AZ31 镁合金板材气体胀形的模拟及成形极限的预测

建立了300℃下AZ31镁合金板材气体胀形实验方法的有限元模型,并对板材胀形过程进行了仿真分析。基于板材应变历史分析,以二阶主应变转折点作为判别准则,预测了板材成形极限应变。通过模拟结果与实验结果的对比,分析解释了不同尺寸试样的变形情况。     

预胀对筒形件充液拉深变形和硬化的影响

为定量分析预胀对塑性成形的影响,以变形量差异较大的平底筒形件为研究对象,采用实验和数值模拟方法研究了预胀高度对双相钢DP340/590板材充液拉深的影响,分析了预胀对试件等效应变、壁厚减薄率和硬度分布的影响.研究表明,预胀显著增加平底筒形件底部的变形,即试件底部壁厚减薄率增加、硬度升高、等效应变增大.与普通充液拉深相比,相对预胀高度为20%时,试件等效应变差减小16.7%,底部维氏硬度值提高23.8%.     

低碳钢薄壁焊管液压胀形行为

为了研究焊管液压胀形过程的变形行为,在管材胀形性能测试系统上进行了不同长径比条件下低碳钢(STKM11A)薄壁焊管的胀形实验,获得了焊管的壁厚分布规律、胀形区轮廓形状、极限膨胀率和应变分布规律。结果表明:管材焊缝区的减薄率仅为2.4%~5.5%,等效应变仅为0.05~0.10,变形程度相对母材区较小,主要发生几何位置移动。环向壁厚的最薄点位于以焊缝为中心的对称两侧士30°位置处。随着胀形区长度增大,管材破裂压力、减薄量、极限膨胀率均发生减小,胀形区轮廓逐渐偏离椭圆形,当长径比达到2.0时,已不再适合用椭圆函数描述。此外,胀形区长度增大过程中,管材从双拉向平面应变状态发生转变,在此基础上建立了焊管的成形极限图。     

AZ31B镁合金管材热态内压成形性能的研究

为了研究变形镁合金AZ31B管材的热态内压成形性能,通过单向拉伸测试了不同温度和应变速率下其力学性能的变化,通过胀形实验研究了温度对内高压成形性能的影响,以及相应变形条件下微观组织的变化.实验结果表明:在20～300℃时,AZ31B的屈服强度和抗拉强度随着温度的升高而降低,总伸长率随着温度的升高而提高,均匀伸长率随着温度的升高先增大后减小;当应变速率在0.001～0.1s-1时,屈服强度和抗拉强度随应变速率的增大而升高,总伸长率随着应变速率的增大而减小,均匀伸长率随着应变速率的增大先增加后减小;当温度在20～250℃时,镁合金管材的极限胀形率随温度的升高先增大后减小,在175℃时达到最大值.微观组织观察表明,175℃下不完全动态再结晶和孪晶两种微观组织的出现是使镁合金管材极限胀形率提高的主要原因.     

AZ80镁合金板材快速气压胀形工艺研究

快速气压胀形是一种源自超塑性气压胀形的新成形技术,为获得AZ80镁合金板材的快速气压胀形成形性能,以挤压-冷轧加工的AZ80镁合金板材为研究对象,采用半球件自由胀形实验研究了1.0 mm厚板材在250~400℃和0.4~1.6 MPa下的快速气压胀形能力,分析了半球件和盒形件的壁厚分布规律,并对快速气压胀形过程的断裂模式进行了研究.研究结果表明,AZ80镁合金板材在350℃下具有良好的快速气压胀形能力,在350℃、0.8 MPa下的胀形高度可达38 mm,高径比达到0.95,并得到胀破高度、胀形高度与胀形时间之间的关系.在此基础上,进行了1.2 mm厚板材的盒形件快速气压胀形实验,得到高20 mm的轮廓清晰、表面质量良好的胀形件.     

反向压力对板材粘性介质压力胀形的影响研究

为研究带有反向压力粘性介质压力胀形过程中接触条件对板材成形性的影响规律,利用DEFORMTM-2D结合韧性断裂准则对覆层板粘性介质压力胀形过程进行有限元分析.结果表明:接触表面无摩擦单纯依靠反向压力能够提高板材成形极限,随着接触表面摩擦系数增大,板材壁厚分布愈均匀,板材的破裂位置由试件顶端转移到凹模圆角处,板材成形极限显著提高.因此,在三维应力状态下有效控制板材所受法向压力和界面摩擦力可以提高板材成形性.     

控制厚度分布的正反向超塑胀形的有限元分析

为研究正反向超塑胀形工艺对厚度分布的影响,应用商业有限元软件MARC对带有凹槽的深盒形7475合金零件正反向超塑胀形过程进行了有限元模拟,并对不同工艺条件下成形后零件的壁厚分布结果进行了分析.研究表明:正反向超塑胀形工艺是控制成形零件壁厚的有效途径,通过优化压力-时间曲线和反向胀形模具形状,明显改善了零件的厚度分布,达到了零件的设计要求;后处理直观地显示了该零件正反向超塑胀形的全过程,为成形提供了合理的方案;零件变形各阶段的应变速率控制在7475合金的应变速率范围内,证明压力-时间曲线设计合理.     

半球形件粘性介质压力成形的数值模拟研究

粘性压力成形技术是金属板材成形领域里新近出现的一种先进的加工工艺.对双面施放粘性介质的板材胀形进行了模拟研究,在双面施放介质的板材粘性介质胀形时,排放孔位置分布对毛坯成形过程有明显的影响.排放孔位置分布的不同造成模腔内介质的速度场不同,进而导致板材不同部位的流动速度的方向大小发生变化,最终使成形件的厚度分布不同.     

镁合金板材磁脉冲成形研究进展

轻量化是汽车、航空航天、电子电器等工业领域发展的重要目标之一.镁合金作为重要的轻合金材料,在比强度、减振能力、可回收性等方面都有明显优势.磁脉冲成形技术是一种利用磁场力使金属坯料变形的高速率成形技术,可显著提高材料的成形性能.针对AZ31镁合金板材高速率本构关系建立、室温/温热磁脉冲成形、温热与驱动耦合磁脉冲成形和磁脉冲冲击介质温热复合成形进行了阐述.利用分离式霍普金森拉杆获得不同温度与高速率下的应力-应变曲线;通过试验与数值仿真数据,分析室温磁脉冲成形高度与应变分布变化规律,阐述温度与驱动耦合对成形性能的影响,剖析磁脉冲冲击介质温热复合塑性变形特性.结果表明,基于霍普金森拉杆试验可成功建立镁合金板材高速率下的本构关系;在磁脉冲冲击介质温热复合成形中,放电能量增加,成形高度增加,温度为200℃时,成形高度明显高于室温,且二次冲击下高度实现进一步提升.室温磁脉冲成形性能较准静态显著提高,在温度和驱动影响下,成形能力得到提升;采用磁脉冲冲击介质温热复合成形工艺可实现和提高镁合金板材多次冲击塑性变形能力.     

高强钢TRB高温下热流变特性

为了准确仿真高强钢板热冲压成形过程,获得高强钢高温下的材料本构关系模型,利用Gleeble3500热模拟试验机在不同温度和应变速率下对不同厚度的高强钢B1500HS钢板进行了单向拉伸试验,获得各种工艺条件下的应力-应变曲线,并基于变形抗力数学模型,引入板材厚度参数,通过最小二乘法进行数据拟合获得高强钢TRB高温下的材料本构关系.利用试验结果对本构关系模型进行的拟合验证表明,拟合程度较好,说明建立的材料本构关系能很好地描述高强钢TRB在高温下的应力-应变关系.     

一种韧性断裂损伤力学建模方法及其应用

基于连续损伤力学理论,综合考虑变形历史（温度、应变速率）对损伤的累积演化和临界损伤值的影响,提出了一种新的韧性断裂预测方法。建立了相应的韧性断裂准则,准确地预测了钛合金的热锻成形、镁合金的温热冲压成形和不锈钢板的液压成形过程中的破裂行为,表明该方法可以很好地用于存在变形历史的体积成形和板成形的成形极限预测。     

Numerical study of superplastic deformation with superimposed pressure for cavity sensitive materials

Abstract

The non-uniform deformation (necking and thinning) development and fracture of superplastic materials under both uniaxial tension and circular sheet bulging are numerically analysed by considering the effects of strain rate sensitivity and cavity growth with superimposed pressure. It is found that the fracture mode, which is controlled by both strain rate sensitivity and cavity growth rate, can be changed by superimposed pressure from fracture without external necking for cavity sensitive alloys at zero pressure to fracture with necking development or extensive thinning at pressure large enough to completely suppress cavity growth. Fracture mechanism diagrams are presented which enable prediction of the fracture mode to be made as a function of material parameters and pressure conditions for uniaxial tension and bulging.

MST/724     

材料参数及静水压力对超塑性胀形影响的数值模拟

本文将含有变形损伤的本构关系引入刚粘塑性有限元程序,用于超塑性胀形的数值分析,讨论了应变速率敏感性,孔洞长大及静水压对极限成形应变的影响,并与文献发表的实验结果进行了比较。     

A Methodology for the Design of Effective Cooling System in Injection Moulding

In this work, the forming behaviour of a commercial sheet of AZ31B magnesium alloy at elevated temperatures is investigated and reported. The experimental activity is performed in two phases. The first phase consists in free bulging test and the second one in analysing the ability of the sheet in filling a closed die. Different pressure and temperature levels are applied. In free bulging tests, the specimen dome height is used as characterizing parameter; in the same test, the strain rate sensitivity index is calculated using an analytical approach. Thus, appropriate forming parameters, such as temperature and pressure, are individuated and used for subsequent forming tests. In the second phase, forming tests in closed die with a prismatic shape cavity are performed. The influence of relevant process parameters concerning forming results in terms of cavity filling, fillet radii on the final specimen profile are analysed. Closed die forming tests put in evidence how the examined commercial magnesium sheet can successfully be formed in complicated geometries if process parameters are adequately chosen.     

GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为与本构方程研究

目的 研究GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为,为高温合金板材高温成形工艺的制定和优化提供指导。方法 基于GH5188合金板材高温拉伸试验,分析了变形工艺参数对GH5188合金板材高温拉伸变形时真应力、应变速率敏感性指数和应变硬化指数的影响规律,建立了本构模型对其流动行为进行描述和预测。结果 GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为受应变硬化、流动软化和应变速率硬化的共同影响,其变形过程分为弹性变形、加工硬化、稳态流动和断裂4个阶段。随变形温度的升高和应变速率的降低,真应力减小。变形温度、应变速率和真应变对GH5188合金板材的应变速率敏感性指数和应变硬化指数具有显著影响。基于Johnson-Cook和Hensel-Spittel模型,建立了考虑应变硬化效应、流动软化效应和应变速率硬化效应耦合影响的GH5188合金板材高温拉伸变形本构模型(JC-HS模型),采用该模型预测的真应力与试验值的平均相对误差为6.02%。结论 建立的JC-HS模型能够较好地描述和预测GH5188合金板材的高温拉伸流动行为。     

孔洞敏感超塑性材料变形的数值分析

本文用两种数值方法,非线性长波分析和刚粘塑性有限元方法研究了孔洞敏感的超塑性材料在单向拉伸和园板涨形中的不均匀变形和断裂过程。分析表明,这种过程是不均匀几何失稳与内部孔洞长大的结合与相互作用的结果。材料的应变速率敏感性指数与孔洞长大速率通过不同的变形机理图控制着这种过程。叠加的静水压力能够改变孔洞敏感材料的断裂模式,从常压下没有宏观颈缩的孔洞断裂到无内部孔洞的外部颈缩断裂。     

5050铝合金板材高温流变行为研究

在303～673K的温度范围内和应变速率为0.001～0.1s-1下对5050铝合金薄板进行高温拉伸试验,研究了5050铝合金高温拉伸性能,以及该合金在升温条件下流变应力与变形温度、应变速率之间的关系.结果表明:5050铝合金的流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的升高而升高;高温拉伸试样的伸长率随变形温度的升高而升...     

A finite element analysis of general deformation of sheet metals

A polynomial shape function of triangular elements for finite element analysis of general deformation of sheet metals with or without orthotropic anisotropy is proposed. And general formulation for large deformation and large strain analysis with non-linearity of material property, say plasticity, is given. Some numerical examples are examined with respect to hydraulic bulging.