基于响应曲面法的焊管轧辊摩擦特性优化技术研究

利用ABAQUS软件模拟了焊管开口段辊弯成形过程,研究了轧辊表面摩擦特性对带钢边缘塑性应变的影响。对开口段轧辊表面进行了区域划分。在单因素试验的基础上,以轧辊表面区域摩擦系数为因素,运用中心复合设计建立了边缘等效塑性应变回归方程。结果发现,轧辊边部区域为主影响区,而中部区域为次影响区,带钢边界等效塑性应变明显降低。通过响应曲面法对轧辊表面摩擦特性进行优化是可行的。     

模具表面织构对圆筒件拉深成形性能的影响

以圆筒件拉深成形为研究对象,研究模具表面织构对冲压成形性能的影响,并与实验结果进行对比。在此基础上,采用ABAQUS有限元软件建立圆筒件拉深表面织构的有限元模型,研究织构的形状、尺寸、分布等基本结构参数对圆筒件拉深成形性能的影响,探究织构对板料应变、减薄率等的影响规律。结果表明：模具表面设计织构,对成形性能有一定的影响;相较于未设计织构的模具表面,在凹模圆角处设计三角形织构具有最佳的效果,可以明显地减小圆筒件拉深成形的最大减薄率,进而提高板料的冲压成形性能。     

半球形件模具表面摩擦特性影响的数值模拟与优化设计

采用数值模拟的方法,研究拉深模具表面不同区域摩擦特性对半球形零件成形性能的影响规律。通过改变区域摩擦系数,确定内皱、拉裂两种成形缺陷及凸缘区材料流入量的主影响区。针对起皱、拉裂两种成形缺陷,分别对区域摩擦系数进行调整优化,采用优化后的摩擦特性组合,起皱的可能性降低了5.2%,拉裂的危险性降低了13%。该文研究结果可以为模具表面的激光复合造型提供依据,从而实现模具表面微观几何织构的主动设计制造。     

织构化冲压模具的应力数值模拟分析

目的 研究不同形状织构化模具在冲压后的应力大小和分布情况,从织构化模具应力集中角度,为改善模具寿命提供理论指导。方法 利用SolidWorks建立冲压模具三维模型,并且在模具的凹模圆角区域设置三角形、圆形以及二者复合图形,来模拟模具表面的三角形微织构、圆形微织构和复合织构。利用HyperMesh进行网格划分,并在ABAQUS中对冲压过程进行仿真分析,研究表面微织构对冲压模具凹模应力的影响。结果 加工织构的模具,在织构周围出现了应力集中,应力集中主要存在于模具表层很小的范围内,没有延伸至深处。当摩擦系数为0.1时,三角形和圆形复合织构化模具最大应力为1520 MPa,相对于单一的三角形织构化模具,最大应力减小了3.5%,相对于圆形织构化模具,最大应力增加了13.6%。随着摩擦系数的增加,织构化模具在织构处的最大应力均表现出减小的趋势,而单一的三角形和圆形织构化模具在摩擦系数较大时,板料会发生断裂。织构化模具最大应力数值由大到小依次为：三角形织构化模具>三角形和圆形复合织构化模具>圆形织构化模具。结论 表面织构化会造成模具在织构处的应力集中,而且不同形状的织构产生应力集中的程度不同。因此,考虑从改善摩擦学性能的角度提高冲压成形件的成形质量时,需要兼顾考虑模具因表面微织构而产生应力集中,影响其寿命的问题。     

汽车消声半壳模具表面摩擦特性的优化设计

以汽车消声半壳模具为研究对象,采用数值模拟方法,在揭示模具表面摩擦特性对成形件厚度均匀性影响规律的基础上,对模具表面摩擦敏感区的摩擦特性进行优化设计。首先,对汽车消声半壳模具表面进行区域划分,利用ABAQUS对拉延成形过程进行数值模拟,采用单因素分析法,探究模具表面不同区域摩擦因数对工件厚度均匀性的影响,确定模具表面的摩擦敏感区域。其次,以板料厚度均匀性为优化目标,采用均匀设计法,对摩擦敏感区的摩擦特性进行了优化设计,最终获得消声半壳模具表面最优摩擦因数组合。优化后的模拟结果显示,成形件最薄处的破裂可能性降低了13.03%,成形件厚度的变化幅度降低了6.68%。为基于摩擦特性优化分布的模具表面激光微织构加工提供了设计依据。     

球形件反复拉深成形有限元模拟及应力应变分析

采用Marc软件对球形件一次拉深成形和反复拉深成形工艺进行数值模拟,得到了成形过程中的应力-应变曲线。结果表明,反复拉深成形时,球底区径向应力远小于一次拉深成形,周向应力表现为压应力和较小的拉应力,使得球底区厚向应变明显小于一次拉深,且反复拉深次数越多,厚向应变越小。反复拉深成形可改变制品成形过程中的应力应变状态,抑制壁厚减薄,能够提高板材的成形极限。经3次反复拉深,可实现近似等壁厚成形。并设计成形实验模具,对球形件3次反复拉深成形工艺进行实验验证,成形出了质量良好的零件。     

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。     

基于混合硬化模型的ERW焊管排辊成形数值模拟

针对ERW焊管排辊成形过程中带刚反复加载、卸载的复杂成形工艺特点,提出了考虑包辛格效应的混合硬化材料本构模型;通过ABAQUS用户材料子程序VUMAT的二次开发,对混合硬化材料的本构模型进行了有限元程序实现;基于混合硬化模型,对ERW焊管排辊成形过程进行了数值模拟,分析了成形过程中应力应变的变化规律,并对计算结果进行了对比。结果表明,混合硬化模型能够很好地体现ERW焊管排辊成形反复加载、卸载的成形工艺特点;不同的材料硬化模型对排辊成形过程中板料的应力应变产生较大影响。     

Ti-6Al-4V电弧熔丝增材辊轧复合制造的有限元模拟

增材制造过程中在凝固、冷却阶段因骤热骤冷而易于产生较大的残余应力,进而影响部件的成形和使用。在增材过程中引入辊轧工序,可望改变局部应力状态并降低宏观残余应力,进而改善部件宏观变形和微观组织形态。通过建立Ti-6Al-4V钛合金电弧熔丝增材与层间辊轧复合成形过程的有限元模型,研究在圆柱形轧辊条件下,不同压下量对部件温度、应力、应变及残余应力分布的影响规律。结果表明,层间辊轧可显著降低沉积层金属中的残余应力;同时降低对基板的整体应力。采用圆柱形轧辊并增加压下量可显著降低残余应力,为复合增材工艺的优化指明了方向。     

U形件模具表面摩擦对回弹影响的数值模拟

通过对U形件模具表面进行激光复合造型处理,有效的控制模具表面各区域的摩擦系数,从而改善了板料的回弹,同时提高了模具的寿命.利用ABAQUS10.0有限元模拟软件对U形件进行数值模拟,在模具表面各区域设置不同的摩擦系数,揭示了各区域摩擦系数对U形件回弹的影响规律.结果表明:增加凹模圆角、法兰区与板料之间的摩擦,减小凸模圆...     

Performance parameters studies in machining of AISI D2 steel with dot-textured,groove-textured & non-textured cutting tool at the flank face

Surface texturing is a method where there is a change in tribological properties due to change in surface characteristics. The present work is a comparison of the performance of dot-textured coated carbide tool with groove-textured and non-textured coated carbide tool in machining AISI D2 steel. Micro dot textures are made on the flank face using micro-electric discharge machining. Considering full factorial design, total 8 experiments are performed with cutting speed, feed and depth of cut as process parameters. For each parameter, two levels are considered. Flank wear and surface roughness are investigated to compare the function of dot-textured coated carbide tool with the groove-textured and non-textured coated carbide tool. In every condition, flank wear is less in machining with both types of textured tool in comparison to the non-textured coated carbide tool. In most of the cases, surface roughness is less for both types of textured tool than the non-textured tool. Comparing dot-textured tool over groove-textured tool, it is observed that dot-textured tool is better than the groove-textured tool in reducing flank wear and surface roughness. Analysis of white layer and micro hardness at the machined surfaces revealed that dot-texturing helps in minimizing the thickness of white layer and micro-hardness property in comparison to groove-textured and non-textured tool. Thus, dot texturing is found to be better in improving machinability than groove-textured and non-textured tool.     

激光作用时间变化下毛化织构表面成形机理与演变规律∗

激光毛化织构广泛应用于摩擦副表面以提高其接触强度和改变摩擦性能,然而现有研究存在激光成形机理复杂、形貌可控性差等问题。 通过对所建立的二维模型进行研究,考虑反冲压力、热毛细力、表面张力对激光熔池流动的影响,分析毛化过程形貌演变规律和激光作用机理。 结果表明,当激光加热时间充足时,凹坑织构中心出现凸起,且随着脉宽的增加而增大。 中心凸起的形成归因于热毛细力,且受表面张力的影响无法形成过高的凸起。 此外,熔池加热阶段形貌主要受反冲压力影响,熔池冷却初期阶段形貌主要受表面张力的主导作用,冷却后期阶段形貌主要受热毛细力的主导作用。 在考虑反冲压力、热毛细力、表面张力对激光熔池流动等影响的基础上,建立了激光毛化织构二维数值模拟模型,为未来工程应用提供了理论依据。     

不锈钢光纤激光毛化及其摩擦性能

目的研究光纤激光毛化应用于模具表面,改善其摩擦特性的可行性。方法采用单因素变化法,研究激光功率、脉宽、频率、离焦量对毛化形貌的影响规律,分析毛化区域的显微硬度,并对不同形貌的毛化试样和光滑试样的摩擦性能进行对比。结果匹配特定的参数,可获得火山口形貌或球冠状形貌。毛化区域的硬度相对基材提高显著,最大提高了近4倍。同时,在模拟冷冲压拉深模具低速重载工况的摩擦实验中,毛化试样的摩擦系数比光滑试样大,同时随着毛化点直径、间距的增大,摩擦系数相应减小。结论激光毛化技术可对材料表面进行改形改性,能够用于优化模具表面摩擦特性。     

轧辊光纤激光无序毛化技术:无序毛化的应用(下篇)

在连轧机、平整机、光整机上对光纤激光无序毛化轧辊与电火花毛化轧辊的过钢量,粗糙度R_a和R_(pc)值随过钢量的变化进行了对比;同时,对光纤激光无序毛化轧辊R_a=2.0~5.0μm范围内与R_(pc)值的关联情况进行了研究。结果表明:光纤激光无序毛化轧辊适用于连轧、平整、光整等工艺,其R_(pc)值高于电火花毛化辊,且R_a与R_(pc)的关联度较弱。     

内孔翻边时变形区应力应变规律研究

内孔翻边是冲压成形生产中的一个常用工序,变形区的变形特征是一种物理和几何非线形的变形过程.用主应力法对内孔翻边成形过程中变形区的应力、应变及模具上的受力进行了理论分析,得出了变形区的应力、应变随冲模斜角的变化规律.结合具体算例,用ADINA软件模拟了变形区的应力、应变及模具上的受力,得出了与理论分析相同的结论,即翻边使变形区变薄;材料会沿径向收缩;冲模斜角越大,孔边缘处等效应变越大,冲压力也越大.     

基于微磨削方法的微织构刀具制备与切削性能研究

目的研究表面微织构对硬质合金刀具切削性能的影响。方法采用微磨削方法在硬质合金刀具前刀面加工出具有不同结构参数的横向、纵向和交叉微织构,通过AL6061切削试验和有限元切削仿真,研究表面微织构对硬质合金刀具的切削温度及刀具磨损的影响。结果采用V形金刚石砂轮微磨削方法能够加工出几何形状规则且表面质量良好的表面微织构。与无织构刀具相比,微织构刀具的切削温度明显降低,高温区域明显减少,其中横向织构刀具降温效果最为显著。微织构刀具的切削温度随沟槽间距的增大而升高,沟槽间距为150μm时,切削温度最低。表面微织构能够有效减轻刀具前刀面的粘结磨损,横向织构刀具减摩抗粘效果最好,且采用较小的沟槽间距更利于减轻刀具的粘结磨损。随着切削速度的增加,表面微织构的抗粘结作用更加明显,当切削速度为150 m/min时,沟槽间距为150μm的横向织构刀具的切屑粘结面积最小。结论在横向、纵向和交叉织构刀具中,沟槽间距为150μm的横向织构刀具切削性能最好,即降温效果、抗粘结性能最为显著。     

Laser-guided discharge texturing for cold mill roller

This paper presents a new method of surface texturing for the cold mill roller called laser-guided discharge texturing to acquire the high surface roughness. In this method, the pulsed laser was focused on the roller surface to produce the metal plasma, and was then used to guide the arc discharge in the gap of electrodes to texture the roller. Laser-guided discharge texturing absorb the advantages of electrical discharge texturing and YAG laser texturing to form the following properties: the quick processing speed, the high processing energy, the deterministic distribution of the textured craters, and the enhanced surface shaping to the textured craters. In this paper, the control of the laser guiding in the randomicity of the discharge craters was studied, the surface topography of the textured craters was studied with different current peaks and pulse-widths, and the microstructures of the textured craters were analyzed.     

ERW焊管辊弯成型过程的动态仿真研究

ERW焊管辊弯成型过程复杂,规律难以把握。为了获得高质量的ERW焊管,减少成型缺陷,降低开发成本,文章采用动力显式有限元法和实验获得材料模型,建立ERW焊管辊弯成型过程的弹塑性有限元模型,实现了对ERW焊管连续成型过程的全流程仿真,分析了带钢在成型过程中的应力、应变变化规律与形状变化规律以及带钢厚度对成型质量的影响。研究结果表明,整个辊弯成型过程应力变化较为平缓,在精成型段有较大变形量,产生较大应力;边部纤维纵向应变高于中部纤维,导致边部有少量"皱曲"产生;随着厚度的增加,纵向应变相应增大。     

复合织构刀具切削铝合金的性能∗

基于铝合金材料切削的现状和需求,针对单一织构刀具存在的抗黏减摩性能不足的问题,将不同织构应用于刀-屑接触区域,提出刀具前刀面分区异构的思想。利用皮秒激光在刀具黏结区与滑移区分别加工凹坑和沟槽,并调整沟槽的取向(平行 / 垂直于主切削刃),得到上下型(SXDV 和 SXDP)和左右型(ZYDV 和 ZYDP)四种复合织构刀具。对 6061 铝合金进行湿切削试验,研究不同区域内添加不同织构对刀-屑接触表面摩擦状态的影响。研究结果表明,对比无织构和单一织构刀具, ZYDP 复合织构刀具展现了更好的切削性能。具体表现如下：与无织构刀具相比,ZYDP 刀具的主切削力降低 30.7%,刀面黏结面积减少 63.9%,切屑卷曲半径减少 27.4%。合理的复合织构方案可以明显改善刀具切削过程中的黏结磨损问题,延长了刀具寿命。复合织构方案的提出以及相应的激光加工过程可为织构刀具的设计及实际应用提供新思路。     

载荷对金属/织构化三元乙丙密封副摩擦学性能的影响

目的 提高三元乙丙/金属动密封的抗磨性能,揭示织构化橡胶在不同载荷下的磨损机理和损伤演变规律.方法 采用激光打标器在三元乙丙橡胶表面加工规则凹坑阵列,与金属小钢球组成摩擦副,并利用UMT-2摩擦磨损试验机进行摩擦实验,研究不同载荷下织构化三元乙丙橡胶试样的摩擦学特性.通过分析摩擦系数和磨损率等获得实验过程的摩擦学信息,再利用场发射扫描电子显微镜和白光干涉三维表面轮廓仪对磨痕和磨屑进行表面微观分析,并对磨损区域进行三维形貌重组.结果 随着载荷的增加,磨损量都有上升趋势,无织构三元乙丙试件的摩擦系数呈下降趋势,织构化表面摩擦系数先减小、后增大.在载荷为35 N时,织构的摩擦学性能最好,相较于无织构试样,其磨损量下降了33.4％,摩擦系数下降了24.2％,表面粗糙度为245 nm;载荷为80 N时,织构的引入会加剧磨损,表面粗糙度达到了1.12×104 nm.通过观察磨损表面和磨屑形貌得出,在中低载荷下,表面织构可以有效减少腐蚀磨损和粘着磨损;在高载荷下,织构的磨损机理变为磨粒磨损.结论 总体而言,在合适的载荷下,织构化处理可以有效地改善三元乙丙的摩擦性能,但高载荷下织构会增大磨损.