机械式胀形桥壳起皱分析及改进

以椭圆形工艺孔管坯为基础,对机械式胀形桥壳的起皱原因进行分析,并提出2种改进方案,即在该处增设椭圆形凹槽和三角槽。采用ABAQUS有限元软件对成形过程进行数值模拟,分析不同工艺方案下成形件轴向应力应变以及壁厚分布规律,并进行相关物理实验研究。结果表明:2种方案在消除起皱方面均有效果,开设凹槽的改进方案,仍存在轻微起皱,整形过程中不存在金属折叠。带三角槽改进方案桥壳起皱部位轴向应力应变分布状态得到改善,壁厚分布更均匀,增厚量减小,起皱缺陷消除。     

AZ31B镁合金管材液压胀形数值模拟分析

基于管材轴向补料液压胀形技术,采用Dynaform有限元仿真软件对0.75mm厚的AZ31B镁合金管材的胀形过程进行了数值模拟分析。研究了模具圆角半径、液压力、模具间隙等工艺参数对镁合金管件壁厚分布和最大壁厚减薄量Δt的影响规律,并探索了相对合理的工艺参数。研究结果表明,镁合金管件的最小壁厚通常分布在最大胀形直径处,除非模具间隙过小;由于受到轴向作用力,管材两端会随模具间隙的改变而出现不均匀的壁厚增厚现象,并且受轴向压头作用的一端的壁厚增厚量相对较大;胀形过程中,当模具圆角半径为5mm,模具间隙为0.8mm时,获得的镁合金管件壁厚分布较均匀,成形效果较好。     

工艺参数对21-6-9高强不锈钢管数控弯曲壁厚减薄影响的显著性分析

为实现21-6-9高强不锈钢管数控弯曲精确成形,提高其成形质量与成形极限,需要对弯曲过程中壁厚减薄进行有效控制。基于ABAQUS/Explicit有限元软件平台,建立了21-6-9高强不锈钢管数控弯曲三维弹塑性有限元模型,并对其可靠性进行了验证。通过有限元模拟和正交试验,研究了工艺参数对21-6-9高强不锈钢管数控弯曲壁厚减薄影响的显著性及规律。结果表明,影响壁厚减薄的显著性工艺参数依次为芯棒伸出量、管材与芯棒间隙、管材与防皱块摩擦因数、管材与芯棒摩擦因数、管材与压块摩擦因数和弯曲速度,其影响规律为：壁厚减薄率随着芯棒伸出量、管材与防皱块摩擦因数、管材与芯棒摩擦因数、管材与压块摩擦因数、弯曲速度的增大或管材与芯棒间隙的减小而增大。采用多元线性回归方法建立了最大壁厚减薄率与显著性工艺参数之间的回归预测模型,经对比验证,回归预测模型结果与正交试验结果之间的相对误差不超过5%。     

金属板料单点增量成形厚度减薄率的预测与控制

金属板料单点增量成形过程中成形区域厚度减薄率过大是影响成形极限的一项重要因素,预测成形区域壁厚是控制减薄率的重要方法。选取1060铝板,对单点增量成形过程中的壁厚变形过程进行分析,利用Abaqus有限元分析软件,建立单点增量成形有限元模型,利用仿真结果拟合出精度较高的壁厚预测公式,分析工具头直径、层间距、进给速度、板料厚度、成形角度等工艺参数对减薄率的影响规律,并通过试验验证有限元模拟的正确性,并提出通过改变成形轨迹控制减薄率的方法。结果表明:拟合出的壁厚预测公式所求得壁厚值比正弦定理所求得的壁厚值更接近实验值;壁厚减薄率值随着工具头直径、成形角度和板料厚度的增大而增加,随层间距的增加而减小,进给速度对减薄率影响不显著,成形角度是影响减薄率的最重要因素;采用压入点均布的成形轨迹可有效减小减薄率。     

超塑成形的钛合金波纹管壁厚分布规律研究

以DN250双波Ti-6A l-4V钛合金波纹管为例研究了采用超塑胀形/轴向加载复合超塑成形工艺成形的钛合金波纹管的壁厚分布规律。用ARVIP3D刚粘塑性壳单元有限元软件模拟了波纹管在胀形、合模和充满3个阶段的壁厚减薄情况,分析了筒坯长度和胀形阶段的变形量对超塑成形后波纹管厚度分布情况影响。通过实验研究了波纹管的实际壁厚分布曲线。结果表明,与其它成形方法相比,超塑成形的波纹管波峰壁厚减薄率较大,壁厚分布可用JIS公式粗略估算。     

TA1板单点渐进成形壁厚变化规律的数值模拟研究

钛及其合金应用越来越广泛,目前单点渐进成形技术已经开始运用于钛及其合金的成形加工,但仍存在成形件壁厚过度减薄的问题,严重影响了成形件的成形质量。文章以TA1钛合金板材成形方锥形件为研究对象,运用Abaqus有限元仿真软件,依据单一变量原则,分别探究工具头直径、底面边长、板材原始厚度和螺距等工艺参数对成形件平均壁厚减薄率与最大壁厚减薄率的影响规律。结果显示:增大工具头直径,平均壁厚减薄率随之增大,最大壁厚减薄率随之减小;平均壁厚减薄率和最大壁厚减薄率都随着底面边长的增加而增加;板材原始厚度增加,平均壁厚减薄率与最大壁厚减薄率都随之减小;随着螺距的增加,平均壁厚减薄率逐渐减小,最大壁厚减薄率逐渐增大。     

船用大直径厚壁管数控弯曲工艺参数对壁厚影响的显著性分析

为实现船舶管件数控弯曲精确成型,更好地研究船用大直径厚壁管壁厚变化率,提高其成型质量,需对其弯曲过程中壁厚减薄进行有效控制。基于有限元分析软件Dynaform建立船用20#管绕弯成型过程有限元模型,对其进行可靠性验证,再通过有限元分析和虚拟正交试验对弯曲段外侧最小壁厚数据进行极差分析和方差分析,研究工艺参数对于壁厚减薄影响的显著性及规律。结果表明:管件数控弯曲成形过程中工艺参数对最大壁厚减薄率影响的显著性顺序依次为:芯棒与管材摩擦系数、芯棒前伸量、芯棒与管材间隙、夹模与管材间隙;壁厚减薄率随着芯棒与管材摩擦系数、芯棒前伸量以及夹模与管件间隙的增大而增大,随着芯棒与管件间隙增大而减小。同时利用多元线性回归方法建立显著性工艺参数与最大壁厚减薄率之间的回归方程,经对比验证,对于规格为Φ140mm×4.5mm(t)×420mm(R)船用20#大直径厚壁管,此回归预测模型结果与正交试验之间的相对误差不超过5%。     

数控弯管中芯棒对管壁厚减薄作用的有限元分析

通过对数控弯管过程的三维有限元模拟 ,获得了芯棒提前量、芯棒与管材间的间隙对管壁厚减薄的影响规律 :( 1)随着芯棒提前量的增大 ,管材壁厚减薄率增大。 ( 2 )当芯棒不提前时 ,随着管材与芯棒间间隙的增大 ,管材壁厚减薄率减小 ;当芯棒提前量在 0 .8E～ 1.2E范围时 ,随着管材与芯棒间间隙的增大 ,管材壁厚减薄率的变化趋势为先减小再增大     

筒形件充液拉深预胀作用仿真分析研究

利用有限元对不同预胀压力下的筒形件充液拉深过程进行仿真,指导该类筒形零件预胀压力的选取。结果表明:初始预胀形能够提高零件的成形质量,有效降低壁厚减薄;预胀压力过大导致零件壁厚分布不均匀,减薄率增加;最小壁厚随着预胀压力的增大,先增大后减小。     

差厚拼焊管胀形减薄率不均匀性分析

结合有限元数值模拟和试验,研究差厚拼焊管胀形减薄率分布规律,并从应变状态和应变历史角度分析减薄率不均匀性产生的原因,进而研究厚度比、长度比及硬化指数n对减薄率分布的影响。结果表明差厚拼焊管胀形时薄、厚管不同部位始终处于不同的轴向应变状态,导致在发生相同的环向应变时,厚向应变分布不均。厚管愈靠近焊缝区域减薄率愈小,薄管愈靠近焊缝减薄率愈大。厚度比和硬化指数n对壁厚分布影响明显,厚度比越大、n值越低,胀形后薄、厚管的壁厚差越大;但厚度比影响主要集中在焊缝附近,n值影响整个胀形区的壁厚分布。     

管件弯曲工艺参数对截面质量影响有限元模拟

大口径船用管件多采用冷弯成形工艺,为掌握管件弯曲工艺参数对截面质量的影响规律,采用ABAQUS对管件弯曲过程进行模拟。模拟结果显示:随着芯棒与管件单侧间隙的增加,壁厚减薄率相应减小,单侧间隙合适范围为0.5mm~1mm;随着芯棒伸出量增加,弯管截面圆度值增大,芯棒伸出量合适范围为25mm~30mm。     

数值模拟的双层金属板拉深成形工艺研究

某轿车排气歧管保护罩采用双层镀铝钢板同步拉深工艺制成,为获得最佳成形工艺参数,避免拉深时产生严重减薄及起皱现象,采用Dynaform软件对双层金属板同步拉深成形过程进行了有限元数值模拟,分析了压边力对拉深成形过程的影响,获得了不同压边力下保护罩内、外层板的壁厚减薄与增厚分布规律。结果表明,与单层板拉深成形相似,对于复杂型面双层金属板拉深件而言,单纯增加压边力并不能完全避免拉深过程中的起皱现象;采用压边力及合理布置拉深筋,可以保证内、外层板材料塑性流动均匀,有效抑制起皱、拉裂等缺陷。根据数值模拟结果进行了产品试制,获得了质量合格的拉深件。     

薄壁管绕弯工艺参数对壁厚影响分析

为探究薄壁管绕弯加工中各工艺参数对管件壁厚的影响。结合正交试验设计,利用有限元软件DYNAFORM进行了管件绕弯过程仿真,对管件弯曲段外侧和内侧壁厚数据进行了极差分析和方差分析。芯棒伸出量和压模摩擦因素对管件弯曲段外侧减薄率有较大影响,其中芯棒伸出量对减薄率的影响具有显著性;防皱模与管件间隙、压模摩擦因素、压模与管件间隙、芯棒与管件间隙对弯曲段内侧增厚率影响较大,但所有工艺参数对内侧增厚率的影响均不具有显著性。优化参数后的试验表明:减小防皱模、压模、芯棒与管件的间隙及芯棒伸出量,适当增大压模及芯棒与管件的摩擦有助于薄壁管获得更高的壁厚质量。     

预成形管坯压制成形汽车桥壳的变形分析

介绍了小型汽车桥壳样件胀压成形的工艺,针对两端经过缩径、中部经过液压胀形得到的轴对称状预成形管坯,其内部充液后用模具压制成形桥壳样件的过程,定性分析了横截面、纵截面的变形,揭示了变形机理以及壁厚的变化规律,探讨了桥包部分横截面大小对其成形性的影响。通过有限元模拟和工艺试验,进一步考察了管坯压制成形工艺的成形性,并定量分析了壁厚的分布情况。研究结果表明：轴对称状的预成形管坯压制成形异型截面的汽车桥壳样件时,样件成形性好,壁厚分布较好,成形过程中所需液体压力低。     

汽车桥壳胀-压成形工艺压制过程的数值模拟

根据汽车桥壳胀-压复合成形工艺压制过程的基本步骤,通过ABAQUS有限元模拟软件对汽车桥壳压制过程进行数值模拟。研究了汽车桥壳压制过程中模具运动方式以及预制坯内部压强大小对桥壳成形件质量的影响,确定了最佳的桥壳压制模具运动方式以及预制坯内部压强的大小,并进一步分析了理想桥壳成形件壁厚分布情况。模拟结果表明:汽车桥壳胀-压复合成形工艺压制过程中,当压制模具同时运动且预制坯内部压强为30 MPa时桥壳成形件的成形质量最佳。在最佳成形条件下,桥壳成形件中间壁厚最薄,最薄壁厚为3.2 mm且大于初始设计最薄厚度,桥壳的轮廓清晰、过渡圆角大小合适且没有破裂或飞边失效,满足汽车桥壳的设计要求与使用要求。     

拉弯辅助渐进成形直壁件试验研究

针对传统直壁件多道次渐进成形工艺存在的路径规划复杂、加工时间长、壁厚过度减薄的现状,提出了一种拉弯辅助渐进成形直壁件的新工艺。该工艺包含三个步骤:预成形、拉弯组合成形直壁和校形。基于此工艺进行了试验研究,结果表明:拉弯组合成形直壁件壁厚减薄程度小,壁厚分布均匀,加工时间明显缩短,更加符合实际生产的需要;预成角直接决定直壁件最终壁厚,预成形角越大,壁厚减薄越大;在周向压应力的作用下,直壁部分出现局部区域增厚现象,且预成角越小,增厚区域越大。     

卡车用铝镁合金油箱盖板拉深成形的有限元模拟

以某卡车用AA5754铝镁合金油箱盖板为研究对象,利用DYNAFORM有限元软件对其拉深成形过程进行有限元模拟,研究了板料厚度、模具间隙及压边力对最大减薄率的影响,并进行了试验验证。结果表明:油箱盖板最大减薄率随着板料厚度及压边力的增大而增加,随着模具间隙的增大而减小;最大减薄率及最大增厚率的模拟值与试验值的相对误差分别为7.85%与9.48%,验证了有限元模拟的准确性;通过有限元模拟,将板料的厚度从3mm降至2.5mm。     

材料成形性能对空心曲轴内高压成形模拟结果的影响

用数值模拟的方法研究材料成形性能对空心曲轴内高压成形结果的影响,分析了管材的厚向异性系数与硬化指数的变化对壁厚分布的影响,结果表明,内高压成形件的壁厚分布与材料的硬化指数n值、厚向异性指数r值密切相关,n值越大,壁厚分布越均匀,r值越大,壁厚减薄率越小,可减小破裂的可能性。     

摩擦保持对充液拉深成形作用的仿真分析

通过非线性有限元软件DYNAFORM对具体不同摩擦系数凸模的充液拉深过程进行数值模拟,结果表明:凸模摩擦系数会影响充液拉深过程中成形件的壁厚均匀性,摩擦系数越大,摩擦保持效果越好,成形件的减薄率越小,壁厚分布越均匀。     

[材料绿色成形技术]异形排气管多向局部加载液力成形工艺

针对某乘用车异形排气管整体制造的难题,开展4系列不锈钢管材包括多向局部加载液力成形新方法的全流程液力成形工艺研究。基于Dynaform有限元模拟软件,建立绕弯成形及液力成形的有限元模型,监测管材壁厚分布的演化规律,进而优化成形工艺参数,开展实验验证。研究结果表明：初始管材直径对液力成形管材壁厚分布影响显著,初始管材直径为54 mm时能很好地满足工艺要求;在纵向加载液力成形阶段,可通过在上模具设计凸筋来实现对管材的局部加载成形,而在横向加载液力成形阶段,内压为48 MPa时可避免管材破裂、折叠等缺陷的产生;此外,局部加载液力成形可导致管材的应力应变状态发生明显改变,变形区管材的壁厚呈现增大趋势,最大减薄率由27.43%降至24.65%,最终零件的最大减薄率为28.05%。实验结果与模拟结果基本吻合,最大偏差值仅为2.89%。