基于离散元法的固体颗粒介质传力特性研究

固体颗粒介质成形工艺是采用固体颗粒介质代替刚性凸模(凹模)的作用,对金属板料、管材拉深胀形的先进工艺,在复杂零件精密成形、难加工材料成形、温热成形等方面具有独特优势.为揭示该工艺中固体颗粒介质的传力特性,采用离散元法(Discrete/distinct element method,DEM)数值模拟固体颗粒介质在单轴压缩下的受力过程,从力链角度分析固体颗粒介质在压缩过程中细观结构的变化规律,并以直径1mm不锈钢球为传力介质,自行设计颗粒介质传力性能试验,数值模拟结果与实测值吻合较好.研究发现颗粒配位数与体积份额呈幂函数关系,侧压系数与压应力亦呈幂函数关系,且当内部力链结构趋于稳定时,侧压系数趋于定值.应用散体力学研究方法推导出固体颗粒介质压力衰减规律,进而得到介质传力极限距离,这对如何准确控制成形中颗粒介质压力分布,提高加工工件的成形性能具有重要意义.     

Process of back pressure deep drawing with solid granule medium on sheet metal

The experimental die apparatus of the solid granules medium forming on sheet metal was designed and manufactured.Typical parts,such as conical,parabolic,cylindrical and square-box-shaped components,were successfully trial-produced as well.According to the analysis of the changing trends of the cross-section shape and the wall thickness during the process,it can be found that the shape of the free deformation zone of the sheet metal,which is the most critical thinning area,can be described as an approximately spherical cap.According to this forming feature,back pressure deep drawing technology with solid granules medium on sheet metal was proposed to restrain drastic thinning at the bottom of the part through the joint friction effect of solid granules medium,the back pressure tringle and the sheet metal.Therefore,the deep drawing limit of the sheet metal is significantly improved.In order to fabricate thin-walled rotary parts with great drawing ratio and complex cross-sections,a finite element model based on the material property test of the solid granules medium was established to optimize the scheme of the back pressure deep drawing.The effects on the forming performance of sheet metal from back pressure load and the approach of blank holding control were analyzed through this model.     

Q235覆管对AA5052铝合金基管颗粒介质胀形行为的影响

采用AA5052铝合金挤压管作内层基管、Q235碳素结构钢卷焊管作外层覆管的钢铝复合管对复合管颗粒介质胀形行为进行研究。通过塑性理论分析胀形过程中管间切向摩擦力及法向压力对基管应力大小的影响;利用数值模拟分析管间摩擦因数和覆管各向异性对基管的应变成形极限的综合影响,并给出单管、复合管胀形时的壁厚减薄情况和基管的应力、应变分布;通过管材颗粒介质内高压胀形试验,对比单管和复合管胀形条件下铝合金管的极限胀形比,分析复合管的变形协调性。结果表明：通过施加Q235碳素结构钢覆管,减小了AA5052基管胀形区中间截面处的双向拉应力,基管胀形区壁厚减薄变小,胀形比提高了22%,复合管下基管最大减薄率为17.5 %,成形性能显著提高。     

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。     

高压状态下固体颗粒介质侧压应力系数试验

高压状态下固体颗粒介质物理性能是固体颗粒介质管、板料成形工艺的基础性研究,是深入探索其成形规律、进行生产实践的重要理论依据。固体颗粒在压力传递过程中表现出非均匀分布的力学性能,可用侧压应力系数进行数学描述。侧压应力系数是固体颗粒的基本物理特性,存在两个极限侧压应力系数nmin与nmax,且两者互为倒数。文章通过试验测试,得出了GM颗粒介质侧压应力系数实测曲线,并以散体力学为基础,对固体颗粒介质在内高压状态下侧压应力系数的变化规律进行了系统的分析和讨论。     

大型模锻液压机平衡系统原理及其理论研究

滑块平衡系统是大型模锻液压机关键部件,其作用是避免滑块在工作状态下产生倾斜,从而保证上下模具准确压合,确保工件质量,对滑块运行精度及产品质量的保证具有决定性作用。液压机工作过程中,偏心力矩是未知的,如何由实测的滑块四角位移差值确定所需的平衡力,成为一个关键技术与理论难题。为此,提出力偶调平、位置控制平衡系统的新概念及其工作原理,即在滑块四角布置四组柱塞平衡缸,并由高精度位移传感器对滑块四角行程进行实时监测,以控制相应缸组加压与泄压。建立了其参数化力学模型,推导出滑块四角位移差值与所需平衡力之间的函数关系式,并绘制出相关曲线,可以在已知滑块四角位移差值的条件下,为实际加工过程中平衡力的控制提供理论依据,也可为同类型液压机滑块同步平衡系统的设计提供理论参考。     

高温变形条件下5A02铝合金的塑性成形性能

随着工业技术的发展和能源问题的突出，铝合金以其质量轻、耐腐蚀性能好、成形性能和加工性能良好等优势成为轻型化首选的材料类型之一。以5A02铝合金冷轧板材为研究对象，通过单向拉伸试验和金相试验对不同变形温度、应变速率条件下5A02铝合金的塑性性能进行分析，并且借助试验数据和Zener-Hollomo参数模型，对高温条件下5A02铝合金的本构模型进行研究。研究结果表明：5A02铝合金在高温条件下变形时，应变速率和变形温度对延伸率的影响很大。在应变速率为0.01s-1、0.001 s-1、0.0005 s-1和0.0001 s-1条件下，当变形温度大于250℃时，5A02铝合金的延伸率大于100%。当变形温度为150℃~250℃时，5A02铝合金的真实应力-应变曲线属于动态回复型，而当变形温度大于250℃时，流变应力曲线存在明显的软化现象。     

基于有限元分析的CNG气瓶热旋压机本体机构设计与优化

通过对CNG气瓶多道次收底旋压工艺的数值模拟,得出旋压力能参数,以此为基础设计了CNG气瓶旋压机.介绍了该机主轴机构、工作原理、模具装置结构.应用有限元模拟软件对主要零部件进行优化设计,使该机达到设计要求.实际生产应用表明:该旋压机床与国外先进水平同类机床效率相同,实现了高效率加工;加工生产的气瓶零件尺寸精度高、表面质量好,产品质量达到欧洲气瓶质量检测标准,整机性能达到国际先进水平.     

基于固体颗粒介质成形工艺筒形件拉深力学分析

将固体颗粒介质成形工艺应用于金属板材圆筒件的拉深成形,建立相应的板材拉深力学模型。在固体颗粒传力衰减模型的基础上,通过对工件直壁区的力学分析,得到拉深过程中所需压头单位压力的函数关系式。该关系式表明,当筒形件的直壁段成形后,随着拉深系数的增加,压头最大单位压力呈线性逐渐减小;板材与凹模表面间摩擦因数增大将导致压头单位压力加大,并且该增加趋势非常明显;颗粒介质与板材之间的摩擦因数增大却可以减小压头单位压力;随着颗粒介质初始装料高度的增加,压头单位压力相应增加,这是颗粒介质所传递的应力随传递距离增加而逐渐衰减的结果。并以镁合金板材为研究对象,进行基于颗粒介质成形工艺的拉深试验和有限元模拟验证。研究结果表明,试验、模拟结果与理论值基本吻合。     

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。