管材内液塑性成形中的拉伸失稳分析

针对目前管材内液塑性成形中缺陷对工艺的影响,借助塑性力学分析手段,对轴向和环向的应力比对拉伸失稳极限应变的影响进行了分析。研究表明,胀形过程中,管坯的全部外载荷都是通过内部液压生成;内高压成形过程中,随应变比绝对值的增加,等效应变、环向应变及轴向应变呈指数增长趋势,而厚向应变对应力比的变化不敏感,其中集中性失稳应变量大约是分散性失稳的两倍,且随应变比绝对值的增加,集中性失稳的应变极限增加速度大于分散性失稳,破裂倾向降低明显。     

带长直管的小弯曲半径薄壁弯头推弯成形实验研究

带长直管的小弯曲半径(R=1D)薄壁弯头推弯成形极易产生成形不足、失稳起皱等缺陷。通过改变摩擦系数和成形内压两种工艺参数,研究带长直管的小弯曲半径弯头推弯成形。结果表明:管材内部压力的大小对弯头成形效果影响显著,压力太小会造成管材弯曲段产生失稳起皱的现象,压力太大则易造成弯管成形不足和弯管头部破裂等缺陷;管坯外壁与模具型腔摩擦力的大小对弯头成形亦有重要影响,摩擦力过大将阻碍管坯材料沿轴向的流动,降低弯头长度。实验采用聚氨酯填料作弹性介质,二硫化钼作润滑剂,内胀推弯成形带长直管的小弯曲半径薄壁弯头,其外侧壁厚减薄量控制在安全范围之内。     

内高压成形技术研究与应用新进展

介绍近年来在内高压成形机理、工艺、设备和应用方面的最新进展。针对大截面差管件,弯曲轴线异型截面构件和枝杈管3类工艺,给出典型零件缺陷形式、形状精度、壁厚分布和工艺参数的影响。详细介绍了皱纹控制与利用,降低整形压力的方法和内压与轴向力耦合作用下管材的塑性失稳起皱分析。最后给出了研制的典型内高压成形件及在汽车、航天、航空中的应用。     

内压对5A02铝合金充液剪切弯曲管成形和壁厚分布的影响(英文)

为了研究内压对5A02铝合金充液弯曲管成形和壁厚的影响,通过实验的方法研究内压对5A02铝合金充液剪切弯曲管成形缺陷、成形圆角和轴向壁厚分布的影响。通过数值模拟分析了内压对轴向应变的影响和厚向应变不变线在成形管件上的分布。结果表明:当相对内压(成形内压与材料屈服强度的比)大于0.2时,能够顺利成形。当相对内压从0.2增大到1.2时,第一弯角外圆角对应的相对弯曲半径由0.3降低到0.025,轴向最小壁厚由1.45mm降低到0.87mm。根据变形特点可以将充液剪切弯曲管分为补料区、第一弯角、剪切区、第二弯角和夹持区。在轴向补料的作用下,补料区和第一弯角轴向为压应变。远离补料区的第二弯角和夹持区主要为拉应变。随着内压的增大,剪切区轴向应力由压应力变为拉应变。一方面,内压越大,成形圆角越小,对轴向补料的阻碍作用更强;另一方面,成形小圆角时产生了额外的轴向拉应变。根据厚向应变特点可以将充液剪切弯曲管件分为增厚区和减薄区,当相对内压为0.4时,增厚区为补料端和夹持端,减薄区位于两弯角的外圆角处和剪切区。     

薄壁不锈钢管环压接头管坯成形研究

对薄壁不锈钢管环压接头的管坯成形进行了研究,用Ansys有限元分析软件LS-DYNA模块模拟分析了管坯在成形过程中轴向收缩和径向回弹所引起尺寸的变化,对模拟结果与实验数据进行了对比分析。结果表明,管坯在成形过程中发生显著的轴向收缩,收缩尺寸为28.52 mm,轴向尺寸补偿后,管坯最优截取长度为128.52 mm。管坯成形后在径向和轴向发生回弹,其中径向最大回弹尺寸出现在承口起包处,尺寸大小为0.34 mm,管坯其余管身的回弹尺寸为0.25 mm,需要补偿相应的尺寸。     

单侧并列双支管内高压成形应力与应变分析及金属流动研究

为了掌握单侧并列多支管内高压成形时的塑性变形规律,以并列双支管为例,采用数值模拟方法,结合管件形状,分析其应力、应变状态和金属流动规律。研究结果表明:并列双支管在轴向压缩和内压力的共同作用下,支管顶部由于承受双向拉应力,导致壁厚减薄,顶部厚向应变为压应变。支管两侧圆角区由于受到三向压应力使得壁厚增加,圆角区厚向应变为拉应变,支管外侧圆角比内侧圆角的壁厚增加更显著。由于两支管之间(内侧)的主管材料难以流向支管,导致支管仅靠单边轴向压缩完成补料,使得支管中心向内偏移,支管形状呈现非对称结构,从而限制了支管的成形高度。     

TA34钛合金波纹管成形研究

采用恒应变速率拉伸方法研究了普通退火态(M态)和等温退火态(HT态)TA34钛合金管坯的冷成形性能，结果表明：M态TA34钛合金管坯的强度更高，最大应变硬化率更低，冷成形性能更好，更适用于波纹管的成形。采用有限元模拟的方法对DN85波纹管的成形参数进行仿真计算，得到最佳鼓波压力、成形压力和最大波深系数等成形参数。根据仿真模拟结果进行DN85波纹管成形工艺的探索，HT态管坯在波深系数1.162时即出现开裂，M态管坯在波深系数1.165、1.169、1.178时均未出现表面质量缺陷。以M态TA34钛合金管坯为坯料，选择合适的波纹管成形工艺参数可以制备出质量优良的TA34钛合金波纹管。     

Y型异径三通管热态内高压成形研究

基于Dynaform软件平台,建立了Y型异径三通管三维弹塑性有限元模型。运用数值模拟方法,研究了AZ31镁合金Y型异径三通管热态内高压成形过程、成形缺陷、等效应变分布。探讨了初始管坯长度、左右冲头轴向进给量与成形支管高度之间的关系;研究得到了相同支管长度下成形不同Y型夹角三通管所需的左右冲头进给量。结果表明：随着初始管坯长度减小,支管高度随之增加;在左右进给量相同的情况下,左侧金属流向支管阻力更小,支管高度增加明显;随着Y型夹角的增大,右侧冲头进给增加,轴向补料比减小,总补料比增加,当夹角为90°时,左右补料相同。     

T型三通管液压成形的塑性损伤(英文)

采用GTN损伤模型,分析了不锈钢T型三通管的破裂行为,采用数值模拟和管件液压胀形试验确定了GTN模型中临界孔洞体积分数和极限孔洞体积分数,分析了成形压力及轴向补料量对损伤演变的影响,分析了应力三轴度及塑性应变对孔洞体积分数的影响规律。结果表明:成形压力较高或轴向补料量较小时,管件成形过程中将产生破裂缺陷。支管顶部处于双向拉应力状态,主管侧壁处于环向拉伸、轴向压缩的应力状态。在成形初始阶段,内压较低时,塑性应变孔洞体积分数变化的影响较大;然而,在成形后期,内压较高时,应力三轴度对孔洞体积分数的增大有较大影响。数值模拟及试验结果给出了相同的壁厚分布规律,所成形三通管的最大壁厚减薄率为36%左右。     

双阶梯无过渡锥角铝合金管件内高压成形研究

采用数值模拟与工艺实验的方法,研究了双阶梯无过渡锥角管件的内高压成形过程。在总轴向进给量与进给压力均为定值条件下,研究了管端左右进给量分配比对成形结果的影响,分析了成形不同阶段管坯的形状变化与壁厚分布,以及管坯不同部位应变在成形极限图上的变化轨迹。结果表明,双阶梯管件左侧与右侧轴向进给量存在合理分配比;无过渡锥角管件易出现折叠现象;双阶梯管件可以通过起皱成形,但皱峰与皱谷的应变路径不同,壁厚变化也不同。     

双层管内压弯曲过程轴向应力分析

双层管内压弯曲方法为获得大直径超薄弯管提供了可行的途径,文章对该方法避免内层管起皱的机理进行研究。内压在双层管轴向产生的附加拉应力,可降低弯曲内侧轴向压应力,有助于预防起皱。采用弹性理论,得到双层直管状态下附加轴向拉应力表达式,并对理论模型进行验证。通过数值模拟,分析了弯曲过程中支撑内压、外层管厚度,对内层超薄管起皱和轴向应力的影响规律。理论分析结果表明,双层管极限支撑内压,会随外层壁厚的增加而显著提高,因此对于厚度比较大的双层管,可以通过采用较大的支撑内压,提高附加轴向拉应力的方法避免起皱。模拟结果表明,随着外层管厚度增加,外层管弯曲时不易发生失稳起皱,同时弯管内侧轴向压应力绝对值降低。支撑内压越高,内外层界面贴合越紧密,内层管在承受轴向压应力时,其稳定性越高。     

金属双层管冲击液压胀形装置设计与力学分析

为解决金属双层管液压胀形过程中设备成本较高、成形效率较低、操作工艺较复杂等问题,提出了一种基于冲压成形和液压胀形技术的复合成形方法——冲击液压胀形。首先介绍了双层管冲击液压胀形的成形原理;然后,从成型部分、轴向进给部分、控制部分和辅助部分等4个方面介绍了冲击液压胀形装置;同时分析了双层管胀形过程中的受力状态;最后采用弹塑性理论,对双层管内管和外管的应力应变关系进行了讨论,并根据双层管变形协调条件,获得了胀形内压力pi的判定依据。冲击液压胀形技术将为双层管成形技术的研究提供新的科学依据和技术支撑。     

铜柱长径比对CuCGA互连结构轴向临界压应力的影响

借助有限元方法研究CuCGA互连结构轴向压力载荷下的力学行为. 结果表明，直径0.32 mm、长径比5～11.5范围的铜焊柱压曲失稳前会因性能薄弱的钎焊圆角局部区域存在超过钎料极限强度的拉伸应力而引发局部微裂纹；而长径比11.5～16.5范围的铜焊柱则会首先发生屈曲失稳；在综合考虑钎焊圆角局部微裂纹失效和焊柱压曲失稳失效前提下，建立了铜柱长径比和阵列铜焊柱互连结构轴向压力载荷下临界应力的关系方程；轴向临界压应力在长径比5～11.5范围内几乎保持恒定，而在长径比11.5～16.5范围内轴向临界压应力随铜柱长径比λ0增加而降低，规律与描述大柔度杆的欧拉公式相符合.     

轴向补料对双金属薄壁管冲击液压成形影响的研究

双金属薄壁管冲击液压胀形技术是在液压胀形与冲压成形基础上发展起来的一种复合成形技术。为了获取更好的成形质量，在液压预成形与冲击液压成形相结合的基础上，通过改变液压预成形的加载路径实现双金属薄壁管成形。介绍双金属薄壁管冲击液压成形原理及内管轴向补料方案；利用Dynaform有限元分析内管轴向补料距离对双金属薄壁管壁厚分布的影响，获得轴向补料距离对双金属薄壁管成形规律；同时，分析内管轴向补料距离对管材中截面的对角线长度变化影响规律，从而获得内管轴向补料距离对双金属薄壁管填充性的影响。通过液压预成形阶段加载路径的研究，探明了轴向补料对双金属薄壁管成形规律的影响，为冲击液压载荷作用下的双金属薄壁管成形提供理论与应用支撑。     

Bulge forming of tubes with axial compressive force proportional to the hydraulic pressure

A device for applying an axial compressive force proportional to the internal hydraulic pressure in tube bulging was designed, constructed and tested. Using this device, copper tubes of diameter 25.4 mm were bulged. By varying the ratio of the axial compressive force to the hydraulic pressure, the largest ratio for maximum bulging was obtained. At lower values of the ratio, fracture occurred at lower circumferential expansions, whereas at higher values buckling of the tube resulted. The hydraulic pressure and the maximum strains at bursting were measured. Bulging in three stages, with interstage annealing, a circumferential expansion to a diameter of 48 mm was obtained. The maximum bulging possible in each stage was determined together with the hydraulic pressures necessary using the optimum ratio of axial load to the internal pressure. Meridional, circumferential, and thickness strains measured in each stage are presented.     

Analysis on critical conditions of sidewall wrinkling for hydroforming of thin-walled Tee-joint

Based on the sidewall wrinkling phenomena in hydroforming of thin-walled Tee-joint, an analytical model for tube wrinkling under double side constraints was proposed to calculate the critical wrinkling stress. The effects of stress ratio, diameter-to-thickness ratio and tube material properties on critical condition of sidewall wrinkling were investigated. It is found that the middle of the main tube side wall is the most dangerous position for wrinkling within hydroforming of thin-walled Tee-joint. At a certain internal pressure, the critical wrinkling stress increases with increasing of ratio of hoop stress to axial stress and material strength coefficients, but decreases with increasing of work-hardening exponent and ratio of diameter to thickness. Through the analytical model combining FEM simulation, the critical wrinkling loading path according to the relation between axial feeding and internal pressure was obtained. Experimental results validates that wrinkle can be avoided if the pressure is above the critical wrinkling loading path, otherwise, wrinkle occurs. It is also verified that the analytical model of critical wrinkling stress is reasonable for the thin-walled Tee-joint hydroforming process.     

汽车桥壳液压胀形环向小圆角成形的研究

本文推导出复杂形状管类件复合液压胀形时环向小圆角成形的平衡方程 ,得出了成形应力与环向圆角半径的解析关系 ;研究了环向小圆角成形机理 ,确定了液体胀形压力与轴向推力的匹配关系以及最佳的成形力参量。研究结果得到生产实践的证明。     

内高压成形塑性屈曲分析

利用塑性稳定性分析理论研究了内高压成形工艺中出现的塑性屈曲失效力学行为。结果表明在一定的范围内,随着内压的增加,轴向临界屈曲载荷随着递增,为内高压成形工艺提供了理论保证;同时在不同的比例加载关系下,周向屈曲波数不尽相同,而且可能出现轴向临界屈曲载荷的“跳跃”现象,该现象的本质含义有待于深入研究。     

新型管材冲击液压成形装置的设计

针对常规的管材液压成形技术需要昂贵的专用设备及模具、生产效率低等不足,开发了一种简单实用、可在冲床或压力机上使用的管材冲击液压成形装置,可用于薄壁金属管材的自然胀形、轴压胀形和异形截面中空件的冲击液压成形。该装置无需外部高压供给系统和专用液压成形设备,通过撞击轴压头挤压容腔中液体的方式来为管材提供液压力和轴压力。通过设计轴压头的行程和调节溢流阀的溢流压力值等来实现最大液压力和轴向进给量的合理匹配,并以304不锈钢毛细管和H65黄铜毛细管为试验管材做了相关试验。研究结果表明:该装置结构简单、操作方便;可实现最大液压力与轴向进给量的协调控制;合理的载荷匹配能显著地提高管材冲击液压成形的成形性能;H65黄铜毛细管破裂时所需的液压力小于304不锈钢毛细管破裂时所需的液压力。