具成功制备了合格的铝合金型材样件,挤压试验结果与数值模拟结果吻合。结论 通过优化模具工作带长度、分流孔尺寸及阻流块高度,调控不同部位材料流入量及材料流动阻力,能够有效解决大型复杂薄壁铝合金空心型材挤压流速均匀性差的问题;通过优化模具焊合角度,能够显著降低模具局部应力集中。     

双孔壳体正反挤压成形工艺

目的设计双孔壳体成形工艺方案,生产出合格产品。方法运用数值仿真方法,模拟双孔壳体成形过程,分析其成形趋势、应变图和应力图等,为工艺设计提供理论支撑。结果通过模拟仿真计算,优化和验证了双孔壳体挤压工艺方案的可行性和合理性。结论通过工艺方案分析、有限元模拟计算,确定了双孔壳体最终成形方案,并且制作出了合格的产品。     

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。     

连续变通道挤压–剪切工艺对镁合金薄壁管材组织性能的影响

目的 针对高性能镁合金薄壁管材的加工和制备,提出一种新型复合挤压制备工艺,并验证新工艺对于管材性能的影响。方法 通过数值模拟结合实验,建立镁合金管材连续变通道挤压-剪切工艺(CVCES)成形三维有限元模型,分析CVCES成形过程中坯料的等效应力和累积应变;对坯料纵截面沿挤压方向上的不同位置进行微观组织观察,对比分析CVCES成形管材与普通成形管材的金相结果;对成形管材进行强度测试对比。结果 与普通挤压镁合金管材相比,CVCES成形管材晶粒细化效果更明显,抗拉强度约为320 MPa,硬度高出13%左右。结论 CVCES工艺可以有效地细化晶粒,成形管材的平均硬度和抗拉强度明显增大。     

Mg-Nd-Zn-Zr稀土镁合金无缝管材正反挤压过程模拟

目的 研究稀土镁合金无缝管材制备过程,开展模具结构优化和正反挤压过程的有限元研究,为稀土镁合金的无缝管材制备提供技术基础。方法 通过对稀土镁合金无缝管材正反挤压过程进行数值模拟,分析了在正反挤压过程中,反挤压凸模圆角、正挤压挤压角及挤压工艺参数对应变场的影响规律,以降低工艺参数对模具寿命的影响,提高产品成形质量。结果 在无缝管材挤压成形过程中,当凸模圆角半径为10 mm,挤压角为30°时,应变分布更为均匀,所需挤压力最低。随着挤压温度的升高,应变分布越来越均匀,所需挤压力下降,适宜的挤压温度为400 ℃。结论 合理的凸模圆角半径和挤压角可以改善挤压流场、应变分布及降低挤压力。挤压温度对流场影响较小,挤压力随着摩擦因数增加而增加。     

方管旋压缩径工艺研究

采用旋压缩径工艺将矩形截面管缩成圆形截面管,利用Abaqus软件对旋压缩径工艺进行数值模拟,分析成形过程中的应力应变分布、壁厚变化规律、轴向长度变化及载荷变化规律,对成形中产生的缺陷进行分析,并优化工艺。实验结果验证了成形方案的可行性,并得到较好的成形结果。     

AZ31镁合金薄壁管材挤压技术研究

目的得到综合力学性能良好的AZ31镁合金Φ8 mm薄壁管材。方法研究了热挤压、等温挤压与反向温度场挤压3种工艺对AZ31镁合金薄壁管材晶粒组织和力学性能的影响。结果热挤压管材组织不均匀,头部晶粒粗大、尾部细小,等温挤压和反向温度场管材挤压组织较为均匀。结论反向温度场挤压在模具温度为300℃、坯料温度为20℃条件下,薄壁管材抗拉强度达278MPa,伸长率达20.1%,综合力学性能最佳。     

TA2圆管辊弯成型边波缺陷及机理研究

目的 为消除TA2薄壁圆管在辊弯成型过程中产生的边波缺陷,研究分析不同成型方法中TA2薄壁圆管焊缝处纵向应力及应变大小的变化规律。方法 运用专业型钢软件COPRA RF和有限元MSC.MARC商业软件建立符合生产标准的三维薄壁圆管模型,展开多机架连续辊弯成型过程的有限元仿真,并进行辊弯成型试验验证。结果 试验结果表明,成型方式不合理是引起TA2薄壁圆管辊弯成型边波的重要原因。随着道次间成型结束后塑性应力与纵向应力的累积,TA2薄壁圆管焊缝处出现褶皱现象,即薄壁圆管产生边波缺陷。通过有限元分析及TA2纯钛薄壁圆管生产试验验证发现,基于普通成型法加工的薄壁圆管焊缝处失稳区辊弯纵向应变波动峰值由0.6%降低到基于上山法成型的0.3%。结论 使用上山法可以消除TA2纯钛薄壁圆管在辊弯加工工艺中产生的边波缺陷,提高了产品精度并为后续装配提供了保障,研究结果为消除工业纯钛圆管边波缺陷奠定了良好的理论基础。     

厚壁管温热缩口与管壁增厚的数值模拟研究

目的主要研究厚壁管两端同时温、热锥形缩口工艺的特点,以及缩口过程不同工艺参数对壁厚增厚的影响。方法通过选择合理的材料模型与热力耦合等温度场模拟参数,建立了有限元模型,使用DEFORM体积成形软件对厚壁管两端同时温热缩口工艺进行了分析,探究了温、热缩口两种条件下应力应变分布特点。结果模拟实验获得了管材缩口系数、模具半锥角、t/d0值、摩擦因子、成形温度等工艺参数,在温、热两种条件下对壁厚增厚量的影响曲线。结论管材缩口过程具有典型的变形阶段:入锥弯曲阶段、反弯曲阶段和缩口稳定阶段;管材高温下缩口变形特点为周向、轴向的压缩变形和径向的增厚变形;厚壁管缩口的增厚变形量随着模具半锥角的增大和缩口系数的减小而增大,同时受摩擦因子、成形温度、管材壁厚的影响较大。研究结果为管材缩口壁厚增厚工艺提供了基础技术数据。     

芯轴摩擦系数对推压-拉拔复合缩径的影响

推压-拉拔复合缩径工艺是管坯减径的新方法,芯轴外表面与管坯内表面之间摩擦系数对工艺有重要的影响。通过建立推压-拉拔复合缩径变形过程中变形管坯的力学模型,分析了芯轴外表面与管坯内表面之间摩擦系数对成形的影响规律。针对某载重6.5 t胀压成形汽车桥壳管件的第一道次推压-拉拔复合缩径,设定不同的芯轴摩擦系数,进行了有限元仿真,得到了芯轴摩擦系数对管坯变形的影响规律,并基于管坯传力区不失稳以及变形所需凹模推力和芯轴拉拔力较小,给出了芯轴摩擦系数的设定范围。进行了缩径实验,实验和有限元模拟的结果接近。较小的芯轴摩擦系数可能造成管坯起皱失稳,而较大的芯轴摩擦系数,有利于降低管坯轴向压应力、凹模推力和芯轴拉拔力,但可能造成管坯表面划伤。     

大型筒体对轮强力旋压成形特征与规律研究

目的 研究大直径薄壁筒体在对轮强力旋压过程中的应力–应变分布情况和材料流动特征,探明减薄率、进给比和主轴转速等工艺参数对成形结果的影响规律。方法 利用Forge仿真平台建立2.25 m级5052铝合金筒体对轮强力旋压的有限元模型,分析筒体成形过程中的应力–应变状态和主要工艺参数对成形精度与旋压成形力的影响规律。结果 在对轮旋压成形过程中,筒体内外侧应力–应变呈对称分布,成形区域内材料呈扇形流动。工艺参数对成形工件壁厚精度和旋压成形力的影响主次顺序为:减薄率＞进给比>主轴转速。结论 各工艺参数的增大均会降低工件的壁厚精度,减薄率和进给比的增大会引起旋压成形力增大,而主轴转速增大会使旋压成形力轻微减小。     

强旋薄壁管材z-θ向残余剪应力的测量方法

为建立旋压薄壁管材残余剪切应力的测量方法,并估算强旋2024Al样品管的残余应力,沿单侧纵向切开管段并测量了变形.对变形进行简化的基础上,以弹性力学方法推导出了残余剪切应力的算式,并计算了样品管材的残余应力大小.结果表明：样品管材存在显著的z-θ向残余剪切应力,应力的大小与切口两侧的轴向错开量成正比,应力沿壁厚的分布接...     

6A02铝合金异形截面小弯曲半径薄壁管液压成形工艺研究

目的 研究6A02铝合金异形截面薄壁管的液压成形过程，改进管件的成形质量。方法 使用Abaqus软件进行数值模拟，通过考察管件壁厚分布情况、管件轴线的最小弯曲半径及管壁与模具贴合情况，研究了内压、轴向进给量、加载路径及合模过程中的内压与进给对成形质量的影响，并提出了合模力–轴向进给–内压三者同时配合的加工方法。结果 通过数值模拟确定了无轴向进给情况下管件薄弱处发生破裂时的内压为7.5 MPa，发生起皱前的最大轴向进给量为2 mm，最低整形内压为80 MPa。确定了在合模过程中进给0.75 mm、合模后继续按照特定加载路径进行内压提升和轴向进给、最后施加80 MPa的整形压力的情况下成形效果最好。通过此路径加工出的管件最小壁厚为0.42 mm，最大减薄率为16%，轴线最小弯曲半径为1.258 mm，与模具间隙面积为0.065 mm²。结论 适当的内压–轴向进给可以实现较好的成形质量。在合模过程中，施加与合模力相配合的轴向进给和内压能增加管件弯曲处薄弱部分的补料量，改善管件在合模后的壁厚分布情况，进一步提升管件最终成形质量。     

基于响应面法的大型锥筒件内凸缘缩口成形工艺参数优化

目的 探究大型锥筒件内凸缘缩口成形的最佳工艺参数。方法 首先,根据内凸缘缩口成形的工艺原理,使用三维软件构建内凸缘缩口成形的仿真模型,并用Deform进行仿真成形。在此基础上,以缩口件高度和成形载荷作为内凸缘成形质量的判断依据,基于响应面法得到关于缩口件高度和成形载荷的回归预测模型。分析不同的摩擦因数、挤压速度和凹模锥度对内凸缘成形质量的影响,优化得到最佳的成形工艺参数,最后进行物理试验验证。结果 通过响应面法拟合得到了缩口件高度和成形载荷关于3因素的多元非线性模型,模型通过F检验得出的显著性概率P值均小于0.000 1,失拟项值均大于0.05,且模型预测值与试验模拟值的关系接近直线,充分说明了该数学模型的合理性。当摩擦因数为0.3、挤压速度为3 mm/s、凹模锥度为9°时,毛坯的成形载荷最小,为90 kN,缩口件高度最低,为1 350 mm,与模型预测相比,误差均小于10%。结论 优化后的工艺参数使内凸缘成形质量高、表面光滑无缺陷、成形载荷小,为大型锥筒的内凸缘成形工艺提供了参考。     

双辊夹持板料旋压成形过程塑性变形行为的研究

双辊夹持式板料旋压成形是用来加工薄壁回转体法兰零件的新工艺。为了研究其旋压成形过程中的塑性变形行为,利用ABAQUS软件建立了双辊夹持旋压成形过程的三维有限元模型,并进行了薄壁回转体法兰零件的旋压成形过程的数值模拟,获得了成形过程中等效应力、应变及壁厚的分布。研究了翻边长度对成形件应力应变及壁厚减薄率的影响规律。结果表明等效应力、应变及最大壁厚减薄率均随着翻边长度的增大而增大,由此根据不同的毛坯材料可以确定相应的最大翻边长度。     

Simulation of liquid infiltration and semi-solid extrusion for composite tubes by quasi-coupling thermal-mechanical finite element method

As a new metal forming technology, the liquid infiltration and semi-solid extrusion process can produce various composite parts, such as tubes, bars, and shaped products, in a single process. In this paper, the liquid infiltration and semi-solid extrusion process for forming a composite tube is simulated by means of thermal rigid-plastic quasi-coupling FEM method. The key technologies such as the handling of liquid phase zone, the transition between liquid and solid phase zones, the grid re-meshing method and the establishment of the boundary condition have also been studied. Based on the FEM simulation software developed by the authors and the grid re-meshing technology, the distribution of stress field, strain field and deformation force in the liquid infiltration and semi-solid extrusion process for forming composite tubes are obtained. The deformation force simulation results accord with the experimental data, indicating the reliability of the system. Therefore, the present research is theoretically valuable in the product quality control and the process parameter choice.