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.     

铝合金型材拉弯成形回弹的有限元模拟

对回弹进行有效预测与控制是提高型材弯曲件精度的关键.为了分析轴向作用力对拉弯制件回弹的影响,采用动力显式有限元仿真软件Pam-Stamp2000对中空矩形截面铝型材AA6082(T5)转臂式拉弯成形过程进行了数值模拟,并与实验结果进行了对比.结果表明:增加预拉可以减小制件的回弹,但预拉达到一定水平后,继续加大预拉力对减小回弹将基本不起作用;当预拉不充分时,增加补拉同样有利于减小制件的回弹,但过大的补拉力对于减小回弹几乎没有任何帮助.可见,型材拉弯成形制件的回弹不仅与加载顺序及加载程度密切相关,同时也受到材料应变硬化特性的制约.     

不锈钢车顶弯梁拉弯成形研究

利用ABAQUS软件,对某轨道车辆的不锈钢车顶弯梁的拉弯成形过程进行了模拟研究,分析了L形型材拉弯后截面畸变及回弹的影响因素及控制方法。结果表明:模具立边深度对截面畸变的影响较大,拉伸量对其影响相对较小;包覆拉伸量对回弹时发生的截面扭曲的影响最大,补拉量对回弹时发生的侧面弯曲的影响最大;采用模具型面补偿法可以有效减小回弹,提高轮廓精度。实验证明,当预拉量和补拉量为1%、包覆拉伸量为7.5%和模具立边深度为H-0.5mm并且模具型面补偿量为最大回弹量的1.1倍时,可以制造出高质量的不锈钢型材拉弯件。     

基于自由弯曲技术的6061铝合金管的弯曲成形性能研究

目的 对6061铝合金管开展三维自由弯曲成形的研究。方法 对不同弯曲半径的铝合金管进行了弯曲模拟成形,并根据模拟结果对铝合金管进行实际成形研究。结果 根据对6061铝合金管进行的弯曲半径为60, 70, 80 mm的有限元模拟成形结果,发现管材壁厚中性层向弯曲外侧发生明显偏移,且弯曲半径越小,向弯曲外侧的偏移量越大;管材内侧管壁增厚,最大增厚为17.2%,管材外侧壁厚减薄,最大减薄不超过4%,发现随着弯曲半径的减小,管材内侧增厚愈发明显,而减薄变化较小,同时对管材截面畸变进行分析,发现最大椭圆度不超过8%;通过对比模拟结果、实验结果与设计模型,发现管材模拟的弯曲半径最大偏差不超过8%,实验结果则不超过6.5%,而管材模拟的弯曲角度最大偏差不超过4.5%,实验结果则不超过3%,同时发现当弯曲较小时,内侧发生明显起皱,而弯曲外侧也有轻微壁厚减薄导致的畸变缺陷,这与模拟结果吻合。结论 管材壁厚中性层向弯曲外侧偏移与自由弯曲系统轴向推力PL有关,轴向推力使得管材的受压区域增加,而受拉区域减小,导致壁厚中性层外移;实验结果与模拟结果相吻合,验证了模拟对实验成形指导的可靠性。     

铝型材构件多点变曲率拉弯制件回弹研究

目的 研究不同预拉伸量和补拉伸量对矩形变曲率构件回弹的影响,以提高柔性三维拉弯成形精度。方法 用有限元模拟了矩形变曲率铝型材三维拉弯成形过程,并用试验验证了有限元模拟的精度,设计了5组不同的预拉伸量参数和补拉伸量进行三维拉弯成形有限元模拟。结果 大曲率和小曲率段试验和有限元模拟的回弹误差小于2 mm,表明有限元模拟分析可以很好地对矩形变曲率构件进行模拟。得出的数据表明预拉伸量对于小曲率弧段回弹的影响比对大曲率弧段的影响更大,当预拉伸量增长到1.0%以后,回弹的下降幅度不再明显;随着补拉伸量的增大,变曲率拉弯制件两段的回弹均得到较好的抑制,当补拉伸量为1.4%时,制件靠近夹钳端出现了缩颈缺陷,产生了较大的质量缺陷。结论 研究证明适量增加预拉量和补拉量能有效减小柔性三维拉弯成形回弹。     

基于指数强化模型的预拉力影响角型材拉弯的回弹分析

为从理论上研究预拉力对角型材拉弯回弹的影响,采用指数强化材料模型,在分析角型材截面应力应变分布的基础上,建立了型材转台式拉弯解析模型.分析讨论了预拉力对角型材截面应力分布和加载弯矩的影响规律,并计算得到了回弹角随预拉力变化的规律曲线.与采用双线性强化材料模型的解析计算结果比较表明:采用指数强化材料模型计算的回弹结果与实...     

铝合金矩形管绕弯件尺寸精度的试验研究

铝合金矩形管绕弯成形时,截面畸变及回弹等问题严重影响弯曲件的几何精度,为了控制铝合金矩形管绕弯成形时弯曲件的尺寸精度,本文采用试验与理论相结合的方法研究了材料屈服强度及相对弯曲半径对矩形管截面畸变与回弹的影响.结果表明:随着屈服强度的增加,截面畸变及曲率半径回弹率也增加,但垂直径向方向的截面畸变变化相对较小;随着相对弯曲半径的增加,径向方向截面畸变及曲率半径回弹率逐渐减小,垂直径向方向截面畸变相差甚微.这为提高铝合金矩形管绕弯精度提供了有效途径.     

抽芯对H96薄壁矩形波导管绕弯成形回弹的影响

基于ABAQUS软件平台,建立了考虑弹性模量变化的H96薄壁矩形管绕弯回弹预测模型,模拟研究了考虑弹性模量随塑性变形的变化和不考虑弹性模量变化对回弹预测精度的影响,并试验验证了模型的可靠性.基于所建模型,模拟研究了抽芯参数对H96黄铜薄壁矩形管绕弯成形回弹角的影响规律及抽芯前后截面尺寸的变化规律.结果表明:采用变弹性模量的回弹预测模型可有效提高回弹预测精度14.9%;随着芯棒与管坯摩擦系数增大,回弹角减小;抽芯次数增加,回弹角先减小后趋于稳定;抽芯速度增大,回弹角先减小后趋于稳定;抽芯后的截面回弹有助于使各截面变化量趋于均匀.     

不同材料型材拉弯成形性的比较

介绍了型材拉弯成形性的比较方法,通过数值模拟,建立不同型材的拉弯成形性图,用于评估截面畸变等缺陷产生的难易;以某轿车门框复杂截面型材为例,进行了AA6060-T4和TRIP800两种型材拉弯成形性的对比,表明铝合金型材比钢型材具有更好的拉弯成形性,可得到较高的成形精度,有利于轿车车身轻量化设计.     

高强 TA18 钛管连续整体多弯成形精度控制

目的研究获得基于多指标的高强TA18钛管整体多弯管件成形精度控制的方法。方法在获得高强TA18钛管数控弯曲非线性回弹和伸长规律的基础上,研究回弹角、回弹半径的补偿方法和伸长控制方法,其次将获得的成形精度控制方法进行多弯模拟应用验证。结果对于回弹角和回弹半径,采用先补偿回弹半径再补偿回弹角的两水平顺序控制方法;对于弯曲伸长,采用预先减少管材下料尺寸和改变弯头位置来控制回弹后直线段长度的控制方法。结论应用上述控制方法,将多弯模拟结果与预成形管件几何尺寸进行对比,获得成形角度、半径和直线段长度的最大相对误差分别为1.00%,5.51%和5.04%。上述误差满足多弯管件装配精度要求,证明所提出的成形精度控制方法是可靠的。     

厚壁结构管件刚模塑性成形过程的数值模拟与工艺研究

基于刚塑性有限元法,忽略了回弹和管坯与模具、芯轴的间隙的影响,建立了简化的有限元模型,对厚壁管压弯、压扁成形过程进行了数值模拟,得到了各场量的分布。根据应力分布结果,对起皱和破裂等缺陷进行分析预测,并根据截面变化情况,研究了芯轴对截面畸变的作用与影响。该研究对厚壁管件弯曲和扁化过程的工艺方法提供了依据。     

补料量对管材充液剪切弯曲成形精度的影响

充液剪切弯曲方法能够整体成形相对弯曲半径小于0.5的极小半径管,内压和补料量对其成形精度有着重要的影响.采用实验的方法研究了在恒定内压下,不同补料量对5A02铝合金管材充液剪切弯曲成形过程截面畸变、圆角大小和壁厚分布影响,并通过数值模拟深入研究了补料量对厚向应变的影响.研究结果表明:补料比(补料量和切向位移之比)小于1.2时可以成形管件精度良好.补料比为1.3时,靠近第一弯角的位置产生截面畸变,不圆度为2.2%.补料比对第一弯角外侧圆角影响明显,当补料比由1提高到1.2时,圆角减小50%由4.5 mm减小至2.25 mm.随着补料比的增加,内外侧壁厚均增大.内外两侧最大增厚分别由27.47%和26.67%增加到38%和34.67%,最大减薄分别由14.53%和6.64%降低到8.73%和5.8%.补料比对外侧壁厚影响大于内侧.由此可知,补料量增加,有利于外侧圆角的成形和改善成形管件的壁厚分布,但补料量过大,易造成截面畸变.     

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。     

Development of a novel method for the backward extrusion

In this study, a new method of backward extrusion using small diameter billet is proposed. In this new process, the die setup consists of three main parts of the fix-punch, the moveable punch and the matrix. The fix-punch has been used to decrease the cross section of applied billet and finally reducing the total force of the process. To investigate the capability of this process, experimental and finite element (FE) methods were used. The results showed that the first advantageous of the new process is that the load is reduced to about less than a quarter in comparison with the conventional backward extrusion process. This higher reduction in the required force is due to reduce of the cross section of the initial billet. EF results showed that while needing lower loads, the applied plastic strain through the processed sample is about two times higher than that in the sample processed via conventional backward extrusion. This is the second advantageous of the process. Eventually, the most important advantages of the novel method of backward extrusion are the lower process force, imposing higher effective strain and a better strain homogeneity through the tube length. This new process is also very promising for producing ultra fine grained (UFG) samples because the higher level of shear strains.     

基于能量法的变截面层合管整体稳定承载力计算方法

为计算变截面层合管杆件整体稳定承载力,提出一种基于能量法的理论计算模型。采用基于三维梁理论的层合管等效抗弯刚度计算方法,计算了等截面段、变截面段的等效工程弹性系数。在考虑剪切变形的影响以及杆件变截面对轴压挠曲线函数影响的基础上,基于能量法推导了变截面杆整体稳定承载力解析公式。以NASA复合材料变截面杆为算例,进行了理论计算和有限元数值模拟,结果显示:同时考虑上述两因素的理论计算结果与有限元结果最为接近,剪切变形对临界承载力的修正可达10%以上,轴压挠曲线函数的变化对承载力的修正约为1%,可忽略。以锥长和锥角为参数,对变截面杆的承载力、体积和承载效率进行双参数分析,发现变截面对弯曲变形能的影响远大于对剪切变形性能的影响,采用变截面形式能够提高层合管承载效率,且一定锥长下存在承载效率最高对应的最优锥角。     

Investigating the benefits of using circular die springs instead of rectangular die springs

Die springs with rectangular cross section (rectangular die springs) are common in the industry. However, the production of rectangular die springs is difficult, and the cost of production is high. In this study, we examined the use of die springs with circular cross section (circular die springs), which are both easier to produce and less costly, in place of rectangular ones. To this aim, the fatigue life values of both die spring with equivalent specifications were compared experimentally. The results obtained were transferred to the finite element methods software to run the simulation of the fatigue test. From the experimental results obtained, it has been observed that using circular die springs in place of rectangular die springs is always possible, provided that the springs are guided with cast polyamide guides.     

Effect of Prestrain on Formability and Forming Limit Strains During Tube Hydroforming

The tube hydroforming process is a relatively complex manufacturing process; the performance of this process depends on various factors and requires proper combination of part design, material selection and boundary conditions. In manufacturing of automotive parts, such as engine cradles, frames rails, sub-frames, cross members, and other parts from circular tubes, pre-bending and per-forming operations are often required prior to the subsequent tubular hydroforming process to fit the tubular blank in the complex die shape. Due to these pre-- hydroforming operations, some of the strains are already developed before going to the actual hydroforming process. Such developed strains before hydroforming process in the part is called as prestrain. In this paper the study of effect of prestrain on formability and forming limit strains during tube hydroforming is done by simulation by taking the material prestrain value. The forming limit strains of pre-strained tube during hydroforming are predicted. A series of tube bulge tests for tube hydroforming are simulated by a commercial finite element solver to predict the limit strains. Numerical simulation of forming limit strains in tube hydroforming with different internal pressure and different simulation set up with or without axial feeding are considered to develop wide range of strain paths in the present work. The effects of process conditions on the forming limit strains are detailed. In this paper the forming limit strains during tube hydroforming are simulated for prestrain and compared with zero prestrain. Prediction of limits strains is based on a novel thickness based necking criterion.