管筒形零件机械扩径工艺过程的成形参数优化

管筒形零件机械扩径最终制品的横断面尺寸精度和形状精度,不同程度地受到各种工艺参数、模具参数、材料性能参数以及摩擦条件的影响。机械扩径工艺设计的重要内容之一,就是针对特定的毛坯规格,合理选择各种成形参数并使其成为一种最优组合,以获得最佳的制品尺寸和形状精度。文章基于MSC.Marc非线性有限元分析软件和遗传优化算法,应用Python语言设计了机械扩径成形参数优化的遗传算法程序,通过对MSC.Marc软件的二次开发,实现了遗传优化算法与MSC.Marc软件的连接,为管筒形零件机械扩径工艺过程的成形参数优化提供了一种新方法。针对大直径管线钢管机械扩径工艺,得到了以最终制品形状精度(横断面圆度误差)为优化目标的扩径率、模具直径和模具边缘圆角半径等成形参数的最优组合。采用最优的成形参数组合,可以显著提高最终制品的横断面形状精度。     

管筒形零件机械扩径工艺过程的多目标优化

管筒形零件的机械扩径成形过程是一个与管坯规格、管坯形状、材料性能、摩擦条件、变形程度、模具直径及其边缘圆角半径等诸多因素相关的塑性变形过程,其最终制品的尺寸和形状精度取决于这些参数的综合影响。在生产实际中,如何根据用户对制品尺寸与形状的精度要求来确定管坯规格、变形程度、模具尺寸等主要工艺参数,是机械扩径工艺设计的一个重要内容。它可以被抽象为一个在满足制品尺寸和形状精度要求条件下,寻求管坯规格等上述主要工艺参数最优组合的多目标优化问题。文章基于MSC.Marc非线性有限元分析软件和遗传优化算法,采用Python语言设计了基于加权组合法的遗传算法程序,实现了在多目标条件下对管筒形零件机械扩径成形工艺参数的优化。     

扩径力与扩径行程的主要影响因素和计算方法

机械扩径是现代管线钢管制造方法的一项关键技术 ,包括扩径工艺和扩径装备两个方面。扩径力和扩径行程是机械扩径工艺的两个主要参数 ,也是开发机械扩径装备的重要依据。由于缺乏对机械扩径工艺的系统研究 ,准确计算扩径力和合理确定扩径行程 ,已经成为制约我国管线钢管制造技术发展和进步的主要技术障碍之一。本文针对现有扩径力计算方法的不足 ,在考虑变形程度及刚端影响的基础上 ,提出了一个新的扩径力计算公式 ;并且基于管坯的扩径过程可分为整圆和扩圆两个变形阶段的特征 ,分别给出了整圆、扩圆阶段的行程计算公式。此外 ,本文还通过实验与数值模拟相结合的方法 ,验证了上述公式的正确性     

扩径模具直径对成形件品质的影响

机械扩径是制造管筒形零件的一种精密成形方法。扩径时 ,筒形件的变形、应力应变分布以及成形件的轮廓形状、壁厚变化都具有明显的局部特征。这些特征不仅与毛坯断面的形状误差有关 ,而且还与模具的分瓣结构及其结构参数密切相关。由于以前缺乏对机械扩径过程的深入研究 ,所以对这些变形特征和规律的认识也欠深刻。作者通过有限元数值模拟和实验方法 ,系统地分析了扩径模具的结构参数与成形件品质之间的关系。本文专门论述了机械扩径模具直径对成形件品质的影响 ,提出了相对凸模半径的概念 ,系统分析了它对变形分布、成形件轮廓形状、椭圆度和壁厚的影响。研究结果表明 ,成形件的横断面轮廓形状与相对凸模半径有关 ;最大塑性等效应变是相对凸模半径的递增函数 ;椭圆度随相对凸模半径的增加而减小。基于研究结果 ,本文给出了相对凸模半径的设计原则。     

塑性成形工艺参数稳健优化设计方法

文章给出了一种适用于以尺寸和形状精度为控制对象的塑性成形工艺参数稳健优化设计方法。该方法针对塑性成形的尺寸和形状误差控制要求,根据稳健优化设计思想,以满意度或综合质量损失为目标,将成形工艺参数(包括变形参数和模具结构参数)作为可控因素,将材料的屈服强度、弹性模量以及摩擦系数等影响变形过程和制品质量的参数作为噪声因素,利用设计变量与综合质量损失之间的关系和实验数据,并通过回归分析方法,构建稳健优化问题的目标函数,从而将多目标优化问题简化为单目标优化问题。该方法在机械扩径工艺参数设计方面的应用结果表明,其优化效果好于非稳健优化设计方法。     

基于Simufact多道次变薄拉深筒形件尺寸精度研究

为了探究多道次变薄拉深冷成形加工工艺参数与筒形件尺寸精度之间的关系,采用Simufact. forming有限元仿真软件,选取C15-c低碳钢为试验材料进行多道次变薄拉深冷成形模拟试验,采用正交试验设计方案,探究了多道次变薄拉深冷成形过程中工艺参数(减薄率、凹模锥角与摩擦系数)对筒形件尺寸精度(内径扩径量、外圆度误差与壁厚偏差)的影响规律,并进行了试验验证。结果表明:在C15-c低碳钢材料筒形件的多道次变薄拉深冷成形工艺中,当减薄率为40%、凹模锥角为12°、摩擦系数为0. 10时,筒形件的尺寸精度较高。加工工艺参数对内径扩径量的影响顺序为:减薄率凹模锥角摩擦系数;对外圆度误差的影响顺序为:摩擦系数凹模锥角减薄率;对壁厚偏差的影响顺序为:减薄率凹模锥角摩擦系数。     

基于Simufact变薄拉深滑动轴承的尺寸精度研究

为得到较高尺寸精度的滑动轴承,利用有限元数值模拟方法,对滑动轴承的2种变薄拉深成形工艺进行分析,使用锡青铜为加工材料,在Simufact有限元仿真软件中,当减薄率相同时,对同一毛坯的1次变薄拉深成形与3次连续变薄拉深成形分别进行数值模拟。以变薄拉深后滑动轴承成形件的尺寸精度(扩径量、圆度误差、直线度误差)与材料利用率(喇叭口长度)为评价指标,选取最佳成形工艺,并对仿真可靠性进行试验验证。结果表明,锡青铜材料1次成形的内径扩径量、外圆度误差与内轴线误差较大,外轴线直线度误差较小,且材料利用率高,为实际生产的工艺选取提供理论依据。     

基于灰色关联度筒形件强力旋压工艺参数优化

错距旋压成形过程中,工艺参数的选取对其尺寸精度的好坏至关重要。采用正交试验法,选取减薄率、错距、旋轮圆角半径、进给比为试验因素,以工件圆度、直线度和内径扩径量为尺寸精度评价指标,获得9组试验数据。采用灰色关联度法对所得的正交试验数据进行分析处理,将多目标优化问题转化为单目标优化问题,并得出了优化的连杆衬套工艺参数组合方案。试验结果表明,采用优化的工艺参数对连杆衬套进行旋压,可有效地减小圆度误差、直线度误差和内径扩径量,提高旋压件的尺寸精度。     

管筒形件的机械扩径成形条件

机械扩径是制造各种管筒形零件的有效方法之一。研究机械扩径技术 ,首先需要建立管坯在扩径过程中可以扩圆的整体屈服条件和可能扩裂的局部破坏条件。根据管坯的基本变形规律和主要特征 ,提出了在机械扩径过程中 ,管坯变形可以分为整圆和扩径两个阶段的概念。通过对这两个变形阶段的应力分析 ,建立了管筒形零件机械扩径时的整体屈服和局部破坏条件 ,即机械扩径成形条件。     

大口径直缝焊管机械扩径成形机理研究

结合大口径直缝焊管机械扩径机组开发项目，分析了大口径直缝焊管机械扩径工艺的特点，利用有限元方法对机械扩径成形机理和成形过程进行了仿真，讨论了机械扩径对扩径设备的力能要求。在此基础上，对机械扩径的主要工艺参数及其对扩径质量的影响进行了详细的论述，为扩径机组的开发提供理论依据。     

厚壁大直径0Cr18Ni9Ti钢管弯头制作工艺的研究

厚壁大直径不锈钢管的扩径推弯成型是无缝弯头成型的难点。针对φ406．4mm×32mm-R610mm的厚壁0Cr18Ni9Ti钢管弯头扩径推湾成型过程，校核了芯棒的强度，提出了芯棒的合理材质及加工方法，确定了芯棒的形状、温度分布及成型管还与感应圈之间的间隙等。经生产验证，其结果合理可行。     

Springback of thin-walled tube NC precision bending and its numerical simulation

The springback is one of the key factors which affect the forming quality of thin-walled tube NC precision bending. The elastic-plastic finite element method was proposed to study the springback process of thin-walled tube NC precision bending and the combination of dynamic explicit algorithm and the static implicit algorithm was proposed to solve the whole process of thin-walled tube NC precision bending. Then, the 3D elastic-plastic finite element model was established based on the DYNAFORM platform, and the model was verified to be reasonable. At last, the springback rule of thin-walled tube NC precision bending and the effect of geometry and material parameters on the springback rule of thin-walled tube NC precision bending were studied, which is useful to controlling the springback of thin-walled tube NC precision bending, and the numerical simulation method can be used to study other effect of parameters on the forming quality of thin-walled tube NC precision bending.     

厚壁封头接管热成形的有限元分析与试验研究

针对核电容器上的接管采用焊接连接存在的隐患,研究了厚壁封头接管整锻成形技术。采用DEFORM3D软件对壁厚为325mm的大型厚壁封头接管成形过程进行了模拟研究。获得了变形区金属应力变化规律,并对预加工孔径、凹模中心孔等工艺参数进行了分析,研究了其对成形质量的影响并得出相应的优化数据。通过缩比试验验证了有限元分析计算的正确性,为该工艺的工程应用奠定了科学基础。     

基于显著性的薄壁铝合金管小弯曲半径数控弯曲工艺参数优化(英文)

薄壁铝合金管小弯曲半径数控弯曲是个多因素耦合、多模具约束下的复杂过程。提出以有限元模拟为基础,基于显著性的工艺参数优化方法,即采用析因因子设计分析工艺参数对成形质量,即最大壁厚减薄率和最大截面畸变变化率影响的显著性,获得影响显著的参数,即管与防皱模间间隙的最优值,并确定其他影响不显著的参数值,包括管与模具间的间隙和摩擦、芯棒伸出量和助推速度。结果应用于规格为d50mm×1mm×75mm和d70mm×1.5mm×105mm(管外径D0×管壁厚t0×弯曲半径R)的铝合金管弯曲,获得了合格的管件。     

拉拔工艺参数对微型直齿沟槽铜管成形的影响

利用高速充液旋压技术加工出直径为6mm的沟槽管;然后,采用多级拉拔成形方法加工出直径为3～6mm的微型直齿沟槽铜管。在分析其加工成形机理的基础上,重点研究拉拔工艺参数对沟槽管成形的影响规律。结果表明：在微型直齿沟槽铜管成形过程中,随着拉拔成形直径的缩小,壁厚增加,槽深和槽宽均减小;同时,壁厚随着拉拔模具角的增加而减小,而槽深和槽宽随着拉拔模具角的增加而增加;随着拉拔级次压缩率的增大,拉拔力增大,过大的拉拔级次压缩率会导致微型直齿沟槽铜管拉拔成形轴向沟槽产生断裂。随着拉拔模具角的增大,拉拔力先减小后增大,并且存在一个最小值区域。当拉拔模具角α=16°时,拉拔力最小,此为最佳拉拔模具角。     

双金属复合无缝钢管冷轧成型过程的数值研究

采用非线性有限元法对不锈钢/碳钢双金属复合钢管的冷轧成型过程进行了数值模拟,得到了钢管在整个冷轧成型过程包括稳定轧制阶段和钢管冷轧脱模以后的位移场和应力应变场.计算结果显示,冷轧成型过程的应力分布十分复杂,在环向没有对称性.本文根据计算结果绘制了钢管的径向、环向及轴向应力分布图.在稳定轧制阶段,径向应力在内层钢管内壁,减径量越大,径向应力越小;环向应力在碳钢和不锈钢界面位置和内层不锈钢管的内壁,减径量越大,环向应力越小;轴向应力与减径量的大小成反比关系.采用冷轧成型工艺生产双金属无缝钢管,成品钢管的直径精度较高,壁厚精度低于直径精度.参数研究表明,计算直径接近理论值,受减径量的影响相对较小;计算壁厚与理论值有一定误差,钢管壁厚精度随减径量的增加而降低.对于本文计算的外径为φ202 mm,壁厚为11 mm的双金属复合管,在减径量为2 mm时的壁厚相对误差仍小于5％.同时,双金属复合管外层碳钢钢管壁厚变化量相对较大而内层不锈钢管的壁厚变化相对较小.论文的研究成果对于双金属复合钢管冷轧成型工艺设计、孔型和轧辊设计具有参考价值.     

AZ91D镁合金薄壁管高速滚珠旋压贴模特性数值模拟

应用PRO/E软件建立薄壁管滚珠旋压成形的三维有限元模型,有限元软件ANSYS/LSDYNA对影响滚珠旋压加工的关键工艺参数——进给比进行模拟,通过对比模拟结果,分析了进给比对薄壁管成形过程中贴模特性和扩径特性的影响及扩径的形成原因,得出合理的进给比以及进给比对薄壁管贴模特性的影响规律,为进一步研究镁合金薄壁管滚珠成形规律奠定了基础。