板材固体颗粒介质成形新工艺

提出了板材固体颗粒介质成形新工艺,即采用固体颗粒介质代替刚性凸模(或弹性体、液体)的作用对板料进行软模成形的工艺。通过成形试验,对板材固体颗粒介质成形新工艺的工艺过程、成形特点进行了论述,并进行了数值模拟。试验和模拟结果表明,应用固体颗粒介质成形工艺可以极大限度地发挥板料的成形性能,不需要任何辅助工序,可以一次成形深拉深件,且表面质量好,成品率高。     

管板材SGMF工艺传压介质的物理性能试验

固体颗粒介质成形工艺(SGMF)是采用固体颗粒代替刚性凸模(或凹模)的作用,对板材、管材等毛坯进行拉深、胀形的半模成形工艺。该工艺不同于传统的软模成形的重要区别是,其采用固体颗粒作为传力介质改变而导致成形规律与众不同。深入探索固体颗粒介质的物理特性,是实现应用该工艺进行实际生产的重要理论依据。文章通过试验,分析了不同粒径GM固体颗粒介质高压下的基本物理性能,得出GM颗粒介质体积压缩率曲线,并给出幂指函数本构关系方程;得出了GM颗粒之间及GM颗粒与板材之间在不同压力状态下的摩擦系数曲线;分析得到GM颗粒介质在轴线方向和底面上的压力传递规律,并给出了数学描述。     

钛合金机头罩固体颗粒介质成形工艺研究

固体颗粒介质板材成形是采用固体颗粒介质代替刚性凸模(或弹性体、液体)的作用对板材进行软模成形的工艺,由于固体颗粒介质具有很强的耐热性能,特别适用于钛合金薄壁零件的成形.针对TC1钛合金机头罩的零件特点,采用该工艺方法设计一套胀形模具,并通过胀形实验成功制造出符合设计要求的机头罩零件.结果表明,固体颗粒介质成形可解决复杂型面、薄壁、筒状钛合金零件难成形的问题,成形零件精度高,且表面质量好.     

镁合金板材颗粒介质拉深工艺参数数值模拟

为提高镁合金板材拉深性能,提出一种基于固体颗粒介质成形(Solid granules medium forming,SGMF)工艺的镁合金板材差温拉深工艺。以单向拉伸试验获取的AZ31B镁合金板材真应力—应变曲线和颗粒材料性能试验构建的介质线性Drucker-Prager本构模型为基础,采用有限元法对板材拉深成形进行热力耦合数值模拟并进行试验验证,研究压边力、压边间隙和温度对板材拉深性能的影响。结果表明:压边间隙和压边力联合控制比单纯控制压边力或是压边间隙更能有效地提高板材拉深性能;AZ31B镁合金板材在拉深过程中对温度有较强敏感性,板材变形温度为250~300℃,颗粒介质与其温差100~150℃时,板材达到最佳拉深性能;颗粒介质能够对工件筒壁部位提供轴向摩擦力,该摩擦力能有效提高材料拉深性能并保证板厚的均匀性,这是SGMF工艺的优势所在。     

高温合金凸环管件固体颗粒介质成形工艺

针对某航空发动机高温合金GH3044薄壁管凸环零件的成形难题,采用固体颗粒介质成形(SGMF)工艺,基于管材成形过程的塑性力学分析和有限元数值仿真,优化工艺方案,设计并制造模具,试制合格零件。采用有限元软件ABABQUS平台下的Drucker-Prager模型描述固体颗粒介质所特有的离散性摩擦材料特征,建立成形工艺有限元数值仿真模型、优化管端轴向进给力和介质成形力的匹配关系,得到轴向进给力对零件减薄率、壁厚差以及型面轮廓的影响规律。采用水平分模和弹性进给式模具结构,在单动压力机上实现了合模、轴向进给及介质加载等多动作压制功能。     

镁合金板材超声激励软模拉深（英文）

综合固体颗粒介质成形和超声振动塑性成形技术,提出超声激励颗粒介质成形工艺。为了揭示超声激励对板材软模拉深的影响,在AZ31B镁合金板材固体颗粒介质拉深成形中,运用振动频率20 kHz、最大输出功率1.5 kW的超声振动系统对凹模施加激励。研究表明,超声激励促进颗粒介质的流动性及其传递内压性能;超声振动改变板材拉深中的成形规律并有效降低成形载荷,且随着超声振幅的增加,载荷降低比例越高,这是表面效应和体积效应综合作用的结果。     

镁合金板材的固体颗粒介质拉深工艺参数

提出基于固体颗粒介质成形(SGMF)工艺的镁合金板材差温拉深工艺,并展开试验研究。通过对AZ31B镁合金薄板进行差温拉深成形试验,研究了成形温度、拉深速度、压边力、压边间隙、凹模圆角和润滑条件对拉深性能的影响,确定AZ31B镁合金板料最佳成形工艺参数。结果表明:该工艺可显著提高镁合金板材的成形性能,成形温度及拉深速度对板料拉深性能影响较大,板料最佳成形温度区间为290～310℃,颗粒介质与板料理想温差为110～150℃;压边力和压边间隙对拉深性能产生联合影响;此外,凹模圆角和润滑条件也对拉深性能有一定的影响。当上述工艺参数达到最佳值时成功拉深出极限拉深比(LDR)为2.41的工件。     

筒形件热态颗粒介质压力成形自由变形区失稳分析（英文）

采用热态固体颗粒介质成形工艺对金属板材筒形件成形展开研究,得到板材变形过程中的应力分布函数,并结合板材破裂失稳理论给出自由变形区冲头临界破裂成形压力的解析表达式。研究结果表明,颗粒介质所具有的主动摩擦效应和内压非均匀分布特征能显著提高板材的成形性能;冲头临界破裂成形压力随颗粒介质与板材间摩擦因数和材料塑性应变比的增加而上升,随材料硬化指数的增加而下降。各因素对冲头临界破裂成形压力影响由大到小的顺序为塑性应变比、摩擦因数和硬化指数。最后,采用AZ31B镁合金板材HGMF工艺试验对失稳理论进行验证。     

超声振动对板材固体颗粒介质成形的影响

针对常规变形方法难以实现的轻合金板成形问题,综合固体颗粒介质成形和超声振动塑性成形技术,提出超声激励颗粒介质成形工艺。采用ABAQUS对变幅杆及凹模按照20 k Hz工作频率进行设计并展开模态及谐响应分析,并以此为基础,设计并制造了最大输出功率1.5 k W的板材超声激励颗粒介质成形模具,进行AZ31B筒形件热态拉深试验,研究超声振动对板材颗粒介质拉深成形的影响。结果表明:超声激励促进颗粒介质的流动性及其传压性能;超声激励影响镁合金板材的极限拉深比,在振幅为6.7~11.6μm范围内,该极限拉深比呈现先增加后降低的规律。超声振动可以降低最佳压边力及成形载荷并抑制法兰区起皱,并且成形载荷随着超声振幅的增加,载荷降低比例越高。     

基于GTN模型的镁合金异形件颗粒介质成形

对AZ31B镁合金复杂截面零件固体颗粒介质成形过程进行研究。结合镁合金热态单向拉伸试验和有限元逆向法,确定预测热态下镁合金成形极限的Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)模型损伤参数。以镁合金异形件为研究对象,基于镁合金GTN损伤模型,采用有限元软件ABAQUS模拟该异形件的成形过程,分析不同工艺参数对工件壁厚和孔洞体积分数的影响,确定了该异形件的最佳成形工艺参数。设计了镁合金异形件固体颗粒介质成形模具并展开了相关试验,试验结果与基于GTN损伤模型的仿真结果基本吻合,并基于最佳模拟参数获得了合格的零件。     

基于有限元分析的摩擦系数测定

在塑性体积成形有限元模拟中,摩擦模型和摩擦系数的确定是一个关键问题.本文采用圆环镦粗法研究体积成形中摩擦系数的确定.利用有限元分析确定一组摩擦系数标定曲线,用圆环镦粗试验确定圆环内径变化率百分比与圆环高度压缩百分比关系曲线.通过曲线对比得到模具材料和成形材料之间的摩擦系数.针对6A02CZ材料在钢模具中体积成形时6A02CZ材料与钢之间的摩擦系数进行确定,6A02CS材料在无润滑剂和润滑油做润滑剂两种情况下的摩擦系数分别为0.325和0.3.研究表明,采用有限元方法和圆环镦粗试验相结合的方法更适合塑性体积成形中的有限元分析.     

高压下固体颗粒介质的压力分布

通过实验,测试分析了固体颗粒介质的压力分布以及压头锥角、压力、装料体积等因素对压力分布的影响规律。成形压力沿半径方向呈不均匀分布,可用线性或二次函数曲线进行近似表示。不均匀分布的压力有利于在成形中控制板料表面压力,使板材在最有利的受力条件下成形,提高板料成形极限和成形性能,实现局部成形,适合于低塑性、难加工材料的成形。     

Flexible die drawing of magnesium alloy sheet by superimposing ultrasonic vibration

Combining solid granule medium forming technology with ultrasonic vibration plastic forming technology, ultrasonic vibration granule medium forming (UGMF) technology was proposed. To reveal the effect of ultrasonic vibration on flexible-die deep drawing, an ultrasonic vibration with a frequency of 20 kHz and a maximum output of 1.5 kW was on the solid granule medium deep drawing of AZ31B magnesium alloy sheet. The results revealed that ultrasonic vibration promotes the pressure transmission performance of the granule medium and the formability of the sheet. The forming load declines with the ultrasonic amplitude during the drawing process as a result of the combined influence of the “surface effect” and the “softening” of the “volume effect”.     

多点压板成形技术及其板料冲压成形工艺

板料在冲压成形过程中常出现起皱现象,这是板料受压失稳的结果。论文提出一种新型的多点压板成形冲压技术,板料在冲压成形过程中,板料的上、下面受弹性压板力的约束,从而可以提升板料的失稳临界应力,减少板料的受压屈曲与起皱。同时研制一种可重构的杆系柔性成形模具,实施多点压板成形冲压工艺。试验表明,这种新型模具可以实施快速重构,同时可以有效地控制板料的起皱,特别适用于中小批量曲面板件的冲压成形加工。     

滑动摩擦接触对母线弯曲成形质量的影响

目的 研究滑动摩擦接触对1060纯铝母线弯曲成形质量的影响,得到表面质量更好的工件,降低废品率。方法 采用自行设计的V形三点式自由弯曲成形的摩擦力测试装置,通过更换不同表面粗糙度的凹模圆角、不同润滑介质以改变接触状况,进行一系列摩擦试验。通过钨灯丝扫描显微镜获得板料弯曲件表面微观形貌图,通过MATLAB软件对所采集的数据进行曲线处理。结果 得到不同粗糙度的凹模圆角以及不同润滑介质条件下的弯曲力-行程曲线。经测定,凹模圆角表面光滑时,无润滑状态下,最大摩擦力约为440 N;采用聚乙烯薄膜作为润滑介质,最大摩擦力约为100 N;采用聚四氟乙烯薄膜作为润滑介质时,最大摩擦力约为20 N。凹模圆角表面粗糙时,无润滑状态下,最大摩擦力约为235 N;采用聚四氟乙烯薄膜作为润滑介质时,最大摩擦力约为28 N。结论 添加润滑介质可以有效降低板料与凹模圆角之间摩擦力大小,进而提高弯曲件表面成形质量。滑动摩擦条件下,无论光滑还是粗糙的凹模圆角,采取润滑措施均能有效提高弯曲成形工件的表面质量,且聚四氟乙烯薄膜作为润滑介质时,得到的板料表面质量最好。     

Evaluation of friction condition in cold forging by using T-shape compression test

Friction plays an important role in metal forming, and numerical simulation of forging processes requires precise informations about the material properties and the value of the friction factor m or coefficient μ. This paper describes the T-shape compression, a new friction testing method by combined compression and extrusion of a cylinder between a flat punch and a V-grooved die. It can realize actual cold forging condition and allows measuring the friction on the cylindrical surface of the billet during forging process. The results of experiments and simulations show that the stroke–load curve and the height of the extruded part are both sensitive to friction. In order to obtain the highest sensitivity to friction, a FE parametric study of this test has been performed: it indicates that small corner radius and V-groove angle in the die should be chosen. Two commercial FE codes, FORGE 3D and ABAQUS, were used and provided very similar results for a given friction condition. Low carbon steel drawn bar with phosphate and soap coating was chosen as specimens. Friction tests with three different lubrication conditions (solid coating, oil and oil + solid coating) were carried out, and then friction factor m and friction coefficient μ were determined by using experimental results and the calibration by numerical simulation of T-shape compression test.     

铝合金板温成形过程中凸凹模圆角处摩擦的测量

在温成形过程中铝合金板与模具表面的接触和摩擦行为十分复杂,不同的接触区域摩擦状况不尽相同。本文分析了板料成形中摩擦测量的国内外发展状况,采用自行设计的新型摩擦测量装置完成了铝合金板温成形过程中凸凹模圆角处摩擦系数的测量。该测量装置的特点是可以模拟板料的真实变形过程,因而可以获得更为准确的测量结果。     

拉形动态摩擦系数的正交试验分析

用正交设计法对拉形时的摩擦系数进行了测定,方差分析结果表明,平整量越大摩擦系数越小;润滑剂对摩擦系数的影响最大;摩擦系数随凸模行程的增大而增大,且基本为线性关系。凸模圆角半径处的摩擦系数比凹模圆角半径处的摩擦系数普遍大,这是由凸模圆角半径处的板材变形程度大、板材表面粗糙化大所引起。     

Characterization of a novel aerostatic lubrication system for deep drawing processes

For economic and ecological aspects, use of lubricants containing mineral oil in sheet metal forming is sought to be reduced or avoided. Here, the application of gaseous N₂ or liquid CO₂ as volatile media acting as an aerostatic lubrication system represents a new approach for dry metal forming processes. In this paper, friction mechanisms occurring in this lubrication system and main factors influencing friction conditions had been identified by extended research work. An empirical friction model is presented, allowing the prediction of resulting friction coefficients as a function of the contact normal stresses acting between sheet metal and tool surface.