板材多点对称式渐进成形过程模拟研究

由于板材在单点渐进成形过程中受到非对称局部载荷作用,导致其成形区域容易出现回弹、壁厚不均匀以及变形状态难于控制等问题,在提出多点对称式渐进成形工艺的基础上,建立板材渐进成形的有限元模型,确定工具头的运动轨迹以及模拟实验参数.在MSC.MARC环境中对圆锥台制件进行单点渐进成形与多点对称式渐进成形实验,通过分析成形件的壁厚、等效塑性应变、变形抗力等参数的实验结果表明,与单点渐进成形工艺相比,多点对称式渐进成形工艺更有利于实现板材的精密成形.     

AA5754铝合金板材渐进成形壁厚均匀性研究

为改善板材渐进成形制件的壁厚均匀性,采用ABAQUS/Explicit有限元仿真软件对AA5754铝合金板材渐进成形工艺进行数值模拟,建立了适用于渐进成形的有限元模型,并进行了渐进成形实验,通过模拟结果与实验结果对比,验证了模型的准确性。同时,分析了夹具开口尺寸、成形速度和背压压力3种工艺参数对渐进成形制件侧壁壁厚均匀性的影响。结果表明:夹具开口尺寸和成形速度对渐进成形制件壁厚均匀性影响较大,且夹具开口尺寸越小、成形速度越大,壁厚均匀性越好;另外,背压的存在也有利于改善壁厚均匀性,但是当背压大于一定值时,会产生较为严重的鼓包缺陷。     

GH4169高温合金锥形机匣冷旋成形规律

针对高温合金因室温加工硬化现象严重而导致旋压成形时易产生的破裂、表面波纹等缺陷,以锥形机匣构件为研究对象,探究其冷旋成形规律。基于Simufact平台建立了有限元模型,采用模拟与实验相结合的研究方法,模拟分析了多道次旋压过程中机匣构件等效应力和等效塑性应变的变化规律、壁厚的分布特征及工艺参数(道次间距p、旋轮进给比f、芯模转速n)对旋压件壁厚的影响,揭示了其成形规律。结果表明：工件顶部平板区Ⅰ区的等效应力、等效塑性应变沿径向突变,且边缘在中后期出现一定的应力集中和变形;斜壁区V区的等效应力、等效塑性应变沿轴向分层分布,沿周向分布均匀,且随着旋轮的进给和道次的增加而逐渐增大,最大值均位于工件端部Ⅳ区。斜壁区V区的壁厚总体呈先减小后增大的趋势,中部过度减薄,工件端部Ⅳ区壁厚达到最大值;壁厚均匀性随旋轮进给比和道次间距的增大呈上升趋势,芯模转速对壁厚影响不显著。实验结果与模拟分析一致,验证了模拟研究的可靠性。     

基于Simufact变薄拉伸锡青铜滑动轴承的应力应变分析

在相同减薄率下,基于Simufact软件对QSn7-0.2锡青铜滑动轴承(同一毛坯)分别进行1次变薄拉伸成形与3次连续变薄拉伸成形的数值模拟,以变薄拉伸后滑动轴承成形件沿壁厚方向的等效塑性应变与等效应力为评价指标,选取最佳成形工艺。结果发现,3次连续变薄拉伸的等效塑性应变与等效应力皆大于1次变薄拉伸;且1次变薄拉伸在壁厚方向上的应力、应变变化较小;沿壁厚方向由外至内,变薄拉伸的等效塑性应变呈逐渐减小的趋势,等效应力则是先减小后增大。     

基于正交试验和BP神经网络的板材多点渐进成形工艺优化

针对金属板材渐进成形过程中易出现壁厚不均的问题,在多点渐进成形工艺的基础上,选定合理的工艺参数,建立有限元模型,设计正交试验方案,利用ANSYS/LS-DYNA对方锥台制件渐进成形过程进行数值模拟,并对正交试验结果进行极差分析、方差分析和BP神经网络优化。结果表明:在板材多点渐进成形中,进给量对目标制件成形区壁厚均匀性影响最大,其次是工具头半径,进给速度影响不明显;BP神经网络模型的预测结果与正交试验结果相比误差小于5%;1060铝合金板材在多点渐进成形过程中,当工具头半径为6 mm、进给量为0.25 mm、进给速度为30 mm·s-1时,可获得壁厚较均匀的目标制件。     

成形角对多点复合渐进成形过程影响的有限元分析

为了提高制件的成形质量、成形效率和成形极限,并了解不同成形角对多点复合渐进成形过程的影响,使用有限元软件MSC.Marc建立了多点复合渐进成形方锥台制件的三维有限元模型,并进行了不同成形角成形过程的数值模拟,探讨了成形角对制件等效塑性应变、厚度分布、厚度减薄率等的影响。模拟结果表明,成形角越大,等效塑性应变和厚度减薄率越大,单位时间内的相邻等效塑性应变增量和厚度减薄量越小,制件变形越均匀,板材塑性发挥越充分,但成形效率越低,制件越易发生破裂等成形缺陷;方锥台制件拐角处的厚度减薄较侧壁处的厚度减薄更严重。多点复合渐进成形试验表明,数值模拟结果和实验相吻合。     

工具头大小对板材多点复合渐进成形过程影响的有限元分析

多点渐进成形具有变形均匀、可成形性强、成形效率高且能有效抑制失稳等优势。通过建立金属板材多点复合渐进成形三维有限元模型,对不同尺寸大小的工具头成形典型方锥台制件的多点复合渐进成形过程进行了数值模拟和分析,探讨了工具头大小对成形件的等效塑性应变、成形精度、厚度减薄率等的影响。通过对仿真结果的对比分析表明:工具头直径越小,制件成形区的厚度减薄越严重,越易产生破裂;工具头直径越大,制件变形越均匀、成形精度更高,但法兰区的等效塑性应变更大、越易产生起皱。     

直壁筒形件凸模支撑渐进成形工艺的数值模拟

以ANSYS/LS-DYNA软件为分析平台,构建了凸模支撑渐进成形过程的有限元模型,成功模拟了用平行直线型路径方案渐进成形直壁筒形件的过程,并通过实验验证了该数值模拟方法的可行性。对数值模拟结果进行后处理得到直壁筒形件的应力应变分布、节点运动以及壁厚的变化规律。结果表明,平行直线型路径方案能够成形出壁厚较为均匀的直壁筒形件,在筒形件口部区域等效应力和等效应变达到最大。     

镍基高温合金锥筒形件拉深旋压成形机理研究

针对镍基高温合金因加工硬化严重成形时极易产生破裂和起皱等典型缺陷的问题,以锥筒形壳体类零件为对象,提出了一种由锥形预制坯经过真空固溶处理后拉深旋压成形锥筒形件的方法,并对其成形机理进行了研究。基于Abaqus/Explicit平台,建立了锥筒形件拉深旋压有限元模型,分析了成形过程中的瞬态等效应力、等效塑性应变、切向应力、壁厚及三向应变分布规律。结果表明:在旋压成形过程中,最大瞬态等效应力位于旋轮接触区及附近区域、最大瞬态等效塑性应变位于坯料口部;瞬态切向压应力最大值位于旋轮接触区,而瞬态切向拉应力最大值位于旋轮接触区附近的两侧区域。筒形段中部壁厚减薄,而坯料口部壁厚增厚。旋压成形试验表明,锥形预制坯经拉深旋压后可获得壁厚均匀的锥筒形件。     

板材多点复合渐进成形质量的工艺优化

针对板材多点复合渐进成形的质量问题,利用有限元软件Marc进行了不同工艺参数下的多点成形正交试验。以回弹角、壁厚均匀性和最大成形力作为成形质量评价指标,根据试验结果建立了各评价指标回归预测模型;采用主目标法建立了多点复合渐进成形评价指标数学模型,获得了最佳工艺参数组合。通过试验验证了模型的合理性。这能为成形出较好质量的制件提供依据。     

螺杆钻具双等壁厚金属定子外高压成形方法研究

为了解决页岩气开采用螺杆钻具双等壁厚定子内螺旋曲面难加工的问题,建立双等壁厚定子的外高压成形数值模拟模型,研究管坯几何尺寸、液压力大小和回弹对定子成形质量的影响规律,通过实验和三维测量验证了数值模拟模型的准确性。结果表明：管坯几何尺寸与壁厚、等效塑性应变、位移、残余应力和间隙值成正比;成形液压力达到150 MPa及以上对等效塑性应变、壁厚几乎没有影响;定子胀型区域的回弹量大于过渡区域和接触区域;当成形液压力为210 MPa,管坯内径为88 mm,定子成形质量最优。     

环形通道形型腔结构对杯状件反挤压成形的影响研究

借助于有限元分析软件DEFORM-3D,研究了环形通道形型腔的半锥形径向通道、全锥形径向通道以及半球形通道下,外径Φ200 mm、壁厚16 mm杯状件的挤压变形效果,研究结果表明:半球形通道下成形件挤压载荷和平均等效塑性应变值最小;而全锥形通道下成形件平均等效塑性应变值和挤压载荷最大;相比之下半锥形通道下成形件的平均等效塑性应变值适中,成形载荷适中。运用有限元模拟分析与物理实验相结合,对比分析了杯状件在半锥形通道下挤压成形与传统反挤压成形下的挤压载荷和成形件的平均塑性应变以及变形均匀性程度,结果表明:半锥形通道下挤压成形的杯状件,挤压载荷较传统反挤压减少近70%,平均塑性应变值约为传统反挤压的2.29倍且变形更均匀,成形件晶粒细化效果更明显、强化相分布较均匀。     

基于Forge的皮带轮旋压成形仿真分析

分析了某型皮带轮的旋压成形原理,运用有限元软件Forge建立了皮带轮旋压成形仿真分析模型,对其在不同旋压时间下的成形形状、等效应力、等效塑性应变及材料分布特性进行了仿真。结果表明:随着旋压不断进行,高速旋轮不断对皮带轮毛坯进行挤压,皮带轮槽逐渐成形;等效应力及等效塑性应变逐渐增加,最大值基本分布在轮槽上,工艺参数对皮带轮旋压成形材料分布均匀性影响较大。     

一种改进的损伤断裂准则及其在板料成形中的应用

将Lemaitre损伤断裂准则中的单轴应力状态的线性损伤修正为多轴应力状态的非线性损伤,并以铝合金5052-O筒形件冲压实验为例,揭示了工件的等效应力、等效塑性应变和单位体积损伤值分布规律,分析了模拟和试验成形件深度和壁厚的相对误差,用于评估改进的Lemaitre损伤断裂准则在板料成形工艺中的适用性。结果表明:在使用了改进的Lemaitre损伤断裂准则的筒形件冲压模拟中,工件的等效应力和等效塑性应变的最大值都出现在圆板与凸模圆角接触的区域,且材料的单位体积损伤值达到1的区域发生了破裂。采用改进的Lemaitre损伤断裂准则预测得到的成形深度误差和壁厚最大误差分别仅为6.5%和9.2%。     

扩孔变形模式对筒形件成形的影响规律北大核心CSCD

采用数值模拟方法分析了筒形件自由锻马杠扩孔成形过程和热辗扩成形过程,对比分析了两种变形模式对筒形件变形规律的影响。研究结果表明:相同壁厚锻比的条件下,局部加载间歇变形模式的马杠扩孔成形的筒形件横剖面上等效应变沿周向周期性分布,其大小沿径向从内到外逐渐降低;而局部加载连续变形模式的热辗扩成形的筒形件横剖面上等效应变沿周向均匀分布,其大小在外径处最高,内径处次之,壁厚中心最低。对比发现:两种变形模式中壁厚中心的等效应变值相当,且热辗扩成形的筒形件壁厚中心的等效应变略大。结合热辗扩成形试验结果发现:在相同壁厚锻比的条件下,热辗扩成形工艺可以替代马杠扩孔成形工艺来成形筒形件,在保证环坯充分锻透的前提下,获得变形均匀的筒形件。     

TC4钛合金锥形件叠层超塑成形工艺研究

为了提高锥形件超塑成形效率,提出了叠层超塑成形工艺及高温进出炉成形方案,并采用正反向超塑成形方法以提高壁厚分布均匀性。通过对超塑成形过程自由胀形阶段与贴模成形阶段进行的力学解析,得到了最佳等效应变速率条件下的气压加载曲线。以此为基础,对单层正向成形、单层正反向成形及双层正反向成形进行了920℃超塑成形实验研究。结果表明,正反向成形可显著改善锥形件壁厚均匀性。在双层正反向成形条件下,锥形件最大截面圆度为0.05 mm,最小壁厚为1.01 mm,型面尺寸及壁厚分布均满足使用要求,下层零件的壁厚均匀性较差。叠层超塑成形工艺及900℃装出炉方案可行有效,可使锥形件超塑成形效率提高1倍以上。     

板材数控渐进成形过程数值分析与实验研究

针对渐进成形工艺中板材厚度减薄的问题,以典型锥形件为例,运用ABAQUS建立的弹塑性有限元模型,研究了半顶角(α)、工具头直径(D)和层间距(△Z)等工艺参数对零件渐进成形的影响.结果表明,半顶角是影响板材成形性能的重要因素,半顶角越大,制件最小壁厚越大,板材变形越均匀;小的层间距和大的成形头直径有利于获得应变分布均匀和表面质量较好的制件;工具头直径减小、层间距减小和半顶角较小,都可以获得较小的轴向成形力.经实验验证,数值模拟结果基本与实际吻合.     

板料数控渐进成形过程中的热力学行为分析

针对板料数控渐进成形过程中坯料温度升高的现象,在分析其热量来源的基础上,借助Abaqus有限元模拟软件探讨了成形工具与坯料之间的热力学行为。结果表明:在成形工具的作用下坯料逐次产生塑性变形,已成形区的等效应力、应变分布较为均匀;坯料成形过程中最大等效塑性应变值不是出现在成形工具与坯料相接触的区域而是出现在已成形区;在摩擦生热和塑性变形功的共同作用下,成形工具与坯料接触区域的坯料温度急剧升高,变形抗力降低、塑性增加。成形工具与坯料界面间高速相对运动所产生的热量对坯料的局部加热是数控渐进成形技术提高板料成形性能的原因之一。     

板料渐进成形半球形件的路径研究

基于ANSYS/LS-DYNA平台对半球形件的板料渐进成形过程进行模拟.根据单道次、两道次、三道次以及四道次成形路径的模拟结果,分析了不同道次对壁厚均匀性的影响.另外,通过对自上而下和自下而上两种成形顺序获得的模拟结果对比,研究了成形方式对壁厚均匀性的影响.最后,以壁厚均匀性为原则设计出半球形工件最佳成形路径,并通过实验得以验证.     

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。