基于刚黏塑性本构关系的钛合金空心整体结构成形过程三维有限元分析

建立了钛合金空心整体结构成形过程的三维有限元模型.采用刚黏塑性本构关系,基于Marc有限元程序,分析了工艺参数对成形的影响.研究表明,扭转速度的提高使扭矩仅有较小的变化;当模具速度和应变速率提高时,热成形的成形力和超塑性成形的气压将提高.随成形温度降低,成形力显著提高,当温度高于900℃时,扭转成形的扭矩、热成形的成形力和超塑性成形的气体压力随温度的变化均不明显.在有限元分析的基础上,选取合适的工艺参数制备了钛合金空心整体结构模拟件,成形后的钛合金空心整体结构件面板厚度的实测值和模拟计算值具有相同的变化趋势,两者吻合良好.     

钛合金高尔夫球杆头超塑气胀成形技术研究

针对传统钛合金高尔夫球杆头生产工艺复杂、效率低、成本高的不足,利用钛合金在一定条件下具有良好超塑性这一莫大的优势,开发了钛合金高尔夫球杆头的超塑气胀成形工艺。运用ABAQUS有限元分析软件,对高尔夫球杆头本体部分在钛合金最佳超塑状态下超塑气胀成形的过程进行了数值模拟分析,揭示了成形过程中应力、应变及厚度分布规律,进一步得到该超塑状态下的压力一时间成形曲线,为后续试验提供了有效参考,同时预测了超塑气胀成形高尔夫球杆头工艺的可行性,模拟结果为钛合金高尔夫球杆头超塑气胀成形工艺与模具优化设计提供了理论依据。     

TC11钛合金叶片终锻过程三维有限元模拟

叶片是决定燃气涡轮发动机寿命的重要零件.钛合金是理想的压气机叶片材料,但其锻造过程复杂,容易产生缺陷.针对这种情况,运用三维造型软件Pro/E创建了叶片及其模具的几何模型.利用有限元软件模拟了不同参数下的成形过程,分析了叶片的温度场、等效应力场和等效应变场等的变化情况.研究结果表明:下压速度对金属流动性和成形质量起关键作用,合理的下压速度有利于提高金属的塑性,减小局部的应力集中,变形体变形更加均匀,更容易获得性能良好的锻件.研究结果为TC11钛合金叶片锻造工艺的制定提供理论依据.     

TC4钛合金空心风扇叶片面板成形缺陷的蠕变修复

航空发动机用钛合金宽弦空心风扇叶片具有独特的结构特点,其外部为等厚面板,内部减重空腔与加强筋交替排列。成形中当叶片承受弯扭变形作用时,其局部面板会发生失稳产生凹陷,导致叶型超差。为了解决这一问题,提出了一种基于蠕变成形的钛合金空心风扇叶片面板修复方法,该方法采用气压加载,在较高的温度下,使凹陷部位发生蠕变变形,恢复到理论外形。针对某型TC4钛合金宽弦空心风扇叶片试验件进行面板气胀蠕变修复工艺的研究,对经历2次热循环的基体材料进行了高温蠕变拉伸试验,建立了材料蠕变模型,利用有限元软件ABAQUS对面板蠕变过程进行了数值模拟,考察了保压压力以及蠕变时间对于修复效果的影响,并选取了最佳的工艺参数进行实验。结果表明,运用气压加载蠕变修复工艺,采用最大保压压力为4 MPa的分段加压曲线,在750℃下经过1 h的气压加载,能够有效修复钛合金空心风扇叶片面板在弯扭预成形中产生的凹陷,可以作为辅助该类零件制造的一种有效方法。     

TC4钛合金大深腔反向变曲率复杂蒙皮零件成形工艺

以TC4钛合金大深腔反向变曲率复杂蒙皮零件为研究对象，设计了两种成形工艺方案，分别为超塑成形工艺方案、热成形+超塑成形工艺方案，采用PAM-STAMP软件进行了工艺仿真分析，得到了零件成形过程中厚度的变化，预测了零件的成形质量，确定了采用热成形+超塑成形工艺方案，并设计了相应的成形模具进行试验验证。结果表明，采用热成形+超塑成形组合工艺可成功制备出合格的TC4钛合金大深腔反向变曲率复杂零件，成形后零件最薄处厚度约为1.24 mm,减薄率约为22.5%,满足设计强度要求，同时成形结果与仿真结果一致。     

基于Deform-3D的风机主轴空心轴预制坯成形优化

基于有限元分析软件Deform-3D建立了42CrMo4钢风机主轴1∶10等比例缩小的热力耦合三维有限元模型。为了对风机主轴空心轴预制坯进行成形优化,设计了一套专用于风机主轴空心轴预制坯锻造的新型模具。在Deform-3D中将常规风机主轴坯料模锻成形过程与采用新型模具的风机主轴空心轴预制坯成形过程进行等条件对比研究,分别从法兰端成形效果、轴身下料量以及等效应变、金属流动速度场、主轴所需成形力等的变化规律方面进行参数对比研究,验证了采用新型模具成形风机主轴空心轴预制坯的可行性,为优化风机主轴空心轴的实际生产流程提供了一定的参考。     

TA15钛合金超塑成形/扩散连接的可行性研究

采用厚度为2、4 mm的TA15钛合金板材,通过超塑成形/扩散连接的方法制备TA15钛合金重要承力壁板。经宏观及显微镜观察、超声波无损检测发现,该壁板质量良好。制备与超塑成形/扩散连接壁板的材质、厚度、成形工艺及成形过程完全一致的试验件,考核其拉伸性能、疲劳性能、剪切性能。结果表明,采用该种工艺制造的TA15钛合金壁板的力学性能满足设计要求,同时也指出TA15钛合金超塑成形/扩散连接的工艺参数有待进一步优化。     

复杂结构的钛合金宽弦空心风扇叶片的双层制造工艺及其毛坯优化设计

钛合金宽弦空心风扇叶片是航空发动机的重要部件,具有复杂的结构特点,内部交替排列着减重空腔与加强筋,采用基于复杂超塑性成形的传统多层工艺成形难度大。针对以上问题,本文提出一种基于热成形和扩散连接技术的新双层制造工艺,并且规划了一条毛坯优化设计的基本技术途径,更可靠可控的构建了内部加强筋。借用ABAQUS软件数值模拟成形,分析成形结果的厚度均匀性、结构完整性和表面缺陷,以评估方法的实用性。以Ti-6Al-4V为成形材料,采用经尺寸优化后的最佳坯料,进行了一系列的实验来验证仿真结果。实验成功制造出无缺陷的缩比版钛合金宽弦空心风扇叶片,同时实验与仿真模拟结果非常吻合。     

TA15钛合金深腔形零件超塑成形试验与仿真研究

利用PAM-STAMP有限元仿真分析软件,对1.8 mm厚TA15钛合金板料深腔形零件在945℃下的超塑成形进行数值模拟,得到优化了的时间-压力曲线与零件的厚度分布图,并设计了相应的成形模具。根据仿真优化得到的时间-压力曲线对该零件进行超塑成形试验,用三维扫描设备扫描零件的外形得到点云数据,并用超声波测厚仪测量零件的厚度分布。将仿真结果与实际零件的三维外形和厚度进行对比发现,试验成形零件与仿真成形零件的外形误差在0.6 mm以内,而且厚度分布趋势一致,最大误差为17.98%;试验成形零件的最大减薄率为64.3%,满足设计要求,验证了有限元仿真模型的准确性。     

变摩擦正反向超塑成形壁厚均匀的TC4钛合金深筒形件

1C4钛合金深筒形件厚度精度要求为(1.6±0.2)mm,据此设计了多种预成形模形状,采用MARC有限元模拟研究不同形状预成形模对最终深筒形件侧壁厚度分布的影响规律及不同预减薄区域的作用.分析预成形模和终成形模的表面摩擦系数分别对成形件壁厚分布的影响,并提出模具型面变摩擦控制厚度分布的方法.结果表明:预成形模对于板料压边部分环形带区域和筒形件底部区域的局部预减薄,对最终侧壁的厚度分布有非常大的改善.同时,合理地增大预成形模的表面摩擦能显著增加预成形的局部减薄作用,对于提高工件最终壁厚分布的均匀性有利.减小终成形模的摩擦,可以使板料趋于整体变形,壁厚分布趋于均匀.根据模拟结果,采用机械加工方法增加预成形模表面摩擦系数,在终成形模表面喷涂BN润滑剂降低摩擦系数.最后,通过正反向超塑成形试验制得厚度分布在1.50～1.78mm范围内的TC4钛合金深筒形件.     

基于Dynaform的汽车前托架成形分析及参数优化

分析讨论了汽车前托架零件的成形工艺及有限元分析前处理中工具体与板料的网格划分;探究了摩擦系数、压边力对板料成形的影响。结果表明,较小的摩擦系数增加了零件的起皱趋势,但对破裂缺陷有较大改善;基于模面破裂危险区的形变分析,对模面修改后进一步进行压边力优化,从而进行了符合实际工艺的多阶段前托架成形优化分析。采用优化后的工艺参数和模面形状进行实际试冲,得到了合格的零件,板料变薄率和增厚率分别在20%与5%的允许范围内。实际试冲与数值模拟的板料厚度应变误差在4%范围内,且板料轮廓收料情况相符。     

On the optimization of superplastic blow-forming processes

The superplastic blow-forming process of thin sheets is analyzed, and an optimal stable deformation path that reduces production time is obtained. The analysis is based on an analytical model for the superplastic forming (SPF) of a long rectangular box made of Ti-6Al-4V alloy at 900 °C use of a microstructure-based constitutive equation for the strain rate and grain growth, a stability criterion, and a variable strain rate control. It is shown that by imposing a variable strain rate control scheme derived from the stability analysis, an optimal forming time can be developed while maintaining a stable deformation path. Some other control schemes also show effectiveness in either reducing the localized thinning in the formed sheet or reducing the required forming time. Effects of friction and initial grain sizes on the forming pressure profile and the thickness distribution of the formed sheet are also investigated.     

组合摩擦对厚壁管件压弯成形的影响

在阐述了厚壁结构管件填充介质压弯成形工艺的基础上,建立了管件压弯成形过程有限元模型,研究了内外摩擦因数对管材弯曲成形过程中应力应变、成形载荷以及管壁厚度变化的影响。数值模拟结果显示:摩擦是影响管件成形的重要工艺参数。在管件的压弯成形过程中,摩擦力影响变形区的应力分布和金属流动,当选择适当的摩擦因数组合时,管件受到的应力与成形力均较小,壁厚均匀性较好。     

板料成形过程模具圆角摩擦测试实验装置的研究

板料成形研究中的一个难点是如何采用实验方法定量测定板料成形过程中板料与模具之间的摩擦系数.通过对板料成形时的变形特点进行分析,提出一种新的板料成形过程模具圆角摩擦测试实验方法,并研制出相应的摩擦测试实验装置.该实验装置考虑了板料成形时周向收缩、厚向增厚的变形特点,能够在线测试出室温和加热状态下板料成形过程模具圆角处的摩擦系数.摩擦测试结果表明,所研制的摩擦测试装置具有灵敏度高、可重复性好、使用方便的特点,为深入研究板料成形过程中摩擦系数随工艺参数的变化规律提供了实验手段.     

厚度比对不锈钢覆铝板成形性能的影响

用４层对称轧制复合法制备了１．５ｍｍ厚,不同厚比ηｓ的ＳＵＳ３０４／ＡＡ３００３层压复合板。研究了厚度比ηｓ对ＳＵＳ３０４／ＡＡ３００３层压复合板成形性能的影响。结果认为,随着厚度比ηｓ的增加,ＳＵＳ３０４／ＡＡ３００９层压复合板的应变硬化指数ｎ有增大的趋势,而塑尖变比Ｒ值急剧增加,表明在成形过程中承受拉力或和时,抵抗变薄或变厚的能力增强。以ＳＵＳ３０４作内层材料所作极限拉深了Ｌ．Ｄ．Ｒ值为２．１     

电镀锌板摩擦系数的影响因素分析

采用销盘摩擦试验研究了正压力和速度对电镀锌板摩擦系数的影响规律,运用正交试验及方差分析的方法研究了正压力、速度、镀锌层对摩擦系数的影响水平。结果表明：当速度在5654．86～9424．78mm／min,正压力在0．3～5N的范围内,随着正压力的增大,镀锌板的摩擦系数逐渐降低,随着速度的增大,摩擦系数也逐渐增大,镀锌层对镀锌板摩擦系数影响最大。     

A study on the influence of friction evolution on thickness changes in sheet metal forming

In this paper previous study on the influence of frictional contact effects on velocity field [2], is extended to the case of blank thickness variation with respect to some parameters characterising the friction evolution law. The algorithm presented can be used in sheet metal forming for the thickness distribution optimisation.     

The effect of die materials on the strain distribution in electro-galvanized sheet steel forming

The punch load and strain distribution of two deformed sheet steels, aluminum killed drawing quality steel (AKDQ Bare) and electro-galvanized drawing quality steel (AKDQ E.G.), are examined under the various process conditions including, die materials, punch speed, blank holding force, drawbead height and lubricant. The punch load and strain distribution ot Bare sheet steel forming is higher than that of E.G.sheet steel on the Kirkesite die set and are reversed on the GM 241 die set. The punch load and strain distribution on the Kirkesite die set is lower than those of the GM 241 die set. The changes of punch load and strain distribution ot the deformed cup for two sheet steels are affected by the frictional behavior of each sheet steel. It shows that the changes of frictional behavior having to be considered in the die design.     

SPF model applications for aluminum

A closed-form, plane strain model (PS2) is compared with a finite element model (SUPFORM3) in analyzing the forming of rectangular pans from 2090-OE16 aluminum sheet. The errors introduced by improperly using a plane strain model are quantified. Some preliminary verification of SUPFORM3 is shown, and the effect of friction on the distribution of thickness in the superplastic forming (SPF) of a rectangular pan is presented. SUPFORM3 is used to predict thickness distribution of male formed access doors, selecting proper starting gauges, assessing producibility, estimating forming time, and developing pressure time cycles. SUPFORM3 will be used to form complex parts and flat-bottomed pans such that post-SPF properties samples can be cut from the flat areas of the flat-bottomed pans, yet have the same strain and strain rate history as the critical areas in the complex part. It is concluded that SUPFORM3 is a useful tool for predicting thickness distributions resulting from and pressurization schedules for superplastic forming.     

基于板料冲压的有限元数值模拟

以圆筒形件成形过程为例,采用有限元分析软件MSC.Marc建立了数学仿真模型,对板料变形过程中的应力、应变分布、摩擦的分布以及摩擦系数与板厚的关系进行了分析.结果表明,模拟结果与实际情况相符合,说明用MSC.Marc软件可以正确的模拟板料成形过程,显著地提高计算速度及计算精度,对于CAE技术的工程应用有重要价值.