多点成形时工艺方式与工件压痕的关系研究

多点成形是一种先进的制造技术,但其成形特点与传统的冲压成形方式相比具有很大差别.本文采用有限元数值模拟手段针对多点成形过程中产生的压痕现象以及消除压痕的措施进行探讨,主要是对比多点模具成形和多点压机成形两种不同工艺,分析不同成形工艺条件下对压痕的影响.本文用显式动力学软件对1mm与3mm厚度的马鞍型曲面件进行数值模拟,结果表明,在相同条件下,用多点模具工艺成形的板材比用多点压机工艺成形的板材压痕深度大3-15倍,而且在成形过程中出现压痕的时间早.多点压机成形方式比多点模具成形方式具有成形效果好,缺陷少(可以减小或消除压痕和起皱等缺陷),并且有利于板材的流动,能够得到更大的变形量.     

复杂截面型材力控制拉弯成形数值模拟分析

复杂截面挤压型材的高精度拉弯成形是制造框架式车身的关键技术.本文基于动态显式有限元软件PAM-STAMP,针对一种典型的框架武车身用复杂截面挤压型材,对其力控制方式的直进台面式拉弯成形进行了数值模拟研究,对比分析了两种截面形状的型材截面畸变和回弹随补拉力增大的变形规律,并得到了摩擦系数对成形精度的影响.数值模拟结果表明,增加型材截面的变形刚度,可以显著地减小截面畸变和回弹;增加补拉力,增大了截面畸变但减小了回弹;增大摩擦系数,截面畸变量减小而回弹增加.     

板料V形弯曲回弹的动力显式有限元分析

板料成形后的回弹对精度影响较大,在数值模拟时对回弹进行精确预测显得非常重要.基于连续介质力学及有限变形理论,建立了适合于三维板料成形分析的显式算法的有限元数学模型,采取集中质量矩阵,用动力显式积分的方法,使位移计算显式化,避免了由材料、几何、边界条件等高度非线性因素引起的计算收敛问题.根据该模型开发了动力显式算法的板料成形过程模拟的有限元分析程序DESSFORM3D,应用该软件模拟了包括回弹在内的整个板料V形弯曲的成形过程.通过3个不同凸模行程时计算与实验的板料几何形状对比以及计算结果与实验结果对比,验证了软件计算结果的准确性.     

板料V形弯曲回弹的动力烛式有限元分析

板料成形后的回弹对精度影响较大，在数值模拟时对回弹进行精确预测显得非常重要。基于连续介质力学及有限变形理论，建立了适合于三给板料成形分析的显式算法的有限元数学模型，采取集中质量矩阵，用动力显式积分的方法，使位移计算显式化，避免了由材料、几何、边界条件等高度非线性因素引起的计算收敛问题。根据该模型开发了动力显式算法的板料成形过程模拟的有限元分析程序DESSFORM3D，应用该软件模拟了包括回弹在内的整个板料V形弯曲的成形过程。通过3个不同凸模行程时计算与实验的板料几何形状对比以及计算结果与实验结果对比，验证了软件计算结果的准确性。     

机翼前缘蒙皮橡皮成形回弹数值模拟分析

基于有限元数值模拟的工艺分析方法能提高橡皮成形工艺的零件质量,其中回弹预测的精度是橡皮成形数值模拟的关键。文章以有限元软件ANSYS为平台,针对飞机前缘蒙皮铝合金板2B06-T3,建立成形与回弹过程的数值模型,研究影响数值模拟回弹预测精度的关键因素,如单元积分类型、网格尺寸、接触与摩擦。提高数值模拟成形精度,需要精确控制模拟过程的关键环节,力求在每个环节减小误差累积。该文对实际生产具有指导意义。     

双向梯形夹芯板柱面弯曲成形回弹分析

整体弯曲成形是制造曲面夹芯板高效且经济的方法,其成形特点与回弹预测是重点研究方向。采用结合有限元的半解析法对双向梯形夹芯的力学参数进行推导,获得夹芯等效弹性常数,分析上、下面板不等厚夹芯板柱面弯曲成形时面板与夹芯的变形特点及应力中性层的变化,在此基础上建立夹芯板平面应变弯曲回弹理论计算模型,预测夹芯板弯曲成形的应力分布与回弹,并与数值模拟及多点弯曲成形实验结果进行对比。结果表明:夹芯板回弹量与中厚板十分接近,回弹量较小,易于控制成形精度;理论预测的横截面切向应力与回弹都偏大,其中上面板应力相对误差在2.9%以内,下面板应力相对误差在6.5%以内,下面板纵向中心截面线误差在1.0mm范围内,各项误差均在很小范围内,验证了本工作回弹计算模型的准确性。     

电磁成形放电频率对板料变形的影响

目的研究电磁成形放电频率对板料变形的影响规律。方法以商用有限元软件ANSYS为平台,建立板料电磁成形有限元模型。通过数值模拟方法,研究不同厚度的1040铝合金板在不同放电频率下的变形过程,得到不同板厚对应的最优放电频率。对比板料自由胀形试验结果,验证数值模拟的可靠性。结果放电频率对线圈放电电流、板料内电流分布、磁场力分布以及变形影响较大,并且存在最优放电频率使得板料的变形量最大。结论最优相对放电频率随着板厚的增加而减小,其变化规律呈幂指数函数变化。     

航空发动机燃烧室帽罩变压边热成形技术

目的 提出帽罩零件真空环境变压边热成形新技术,解决航空发动机燃烧室帽罩零件冷成形回弹大、精度低、内部应力大,以及热成形壁厚不均、氧化严重等问题。方法 利用有限元仿真和工艺试验相结合的方法,选用GH3625高温合金板材研究变压边热成形过程中压边力加载路径对帽罩成形质量的影响,分析热成形模具热膨胀与回弹变形对帽罩尺寸精度的影响,建立考虑热成形、变压边力加载及模具补偿的成形方案。结果 在900 ℃条件下,帽罩热成形力相比室温下降低约70%,内外径回弹量分别降低约67%和59%。基于几何特征优化的压边力加载路径有助于减小零件型面的回弹。结合回弹变形和热膨胀变形补偿,确定模具总补偿量为内径?0.49 mm,外径?0.62 mm。工艺试验结果表明,采用模拟所确立的成形方案成形的帽罩质量较好,尺寸精度达到IT9级,型面精度在0.2 mm以内,切边后回弹量为0.1 mm,与有限元仿真结果吻合较好。结论 建立的有限元模型和变形补偿方案可以有效地优化帽罩的工艺成形过程,所提出的变压边热成形技术能够显著降低高温合金变形抗力和回弹,可以解决高精度帽罩零件成形制造难题。     

AA5B02 铝合金三通管充液成形工艺研究及参数优化

目的基于有限元数值模拟软件Dynaform对三通管的成形工艺进行优化。方法分析不同的初始压力、成形压力、轴向进给力、背压平衡力和合模力等对三通管成形的影响。根据成形过程进行模拟,得到分布应力图、厚向应变图、成形极限图等结果,根据模拟结果对零件的成形性进行分析,预测减薄破裂、起皱和回弹等缺陷。结果初始压力在防止侧推头将管坯推皱的前提下,取值应越小越好。成形压力和最大压力能保证减薄率、增厚率和成形度的要求即可。轴向进给对最终的成形质量影响较大。随着摩擦因数的增大,零件的减薄率不断增加,但是增厚率是先减小后增大。结论根据数值模拟的结果能够很好地优化三通管的成形工艺方案。     

汽车万向节叉热挤压成形的数值模拟分析

采用刚粘塑性有限元法对万向节叉热挤压成形过程进行数值模拟分析,综合考虑了变形、热传导、变形生热、摩擦生热等多个因素,得出了成形过程中金属流动变化的3个阶段。研究了摩擦条件和终锻温度对成形力的影响,得出良好的润滑条件和给模具进行预热,能够有效的控制成形力,有利于金属的流动及提高模具寿命。     

Shape accuracy analysis of multi-point forming process for sheet metal under normal full constrained conditions

In order to study the shape accuracy of multi-point forming (MPF) process for sheet metal under normal full constrained conditions, the in-depth analysis of shape accuracy of workpieces in multi-point forming with individually controlled force-displacement (MPF-ICFD) process is conducted in this paper by combining experiment, theoretical analysis and numerical simulation. The influences of normal force, material thickness and material properties on the shape accuracy of the feature surface are studied, and the shape accuracy characteristics of the sheet under different parameters are obtained. Afterwards, the stress and strain characteristics of sheets are obtained by numerical simulation. Finally, the effect of normal force on shape accuracy was revealed by establishing a mechanical model of the sheet metal under normal full constrained conditions. Moreover, the amount of springback reduction in MPF-ICFD is defined quantitatively. Compared with the normal unconstrained conditions, the shape accuracy of sheet metal is improved significantly under normal full constrained conditions. The stress and plastic deformation are more uniform and the amount of springback is smaller. For Q 295 steel plate with thickness of 2.0 mm, the difference between the maximum value and the minimum value of the reaction force of punch decreases from 4515.9 N to 1475 N when the forming force is 2500 N. Besides, the bending moment of the sheet on the unit width decreases from 357.9 N???mm to 328.1 N???mm. The average shape error E _rr and the amount of springback Δk decreases by 60.05% and 16.03%, respectively.     

电磁成形技术在钛合金板材成形中的应用

钛合金是航空航天领域主要的轻质结构材料,强度高,但不易成形且回弹大,而电磁成形技术的发展为钛合金零件的精密高效成形提供了新的有效途径.从高速增塑、成形工艺、数值仿真3个方面综述了电磁成形技术在钛合金板材成形的应用研究情况,并结合笔者的研究经历对钛合金电磁成形中存在的问题进行了简要分析.在此基础上,着重综述了电磁成形技术下材料的成形性能与变形机理,进而综述了钛合金电磁胀形、电磁翻边工艺研究进展,并介绍了钛合金电磁成形多物理场耦合仿真技术,最后对未来钛合金板材电磁成形技术的发展进行了展望.电磁成形技术可以提高钛合金板材的成形性能;厚度接近集肤深度的高导电性低强度板材是优质的驱动片.为了进一步促进电磁成形技术在钛合金板材成形中的应用,需要开发更高强度的磁体线圈以及更优的驱动方式.     

小曲率铝合金框形件弯胀成形数值模拟研究

目的 针对一种小曲率铝合金框形件成形后回弹大和起皱问题,对其进行弯胀复合成形工艺的数值模拟研究。方法 基于DYNAFORM软件对成形过程进行仿真,并通过对比分析零件的最大减薄率及圆角处的贴膜度,得出该零件最大液室压力的最优值为20 MPa,并基于该参数进行壁厚分布及回弹的模拟分析,最后,通过现场试验对该成形方案进行验证。结果 通过采用弯胀复合成形工艺方法,该零件的最大回弹量控制在2 mm以内,零件整体成形质量较好,无破裂、起皱现象。结论 该种成形方法较刚性模压弯及主动式充液胀形更具优势,能够有效解决小曲率框形件回弹大及起皱问题。     

Al6063管件外增量成形工艺研究

目的 研究6063铝合金管件外增量成形过程,分析管件的成形效果,改进管件成形质量。方法 设置3组目标成形管件,使用Abaqus软件进行成形过程的数值模拟,通过考察成形管件的几何精度、壁厚分布、表面质量、成形力,分析成形质量和可能出现的问题。通过使用长120 mm、直径50 mm、壁厚1.5 mm的Al6063铝管进行管件外增量成形实验,验证数值模拟结果的可靠性。结果 成形管件会发生管端变形现象,具体表现为管端不圆与轴向伸长,成形件管端椭圆度为10.11%,管端变形程度与成形道次成正比,且在距离管端越近的成形区域,管端变形越明显。管壁成形区厚度增大并呈现不均匀分布。成形件管壁直线度偏差为0.34,且表面质量与径向进给量和轴向进给速度成反比,管件的圆角尺寸难以严格控制。径向力是成形过程中主要的成形力,其大小与工具头直径成正比。结论 管件外增量成形原理可靠,基于此能够实现多种目标管件的成形。由于成形原理的限制,成形件的成形质量还有很大的提升空间,合理制定工艺参数对提高成形质量十分重要。     

铝合金板材磁脉冲辅助U形弯曲过程回弹数值模拟分析

目的揭示铝合金板材磁脉冲辅助弯曲成形对回弹的影响机理。方法基于两种磁脉冲辅助成形方案,采用数值模拟软件LS-DYNA,建立磁脉冲辅助U形弯曲的有限元模型。结果与准静态成形相比,磁脉冲辅助U形弯曲成形能减小板料圆角区的残余应力,方案Ⅰ板料圆角区等效塑性应变大于方案Ⅱ板料圆角区的等效塑性应变;电磁体积力能有效减小回弹,且放电能量越大,回弹角越小;磁脉冲辅助U形弯曲成形能减小板料的弹性应变能。结论相同放电电压下,方案Ⅰ的回弹控制效果好于方案Ⅱ的回弹控制效果。磁脉冲辅助U形弯曲减小回弹的主要原因是板料圆角区残余应力的减小和弹性应变能的降低。     

基于随动支撑的板料渐进成形数值模拟

目的 提出了基于随动支撑的板料渐进成形方法,研究基于随动支撑的渐进成形在刀具与随动板之间距离不同时成形精度、厚度、轴向力、等效应变和等效应力的变化情况。方法 通过对厚度为1 mm的6061铝合金板料分别进行普通渐进成形数值模拟、刀具与随动支撑板距离为1 mm和0.8 mm的随动支撑渐进成形数值模拟,分析了板料在成形过程中成形精度、厚度、轴向力和等效应变的变化情况,并将普通渐进成形数值模拟的结果与刀具和随动支撑板距离为1 mm和0.8 mm的基于随动支撑渐进成形数值模拟结果进行对比分析。结果 与普通渐进成形相比,随动支撑渐进成形能够提升成形精度,但当刀具与随动板之间的距离较小时,成形精度较差;随动支撑渐进成形板料侧壁厚度更薄,轴向力的数值及波动范围都更大,且随着刀具与随动支撑板之间距离的减小而增大。此外,当刀具与随动支撑板之间的距离为0.8 mm时,随动支撑渐进成形板料的等效应变会明显增大。结论 基于随动支撑的板料渐进成形在一定程度上可以提高板料成形精度。     

汽车 U 形隔热板冲压回弹控制

目的解决隔热板成形常见问题以及预测回弹量的大小。方法以有限元分析软件Dynaform为基础,研究毛坯尺寸、压边力、拉延筋布置以及摩擦因数对隔热板成形性的影响。结果得出了隔热板的较佳成形工艺参数。结论通过修正模具和改善工艺来不断地改善回弹,能准确地预测回弹量的大小。优化后的回弹量分别为Δd=0.918 mm,Δα=0.340°,回弹量得到了有效的控制。     

树脂复合减振钢板U型弯曲回弹实验与数值模拟研究

通过带法兰边的U型弯曲成形实验研究,考察了树脂复合减振钢板在不同压边力下的回弹特性.实验结果表明:压边力对树脂复合减振钢板回弹特性影响显著.较大的压边力有利于减小回弹缺陷.其次,考虑树脂层的粘弹性特性,采用非线性粘弹性模型来描述树脂层的力学变形行为,并采用Cohesive单元和固体壳单元分别对树脂层和表层钢板进行离散,进行了树脂复合减振钢板在不同压边力下的U型弯曲有限元数值模拟研究.和实验结果比较表明,所建立的有限元模型能够较好的模拟U型弯曲成形过程.最后,基于建立的有限元模型,考查了成形速度,树脂层厚度和表层钢板初始屈服应力对回弹的影响.参数分析结果表明:这三个参数对回弹角的影响显著.该研究对树脂复合减振钢板冲压工艺设计具有一定的指导意义.