颗粒增强铝基复合材料热等静压近净成形有限元模拟

目的 建立可靠的模拟方法,以更高效地预测颗粒增强铝基复合材料(PRAMC)粉末热等静压中的形状变化和不同部位致密度的差异,解决传统实验试错方法适用性差且费时费力的问题,满足批量应用的需求。方法 以45%(体积分数)SiCp/6092Al复合材料为研究对象,构建了能预测粉末热等静压成形过程的有限元模型。使用Gurson-Tvergard-Needleman(GTN)模型作为粉末本构模型,建立了粉末尺度的代表性体积单元(RVE)对GTN模型进行修正。结果 通过对比GTN模型计算结果与实验结果,发现修正后的GTN模型能更准确地预测模型的最终变形尺寸,与修正前相比,相对误差降低了1.6%~2.9%。使用修正后的GTN模型对杯形回转体零件的热等静压成形过程进行预测,最终形状的计算结果与实验结果的相对误差仅为0.2%~3.1%,致密度分布的相对误差在0.5%以内。在探究包套厚度对热等静压过程的影响时发现,随着包套厚度的增大,热等静压过程中的屏蔽作用增强,内部粉体致密度下降。结论 为PRAMC热等静压近终形制备的形状和致密度控制问题提供了有限元预测工具,辅助优化了热等静压工艺和包套设计,降低了颗粒增强铝基复合材料热等静压近净成形过程开发的试错成本。     

钢丝绳成形力学行为的非线性有限元分析

钢丝绳捻制成形过程属于三维梁大转动弹塑性变形问题。钢丝绳的加工应力不仅影响成形性，而且由其引起的残余应力对钢丝绳结构强度有很大影响。为保证钢丝绳成形模拟计算精度和效率，从而为钢丝绳成形工艺与结构强度的合理设计提供依据，本研究建立了考虑大转动几何非线性和材料非线性的共转坐标系弹塑性有限元计算基本方程，在此基础上编制了钢丝绳成形过程模拟计算程序。通过数值模拟计算分析钢丝绳捻制成形过程的反扭转系数对加工应力应变分布和残余应力的影响，计算结果表明：反扭转系数对捻制成形过程中应力应变和残余应力及形状冻结性有显著影响，合理的反扭转系数应取略大于1.0的值。实验结果证实了本文提出的捻线成形过程数值模拟几何模型和有限元计算模型的有效性。     

AZ31 镁合金板材气体胀形的模拟及成形极限的预测

建立了300℃下AZ31镁合金板材气体胀形实验方法的有限元模型,并对板材胀形过程进行了仿真分析。基于板材应变历史分析,以二阶主应变转折点作为判别准则,预测了板材成形极限应变。通过模拟结果与实验结果的对比,分析解释了不同尺寸试样的变形情况。     

控制厚度分布的正反向超塑胀形的有限元分析

为研究正反向超塑胀形工艺对厚度分布的影响,应用商业有限元软件MARC对带有凹槽的深盒形7475合金零件正反向超塑胀形过程进行了有限元模拟,并对不同工艺条件下成形后零件的壁厚分布结果进行了分析.研究表明:正反向超塑胀形工艺是控制成形零件壁厚的有效途径,通过优化压力-时间曲线和反向胀形模具形状,明显改善了零件的厚度分布,达到了零件的设计要求;后处理直观地显示了该零件正反向超塑胀形的全过程,为成形提供了合理的方案;零件变形各阶段的应变速率控制在7475合金的应变速率范围内,证明压力-时间曲线设计合理.     

铝合金板料电磁成形工艺与理论的研究进展

将电磁成形与现有板料成形工艺相结合,能够有效拓宽电磁成形应用领域,可为汽车、航空、航天等高端装备中铝合金零件高性能精确成形带来新的突破.主要综述了电磁复合成形工艺、多物理场耦合数值模拟与本构建模、铝合金板料电磁成形性能与组织演变等3个方面的研究进展,并结合笔者的研究工作对电磁成形工艺与理论研究中存在的问题进行了简要分析.着重综述了以电磁辅助冲压与电磁渐进成形为典型代表的电磁复合成形工艺,阐述了电磁成形过程多物理场耦合数值模拟分析方法,介绍了基于管材电磁成形或板材电磁胀形实验的高应变速率本构模型参数逆向识别方法,为电磁成形数值分析提供必要的材料模型.阐明了电磁成形能够有效提高铝合金板料成形性能,并揭示了多物理场耦合作用下铝合金板塑性变形机理与组织性能演变规律,为电磁成形工艺研究打下重要理论基础.最后,对铝合金板料电磁成形工艺与理论的研究进展进行了总结,并对其发展前景和研究方向进行了展望.     

大型弯头液压成形的理论分析与实验研究

针对现有弯头制造中存在的问题 ,提出了用环壳液压胀形工艺制造弯头的方法 ,分析了环壳的应力特点 ,并给出了其最后的成形压力 .通过实验研究了环壳胀形过程中位移、应变的变化规律及成形后壳体的几何尺寸 ,并对其成形过程中的起皱进行了分析 .研究表明用液压液压胀形工艺制作弯头是可行的 .     

铝粉烧结锥形件压扭成形模拟及实验研究

以铝粉烧结锥形件为研究对象,应用DEFORM软件对其压扭成形过程进行了三维有限元模拟,获得了成形过程中相对密度、等效应变、速度场的分布规律,并在模拟的基础上进行了相关实验研究。结果表明压扭工艺可以成形出近乎致密的铝粉锥形件。     

方盒件拉深法兰区不均匀流动的模拟分析

盒形件及一些复杂形状的零件在拉深成形时,由于其形状的非轴对称性,变形沿变形区的周边分布是不均匀的,往往会造成各种形式的缺陷.利用开发的动力显式弹塑性有限元程序FEMStamping模拟了NUMISHEET'93国际会议的标准考题之一方盒形件的拉深成形过程,分析了摩擦系数、压边力和凹模圆角半径等工艺参数及毛坯形状与尺寸对法兰变形区材料不均匀流动的影响规律,给出了改善方盒形件成形质量的一些工艺措施.     

椭球壳体无模液压成形实验探索

对椭球壳体的整体无模胀形成形工艺进行了实验研究。实验壳体采用单曲率椭球内接多面壳体。对实验壳体的尺寸变化、变形过程中的表面应变分布、变形前后的壁厚变化规律进行了测试分析,探讨了壳体的趋球变形过程,壳体的长短轴变化趋势及塑性变形规律。实验证明,在封闭椭球壳体内塑性趋球规律仍然起作用,椭球无模液压整体成形工艺值得进一步探讨研究。     

板栗真空破壳工艺的研究与热力学分析

板栗脱壳历来是板栗加工的技术难题,本文介绍了板栗在真空中破壳的机理的研究现状。根据板栗的几何尺寸和物理参数,用ANSYS软件建立了板栗的有限元分析模型。分别用ANSYS模拟了在加热过程中的湿度场和温度场的分布,以及对它们产生的应力和应变进行了分析。对温度场、湿度场和压力场也进行了耦合分析,找出了最大应力和应变产生的位置。同时,对影响板栗真空破壳特性的因素进行了模拟研究,模拟结果表明,板栗的大小、形状对真空破壳的影响显著,破壳率随真空度的降低而增大。验证模拟结果和实验结果表明,所建的模型具有可行性。     

A new three-dimensional finite element model for the simulation of powder forging processes: application to hot forming of P/M connecting rod

In powder metallurgy (P/M) the forming of industrial artifacts requires consolidation of loose powder into dense material leading to near-to-net shape components. In order to realize the economic advantages of the near-to-net shape formation, it is essential to understand the mechanical behaviour of powder deforming domain. The conventional P/M forming process consists of different stages such as closed cold die compaction, sintering and hot/cold forging. In the present study a finite element based computational model has been formulated to study the hot forging stage with particular reference to forging of P/M connecting rods. In order to achieve this purpose, a new finite element formulation has been developed to model the powder deformation under a given thermo-mechanical loading. Essentially, the computational model is formulated based on a visco-plastic Green type material model considering an independent idealization of strain rates into a total deformation part and a dilatational part, and the yield criterion takes into account the pressure sensitivity. The model is set in a perturbed Lagrangian functional, leading to a three field mixed formulation with velocity, Lagrangian multiplier/pressure and volumetric strain rates as three basic unknowns in the finite element domain. The developed finite element model can be used right from the compressible domain to the incompressible domain with the Lagrangian multiplier becoming then the pressure. A relative density-dependent visco-plastic type of friction law is used for characterizing the friction behaviour between the powder preform and the die. The required various material parameters are determined from experiments on aluminium powder preforms. In order to facilitate the non-isothermal deformation study, a powder-based transient thermal analysis has been developed. A computational scheme has been used to couple the mechanical and thermal calculations. Using the developed three-dimensional code, hot forging of automotive components can be simulated and which in the present study is exemplified by simulation of hot forging of a P/M connecting rod. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

UOE焊管成形三维有限元模拟

建立了UOE焊管成形过程的三维有限元模型,模拟具有大变形和复杂接触的成形过程,分析板料各个成形段的回弹,获得了不同成形段板料的变形构形、等效塑性应变分布以及成形载荷的变化。研究结果可为UOE工艺设计以及评估成形机组制管能力提供指导。     

发动机泵体精密热模锻成形工艺研究

目的为了提高发动机泵体综合机械性能和降低制造成本,采用精密热模锻技术来实现泵体的精确成形。方法通过确定锻件分模面位置,建立了泵体精密热模锻几何实体模型;在此基础上,建立了泵体热模锻过程三维有限元模型和模拟参数,实现了精密热模锻过程有限元模拟模型。结果通过数值模拟,获得了成形过程中坯料的速度场、等效应变场和温度场及载荷-行程曲线,揭示了泵体热模锻过程中金属充填模具型腔的情况及其变形机理,获得了温度场应变分布以及载荷、打击能量随行程的变化规律,优化了预成形时拍方坯料长度等参数,为确定成形工艺参数提供了科学依据。结论经试验验证,新工艺成形的锻件非加工外形面尺寸精度达到了零件要求,数值模拟结果与实验结果一致。     

浅谈深筒锥形件温挤压成形工艺技术

采用温挤压加工7A04铝合金深筒锥形件替代原有棒料车制的加工方法,大幅度提高了原材料利用率。通过设计正挤压与反挤压相结合的复合挤压成形工艺。在1套模具、1次机床行程中实现2个或多个基本变形过程。使用有限元的计算方法对金属塑性成形过程进行模拟,大幅度地缩短产品研发周期,节约人力物力,为复杂形状有色金属异形零件的成形提供了指导。     

铝合金双曲率薄壁件电磁渐进辅助拉伸成形工艺方案设计与开发

目的 针对铝合金双曲率薄壁件传统拉伸成形工艺成形均匀性差的问题,提出一种采用电磁渐进辅助拉伸成形的高精度成形工艺。方法 设计电磁渐进辅助拉伸成形工艺方案,基于有限元仿真软件LS-DYNA R13.0,建立拉伸成形和电磁成形有限元模型。通过数值仿真研究线圈移动路径和放电电压组合对成形质量的影响以及薄壁件的整体贴模成形过程和等效塑性应变。结果 与单程放电相比,双程放电能够大幅度提高板材变形均匀性。与以中间值电压连续放电以及先大电压后小电压的放电电压组合相比,在先小电压后大电压的放电电压组合下,板材的成形质量更高。选择线圈双程顺序移动路径和7 kV-10 kV放电电压组合,通过10次拉伸和9层54次放电,得到了减薄率仅为3%的贴模性良好的双曲率薄壁件。变形量基本呈现随着放电层数的增加而不断降低的趋势。电磁放电仅扩展更大的塑性应变区域,不改变已贴模区板材的塑性应变值。结论 与拉伸成形相比,电磁渐进辅助拉伸成形工艺有效提高了板材的塑性变形程度并极大控制了回弹的发生。     

金属热成形过程的综合数值模拟

金属在热成形过程中的微观组织演变是影响产品力学性能的关键因素,该演变过程取决于温度、应变和应变速率。本文基于有限变形理论和微观组织演变的数学模型,建立了能够模拟变形过程、温度变化过程和微观组织演变过程的有限元法,研制了通用的三维有限元计算软件,并在H型钢三维热轧模拟方面进行了深入开发,给出了原材料为C-Mn钢的H型钢热轧过程综合模拟结果。综合对比了8组不同工艺下的热轧实验结果和计算机模拟结果,二者均吻合良好,表明本文方法能够较好地预报金属热成形过程。     

多点复合渐进成形与单点渐进成形的对比分析

为提高金属板材渐进成形的成形质量、成形精度、成形效率和成形极限,了解不同渐进成形工艺对制件成形性能的影响,本文以典型方锥台制件为研究对象,利用有限元软件MSC.Marc对2种渐进成形工艺进行了三维建模,对比分析了单点渐进成形和多点复合渐进成形对制件等效塑性应变、厚度分布和成形精度的影响.数值模拟结果表明:单点渐进成形的等效塑性应变和厚度减薄主要集中在制件相邻侧壁间的拐角处,而多点复合渐进成形的等效塑性应变和厚度减薄均匀地分布在制件成形区;相同成形工艺参数下,相比单点渐进成形,多点复合渐进成形更有利于制件的成形效率、成形质量、成形精度和成形极限的提高,更有利于抑制破裂等失稳现象的产生.2种渐进成形工艺的成形试验表明,数值模拟结果与试验相符.     

Mechanical experiments on the superplastic material ALNOVI-1, including leak information

In subatomic particle physics, unstable particles can be detected with a so-called vertex detector, placed inside a particle accelerator. A detecting unit close to the accelerator bunch of charged particles must be separated from the accelerator vacuum. A thin sheet with a complex 3D shape prevents the detector vacuum from polluting the accelerator vacuum. Therefore, this sheet has to be completely leak tight. However, this can conflict with restrictions concerning maximum sheet thickness of the product. To produce such a complex thin sheet, superplastic forming can be very attractive in cases where a small number of products is needed. In order to predict gas permeability of these formed sheets, many mechanical experiments are necessary, where the gas leak has to be measured. To obtain insight in the mechanical behaviour of the used material, ALNOVI-1, tensile experiments were performed to describe the uniaxial stress-strain behaviour. From these experiments, a high strain rate sensitivity was measured. The flow stress of this material under superplastic conditions was low and the material behaved in an isotropic manner upon large plastic strains. The results of these experiments were used to predict the forming pressure as a function of time in a free bulge experiment, such that a predefined target strain rate will not be exceeded in the material. An extra parameter within these bulging experiments is the application of a hydrostatic pressure during the forming process. Such a pressure postpones the nucleation and growth of internal cavities, which means that higher plastic strains can be reached before failure. Results from these experiments showed that at higher hydrostatic pressures, higher bulges were made. All these bulges were leak tested, showing also that higher hydrostatic pressures lead to a lower void volume fraction at higher hydrostatic pressures, since these bulges were more leak tight at the same bulge height than bulges made without the application of this pressure. This article describes the setup and results of the uniaxial (tensile) and biaxial (bulging) experiments on the superplastic aluminium ALNOVI-1.