AZ31B镁合金板热渐进成形的精度研究

成形精度差是限制单点渐进成形发展的重要因素,针对单点渐进成形技术难以实现对材料高温处理再加工的问题,提出一种基于液体介质加热的单点渐进成形方法,并通过依次提高温度的方法,探索了适合进行AZ31B镁合金板料单点渐进成形的实验温度。同时,研究了在该温度下采用单点渐进成形方法加工AZ31B镁合金方锥件时,成形角对精度的影响。结果表明:液体介质加热的方法对单点渐进成形有效,在加热油温达到200℃时能够完成镁合金板料的单点渐进成形过程;方锥成形件的精度影响分两种形式——侧壁鼓凸和棱边回弹,并且随成形角的增大,侧壁鼓凸和棱边回弹的回弹量都减小。     

内压和加载路径对并列双支管内高压成形性的影响

为了获得并列双支管内高压成形工艺参数对管件成形性的影响规律,采用有限元分析和实验相结合的方法进行内压和加载路径对并列双支管内高压成形过程中支管高度和壁厚分布规律影响的研究。研究结果表明:随着内压的增大,支管高度逐渐增大,当内压为64 MPa时,管件出现破裂,支管高度为18 mm;随着内压增大支管顶部壁厚减薄率呈现增大的趋势,而支管底部壁厚基本保持为2 mm。在不同加载路径下,随着拐点内压的增大,支管高度、支管顶部壁厚减薄率及减薄速率均逐渐增大,路径3所成形的支管高度达18.3 mm。支管底部最终壁厚随着拐点内压增大基本维持在2 mm,支管底部壁厚在成形过程受拐点内压影响较小。有限元分析结果与实验结果具有较好的一致性。     

双丝窄间隙焊接工艺参数对焊缝成形的影响

通过工艺试验,研究了双丝共熔池窄间隙焊焊丝与侧壁间距、双丝前后间距和双丝倾角3个工艺参数对焊缝成形的影响.结果表明,焊丝与侧壁间距减小,侧壁熔深和表面下凹增加;沿焊接方向双丝倾角为零时,侧壁熔深和表面下凹达到最大值;而在电弧和熔池热量的共同作用下,双丝前后间距增大,侧壁熔深和表面下凹先增大,后减小,在5～10 mm内达到最大值.在不形成指状熔深时,这3个参数对焊缝熔深影响不大.采用I形坡口会出现底部未熔合,调节这3个参数不能消除未熔合现象.     

冯·卡门曲线对接桁拉弯成形工艺

随着新型火箭的发展,为提高某些运载火箭飞行状态下的气动性能,将整流罩的形状由直线形改为冯·卡门曲线形式。冯·卡门曲线“凸”字形对接桁位于整流罩某一装置中,其在生产中出现弧度和底面平面度超差现象。为解决该问题,对零件拉弯成形过程进行试验研究,通过对比分析拉弯力、包角角度和补拉量3个工艺参数对零件弧度和底面平面度精度的影响,获得了工艺参数最优取值范围,分别为：拉弯力为95 kN、包角角度为左侧18°/右侧19.5°、补拉量为140 mm。采用此工艺参数成形后的零件,其精度为：弧度<1.2 mm、底面平面度<1 mm,满足设计要求。该零件的成形方法及工艺参数可为冯·卡门曲线型材零件提供生产经验。     

板料厚度对单点渐进成形加工精度的影响

单点渐进成形过程中的回弹对成形件的精度影响较大。本文采用单因素试验研究了单点渐进成形时不同板厚对成形件精度的影响。通过Abaqus软件进行了成形过程的数值模拟。结果表明:在误差允许的范围内,试验结果和仿真结果基本一致,板料的厚度越大,底部的鼓凸量越大,侧壁的加工精度越高。     

劈分角对矩形槽劈挤成形的影响研究

为进一步阐明劈楔几何参数对劈挤成形的影响,以槽宽与槽深均为10mm的矩形槽为研究对象,固定劈刃倾角为30°,主要借助数值模拟方法,研究了45°～120°之间劈分角对劈挤成形的影响。结果表明:劈分角增大,塌角量以逐渐趋于平缓的减小幅度减小,槽口隆起最大高度以逐渐趋于平缓的幅度增加,槽口隆起影响宽度逐渐减小,推出的废料体积基本呈线性增大;劈分角增大,所需成形力峰值逐渐增大,进入稳态变形阶段行程延迟,稳态变形持续行程变短,且起始阶段增大的斜率较大,废料推出阶段成形力下降的斜率变化不大;劈分角增大,变形力下降的拐点出现更早,受力行程缩短,但变形功增大。从工艺应用的角度考虑,劈分角宜取较小值。     

2A12铝合金带筋薄壁梯形环件挤压成形研究

为了克服2A12铝合金薄壁梯形环件不同壁厚及不同的内部形状立筋难以成形的问题,采用了预成形+反挤压成形工艺方案。对不同凸模型腔最低高度和凸模圆角半径的薄壁梯形环件的成形进行了数值模拟和分析。利用统计软件进行了回归分析。结果为:当预成形凸模压下量为8.87 mm、凸模型腔最低高度为14.25 mm、凸模圆角半径为15.71 mm时,挤压过程中梯形环件立筋成形良好,各部分壁高协调生长,立筋底部缺陷消失,梯形环件的等效应变分布较为均匀。采用优化后的工艺参数和模具对模拟结果进行了验证,得到了符合尺寸精度要求的梯形环件。     

20/316L双金属复合管旋压成形数值模拟与分析

旋压成形双金属复合管的质量与其工艺参数密切相关。为提高复合管成形质量以及合理选取旋压工艺参数,采用有限元分析软件ABAQUS模拟双金属复合管的旋压成形过程,分析衬管和基管径向、环向、轴向应力及其间的残余接触应力的分布;利用控制变量法研究旋压工艺参数嵌入量δ、衬管与基管间隙ψ、导向角β、进给率f对复合管残余接触应力的影响。结果表明,随着δ和f的增加,残余接触应力均先增加后减小;随着ψ的增加,残余接触应力几乎呈线性增加;而随着β的增大,残余接触应力下降,在δ=0.16mm、f=0.31、ψ=0.5mm、β=2°时,残余接触应力取得最大值。复合管的拉脱实验验证了数值模拟的正确性。     

大型薄壁筒形件对轮旋压成形数值模拟及成形精度分析

为了研究对轮旋压成形机理,突破对轮旋压成形精度控制技术,采用有限元方法分析了道次减薄率、进给比、旋轮成形角以及内旋轮圆角半径等工艺参数对旋压件圆度、直线度及壁厚差的影响。结果显示:当道次减薄率Ψt=20%~30%、进给比f=1.5~2.0 mm·r-1、旋轮成形角αρ=25°、内旋轮圆角半径rρ内=10 mm时,旋压件成形精度最高。同时,分析了在总压下量为9 mm时,内、外旋轮在不同压下量下对成形精度的影响。结果表明:当外旋轮压下量为5 mm、内旋轮压下量为4 mm时,旋压件精度最高。最后,通过工艺实验验证了有限元仿真结果的准确性,结果显示两者偏差小于15%。     

五轴数控点压式渐进成形中点压方向对板材成形质量的影响

在五轴数控点压渐进成形中,工具头沿不同的方向挤压板材会对成形质量产生一定的影响。本文通过定义点压方向角,在相同的终到刀位点下,探讨不同的点压方向(30°、45°、60°、75°、90°的点压方向角)对板材成形质量的影响。结果表明,点压方向主要影响成形件底部的回弹。当点压方向角θ=45°时,成形件底部的回弹量最小,并且在该角度下成形件总体的最大轴向绝对偏差和平均轴向绝对偏差值也最小,成形件总体的轮廓精度相对最好。在成形件的侧壁区域,当点压方向角θ=60°时,侧壁区域的平均轴向绝对偏差和最大轴向绝对偏差值最小。由于采用相同的终到刀位点轨迹,不同点压角度下粗糙度值波动比较小。     

DC04钢板胀形-渐进复合成形锥形件成形能力的实验研究

为了提高渐进成形过程中板料的成形极限和加工效率,提出了胀形-渐进成形的复合成形方法,通过胀形-渐进成形复合成形锥形件实验,研究了DC04钢板胀形-渐进成形复合成形锥形件和纯渐进成形锥形件的成形极限角和应变变化以及壁厚分布规律。结果表明:预成形高度为h=15 mm和h=25 mm时,复合成形零件的成形极限角分别为α极=66°和α极=69°;采用胀形-渐进成形复合成形锥形件,当胀形的最大减薄量发生在局部渐进成形区内,并且胀形和渐进成形的最大减薄量位置方向相反时,锥形件壁厚趋于均匀,提高了胀形-渐进成形的复合成形能力。     

聚氨酯橡胶硬度对薄壁三通管内高压成形的影响

以外径为Φ24 mm、壁厚为1.5 mm、长度为120 mm的H85黄铜管为例,以壁厚增减量不超过30％为合格品作为前提,以生成最大支管胀形高度的橡胶硬度为最佳参数,结合胀形实验和有限元仿真共同分析了60～90 HA范围内7种不同硬度的聚氨酯橡胶棒对等径三通管成形质量的影响.研究结果表明:随着橡胶硬度的逐渐增大,支管胀...     

Bulging in incremental sheet forming of cold bonded multi-layered Cu clad sheet: Influence of forming conditions and bending

Bulge is a defect that causes geometrical inaccuracy and premature failure in the innovative incremental sheet forming (ISF) process. This study has two-fold objectives: (1) knowing the bulging behavior of a Cu clad tri-layered steel sheet as a function of forming conditions, and (2) analyzing the bending effect on bulging in an attempt to identify the associated mechanism. A series of ISF tests and bending analysis are performed to realize these objectives. From the cause-effect analysis, it is found that bulge formation in the layered sheet is sensitive to forming conditions in a way that bulging can be minimized utilizing annealed material and performing ISF with larger tool diameter and step size. The bending under tension analysis reveals that the formation of bulge is an outgrowth of bending moment that the forming tool applies on the sheet during ISF. Furthermore, the magnitude of bending moment depending upon the forming conditions varies from 0.046 to 10.24 N·m/m and causes a corresponding change in the mean bulge height from 0.07 to 0.91 mm. The bending moment governs bulging in layered sheet through a linear law. These findings lead to a conclusion that the bulge defect can be overcome by controlling the bending moment and the formula proposed can be helpful in this regards.     

钛合金筒形件真空热胀形壁厚效应的数值模拟

建立了钛合金筒形件真空热胀形的二维非线性热力耦合有限元模型。使用有限元软件MSC-Marc对钛合金简形件真空热胀形过程进行数值模拟。计算了钛合金筒形件真空热胀形过程的温度场和变形场，并进行了相应的实验验证。模拟结果与实验结果吻合较好。用建立的模型对真空热胀形过程中钛合金筒形件壁厚效应进行数值模拟，讨论了一定工艺条件下钛合金筒形件壁厚与弯曲角度、胀形量和残余应力之间的关系，为实际生产中制定和优化钛合金筒形件真空热胀形工艺参数提供理论与实践依据。     

工艺参数对转子屏蔽套真空热胀形影响的模拟

建立了转子屏蔽套真空热胀形过程的二维轴对称有限元模型。借助非线性有限元软件MSC.Marc的二次开发功能,将Hastelloy C-276合金的蠕变本构模型与真空热胀形过程的有限元模型相结合,模拟了转子屏蔽套的真空热胀形过程。计算了真空热胀形过程中转子屏蔽套和模具内部的瞬时温度场和径向位移场,预测了转子屏蔽套的胀形量。研究了模具厚度、保温时间和保温温度等工艺参数对转子屏蔽套真空热胀形胀形量的影响。开展了真空热胀形工艺实验,模拟结果与实验结果吻合较好。     

Ti-22Al-25Nb合金板材气压胀形实验及数值模拟

通过气压胀形实验和数值模拟研究了Ti-22Al-25Nb合金板材在高温下的热成形行为,并分析了在930和970℃下的胀形球壳形状和壁厚分布,讨论了胀形部分的微观结构和力学性能。结果表明,在胀形初期,胀形球壳接近球面,随胀形高度的增加逐渐椭球化。在930和970℃下,最终胀形高度分别达到46.25和49.85 mm,壳顶的曲率半径分别达到49.33和49.19 mm。胀形部分壁厚不均匀,从底部至顶部逐渐减小。变形温度对球壳形状影响较大,在930℃时胀形局部形状更加不均。在相同的胀形高度下,930℃下的胀形球壳曲率半径较小且壁厚减薄率较高。此外,在930℃胀形过程中,O相析出并球化,导致O型、V型空洞的产生且硬度下降。而在970℃胀形后,微观组织分布均匀,O相在冷却过程中以层片形式析出,强化了胀形件。     

Simulation of High-Temperature AA5083 Bulge Forming with a Hardening/Softening Material Model

High-temperature bulge forming of AA5083 aluminum sheet was simulated with the commercial finite element (FE) code ABAQUS™. A material model that is strain rate sensitive and accounts for strain hardening and softening was used. Results were compared with data from AA5083 bulge forming experiments at 450 °C where the gas pressure was a prescribed constant value. The results show that the material model is capable of predicting the deformation and thinning behavior at different constant pressure levels. In ancillary simulations, time-varying pressure profiles were computed (rather than prescribed) with an internal ABAQUS™ routine that attempts to maintain the strain rate at the bulge dome pole within a specified range. The time-varying profiles, for which no experimental AA5083 bulge forming data exist, can be programmed into existing bulge testing instrumentation to validate the associated predictions of bulge dome height and thinning. The present effort represents a necessary step toward predicting gas pressure profiles by coupling the pressure profile with a desired sheet deformation rate.     

过渡区参数对TRB管液压胀形性能的影响及预测

建立了不同过渡区参数的TRB(Tailor-Rolled Blank)管液压胀形有限元模型,提出了一种离散不规则过渡区的新方法,研究了TRB管过渡曲线、过渡区长度和厚度差对胀形性能的影响规律。针对TRB管液压胀形,进行了正交设计,以数值模拟结果为基础,建立了BP神经网络预测模型,并将预测结果与数值模拟结果进行对比分析,验证了预测结果的精度。结果表明:各参数对胀形性能影响的区域不同,但都对最大成形高度影响显著,极差最大达6.47 mm,最小为2.88 mm;凹弧型过渡曲线的成形性能最差,最大的成形高度差为2.88 mm;增大过渡区长度有利于胀形,随厚度差增加,成形性能快速下降,其中厚侧成形高度差值达8.22 mm。单组预测值在误差范围内,预测模型能用于预测其他过渡区参数组合的TRB管胀形。     

Mechanical properties and microstructure evolution in incremental forming of AA5754 and AA6061 aluminum alloys

This study performs single point incremental forming (SPIF) on two aluminum alloys (i.e. AA5754 and AA6061), and analyzes their post forming mechanical properties and microstructure evolution. The forming parameters namely wall angle (35°–55°), feed rate (1–4 m/min), spindle rotational speed (50–1000 r/min), and lubricant (grease and hydraulic oil) are varied to probe detailed processing effects. The pre- and post-SPIF mechanical properties and microstructures are characterized by conducting tensile tests and optical microscopy, respectively. It is shown that an increase in the wall angle, feed rate and rotational speed causes microscopic variations in the alloys such that the grains of AA5754 and the second phase particles of AA6061 elongate. As a result, the ultimate tensile strength of the formed parts is increased by 10% for AA5754 and by 8% for AA6061. And, the ductility of AA5754 is decreased from 22.9% to 12% and that of AA6061 is decreased from 16% to 10.7%. Regarding the lubricant effect, it is shown that the mechanical properties remain insensitive to the type of lubricant employed. These results indicate that SPIF processing modifies the microstructure of Al alloys in a way to enhance the strength at the cost of ductility.