飞机复杂曲面蒙皮零件充液拉深技术研究

目的研究充液拉深工艺参数对飞机复杂曲面蒙皮零件成形质量的影响规律。方法以飞机灯罩蒙皮零件为研究对象,结合材料力学特性分析了零件的工艺性。基于破裂和起皱失稳条件理论研究了零件的加载工艺窗口,利用有限元方法分析了零起皱和破裂等缺陷,通过优化工艺参数和拉延筋参数获得了合格的构件。结果基于仿真优化结果,进行了模具设计和工艺验证实验,分析了实际充液拉深过程中缺陷产生的原因,为落差较大蒙皮零件的精密制造提供参考。结论对于具有多特征的复杂零部件,过渡曲面易产生起皱缺陷,仅通过调整液室压力或毛料尺寸的方法无法在保证不发生拉裂和贴模问题的前提下消除起皱缺陷。通过设置拉延筋来增加材料流动阻力、控制材料流动,可以消除过渡区域的起皱缺陷。     

飞机铝合金深锥型面零件多道次充液拉深技术

目的随着新一代飞机在隐身和战斗性能方面的提高,飞机钣金零件的复杂程度和制造精度要求也越来越高。对于深型腔复杂型面零件,充液拉深是一种有效的精密制造方法。方法针对难成形、复杂型面的某型飞机铝合金深锥零件,利用理论分析、有限元模拟和工艺试验相结合的方法,设计了多道次充液拉深技术方案,并建立有限元分析模型。基于等裕量函数法和零件锥面特征,分配并优化了不同道次的材料变形量。结果对多道次充液拉深成形过程中出现的起皱和破裂的失效形式进行了研究,分析了预成形高度,液室压力和压边力等关键工艺参数对零件成形质量的影响,获得了优化的预成形高度和液室压力加载轨迹。结论结果表明,提出的多道次充液成形技术能够实现复杂型面,大拉深比的铝合金零件的整体精确成形,采用优化的工艺参数能够成形出壁厚均匀,表面质量好,锥面精度高的零件。     

5A06 铝合金半球薄壁件充液拉深成形工艺研究

目的优化5A06铝合金半球形薄壁零件充液拉深成形工艺参数。方法首先利用有限元方法对铝合金半球充液拉深成形过程进行有限元仿真。对其中的关键工艺参数压边间隙和液室压力进行详细分析,优化工艺参数,然后进行实验验证。结果当压边间隙较大时法兰起皱,当压边间隙较小时零件破裂。液室压力过大,零件悬空区胀形量过大,壁厚减薄严重,容易破裂。若压力过小,液室压力的摩擦保持作用不明显,也容易使板料过度减薄而破裂。结论压边间隙控制在2.7~2.8 mm之间,液室压力控制在15~25 MPa之间,可以成形出合格零件,实验结果与有限元仿真结果相符。     

薄壁异形方半管零件充液成形工艺研究

目的 为解决薄壁异形方半管零件成形过程中易起皱、破裂、形状冻结性不佳的难题,引入充液成形工艺。为进一步掌握不同工艺参数对零件成形性能的影响,对薄壁异形方半管零件的充液成形过程进行研究。方法 以液室压力、压边力、拉深深度、摩擦因数等工艺参数为影响因子,进行正交试验,通过分析不同工艺参数下零件最大减薄率、贴模度、最大回弹量的变化规律,掌握充液成形工艺中不同工艺参数对零件起皱、破裂、形状冻结性的影响。结果 零件的破裂和起皱现象受液室压力影响显著,而零件的形状冻结性则受压边力影响较大。在数值模拟中,优化后的最优工艺参数如下:液室压力为15 MPa,压边力为120 kN,拉深深度为110 mm,摩擦因数为0.15。经模拟验证,与优化前相比,在该工艺参数下得到的结果更优,零件最大减薄率降低到11.5%、贴模度提高了0.212 mm、最大回弹量降低了1.955 mm。结论 通过模拟分析和现场试验验证可知,采用正交试验得到的最优工艺参数可以完成半管零件的成形,合理的工艺参数能有效抑制零件起皱、破裂、形状冻结性不佳的现象,从而提高半管零件的成形性能。     

12Cr17Ni7不锈钢“鼓形”隔片充液成形工艺研究

目的 研究充液成形工艺参数对直升机旋翼球面径向弹性轴承球面“鼓形”隔片零件成形质量的影响规律。方法 针对“鼓形”隔片零件形状复杂、成形难度大、精度和生产效率要求高等问题,选用充液成形工艺,通过有限元仿真技术,分析初始液室压力、凸模位移、成形压力对零件起皱、破裂、厚度分布、成形精度等的影响规律。结果 数值模拟得到的优化工艺参数为初始液室压力3 MPa、凸模位移3 mm、成形压力30 MPa,验证试验成形出的“鼓形”隔片零件未发生破裂、起皱等缺陷,且零件成形精度良好、厚度分布较为均匀。结论 对于“鼓形”隔片零件充液成形,凸模位移过小易造成流料不充分,导致后续成形过程减薄严重、厚度分布不均匀,凸模位移过大易造成零件起皱。合理的初始液室压力可在一定程度上减少起皱缺陷发生。成形压力过小易造成成形精度差,过大则易导致破裂发生。     

2A12 铝合金平底筒形件充液拉深数值模拟研究

目的研究工艺参数对2A12铝合金平底筒形件充液拉深成形的影响规律。方法采用数值模拟方法,研究了液室压力加载路径、成形液室压力、压边力和压边间隙对板材充液拉深成形效果的影响。结果获得了充液拉深成形的失效形式,以及不同工艺参数下零件壁厚减薄率的变化规律。成形前期,液室压力不宜过大,最大液室压力在10~25 MPa之间,压边间隙在1.05~1.15mm之内,可有效避免零件过度减薄和法兰起皱。结论合理的液室压力加载路径和压边间隙,可以有效地控制零件法兰区起皱,防止凸模圆角处破裂。     

铝合金汽车顶盖充液成形的数值模拟

目的研究铝合金汽车顶盖拉延工序的充液成形工艺。方法基于有限元分析软件Dynaform,利用带局部刚性凹模整形的被动式充液成形工艺,通过建立有限元分析模型,优化成形过程中的关键工艺参数,分析变形规律并进行质量控制。结果成形过程中的液室压力加载路径、压边力、拉延筋,以及坯料形状等工艺参数对成形影响较大。液室压力不宜过早加载。液室压力过大或压边力过小不利于顶部产生充分塑性变形。压边力过大极易造成顶盖圆角处的破裂。结论该成形工艺可行,且数值模拟的准确性及适用性较高,采用该成形工艺可得到表面质量良好,未出现起皱、破裂缺陷的合格零件。     

高强钢复杂曲面件充液拉深工艺模拟研究

对某高强钢复杂曲面件的充液拉深工艺进行有限元数值模拟,分析了液室加载路径以及最高液室压力对成形结果的影响,得到该零件充液拉深成形合理的液室加载路径及最高液室压力。     

钛/铁复合板平底球形薄壁件充液拉深工艺研究

目的 选用充液拉深先进成形技术制备钛/铁复合板平底球形薄壁件,并研究其充液拉深变形行为,以解决传统拉深工艺制备平底球形薄壁件极易产生褶皱的问题。方法 对钛/铁复合板平底球形薄壁件在不同液压力、压边间隙及凸模与板料间摩擦因数等工艺参数下的充液拉深过程进行数值模拟。对数值模拟结果进行分析,讨论工艺参数对零件成形性能的影响以及抑制起皱的机理。最后在不同拉深工艺下进行成形试验,制备钛/铁复合板平底球形薄壁件并与数值模拟结果进行对比。结果 数值模拟和成形试验结果表明,传统拉深工艺制备的钛/铁复合板平底球形薄壁件出现了明显的褶皱,采用充液拉深工艺可以有效解决零件侧壁起皱的问题。增大液压力、减小压边间隙或增大凸模与板料间摩擦因数会导致零件减薄率的提高并降低零件侧壁起皱的风险。在压边间隙1.5 mm、液压力25 MPa的条件下,采用充液拉深工艺可以制备出侧壁无褶皱的平底球形薄壁件。结论 通过充液拉深工艺可以有效解决钛/铁复合板平底球形薄壁件成形过程中起皱的问题。     

异形截面管不均匀膨胀充液成形数值模拟

目的对低碳钢不均匀膨胀率异形截面弯管零件充液成形工艺参数进行研究。方法利用有限元方法对低碳钢异形截面管零件的充液成形过程进行有限元仿真,对影响圆角破裂的关键工艺参数进行分析及优化。结果液室压力过小,弯管圆角内侧不易贴模;压力过大,圆角内侧会因材料过度减薄而发生破裂。推头轴向进给量合适时,可以在圆角处形成"有益皱纹",防止材料不均匀膨胀发生破裂。结论成形压力在300 MPa,推头的轴向进给量为50 mm时,可以成形出合格零件。     

薄壁水槽充液拉深变形规律研究

目的 解决薄壁水槽盒形件刚性拉深一序底部圆角减薄过大、整体厚度减薄严重以致后续拉深二序、三序成形后产品厚度不合格的问题,同时解决工艺路线的退火问题。方法 利用有限元分析软件Dynaform对薄壁水槽充液拉深一序进行数值模拟分析,研究关键工艺参数对成形结果的影响规律,并得出最优的工艺参数,最后与刚性拉深的模拟结果对比分析,提出充液拉深方法的可行性。结果 根据工艺优化方案,得出最优工艺参数：预胀压力2 MPa,最大液室压力20 MPa;液室压力加载路径：从0 s至0.003 s,液室压力从0 MPa线性增大至2 MPa,并保持2 MPa至0.007 s;随后从0.007 s至0.011 s,液室压力从2 MPa线性增大至20 MPa,之后保持20 MPa直至拉深结束;压边间隙为1.05t。结论 通过充液成形方法,可以有效解决薄壁水槽盒形件拉深一序底部圆角减薄严重的问题,还可以提高成形质量及成形极限,省略中间退火工艺,提高经济效益。     

基于响应面法的平底筒形件充液成形工艺参数优化

目的在板材充液成形过程中,压边间隙与最大液室压力的数值选取具有较大的随机性,同时由于材料的不同、坯料形状的差异,需要进行大量的仿真模拟来寻求优化结果。对于尺寸大、形状复杂的零件,模拟时间较长,工作效率较低。基于响应面法,构造压边间隙、最大液室压力与最大减薄率之间的响应面模型。方法以法兰外缘起皱高度为约束条件,通过Design-Expert软件求解最优结果,将最优结果进行了有限元模拟。结果模拟结果、响应值与试验结果相吻合。结论响应面法能够较好地用于预测和优化板材充液成形过程关键工艺参数。     

基于内高压成形方法的航空发动机空心叶片工艺设计

目的成形精度更高、质量更好的航空发动机钣金空心叶片。方法对空心叶片的结构进行分析,设计出了一种带有刚性凸模的内高压成形方法。根据塑性变形理论分析了零件的受力状况,根据所制定的工艺路线建立了有限元模型,对成形过程中的不同的管坯直径、内压大小、刚性凸模尺寸等工艺参数进行了仿真。结果得到了成形空心叶片的最优的工艺路线和工艺参数,有效抑制了零件的过度减薄和回弹等现象。结论通过此带有刚性凸模的内高压成形方法,可以很好地实现该零件的虚拟成形。     

Limit Strains Comparison during Tube and Sheet Hydroforming and Sheet Stamping Processes by Numerical Simulation

Hydroforming is a manufacturing process that uses a fluid medium to form a component by using high internal pressure. Tube and sheet hydroforming has gained increasing interest in the automotive and aerospace industries because of its many advantages such as part consolidation, good quality of the formed parts etc. The main advantage is that the uniform pressure can be transferred to every where at the same time. Forming limit is the limit of the component up to that extent it can be formed safely. While analyzing hydroforming process, it is often assumed that the limit strains are identical as that of stamped sheet metal of equivalent material properties. It is not clear if such an assumption is valid. In this paper the forming limit strains during hydroforming is predicted. A series of tube bulge tests for tube hydroforming and limiting dome height test for sheet hydroforming and sheet stamping processes are simulated by a commercial finite element solver to predict the limit strains. Numerical simulation of forming limit strains in tube hydroforming with different internal pressure and different simulation set up with or without axial feeding, while in sheet hydroforming and sheet stamping, by changing the specimen geometry are considered to develop wide range of strain paths in the present work. The effects of process conditions on the forming limit strains are detailed. The comparison of limits strains during hydroforming and stamping processes is presented. Prediction of limits strains is based on a novel thickness based necking criterion.     

内压对镁合金差温内压成形起皱行为的影响

针对镁合金管材热态内压成形存在的壁厚不均、膨胀率小等问题,本文提出利用温度差控制变形的差温内压成形新方法,沿管材轴向建立了具有不同温度梯度的温度场,开展非均匀温度场作用下的镁合金管材塑性失稳起皱行为研究,研究了内压对镁合金差温内压成形起皱参数的影响规律。当恒定内压8MPa时,成形后形成均匀的三个皱纹;采用线性增加的内压补料,成形后仅形成均匀的两个皱纹。恒定内压下轴向补料有助于形成更均匀的多点起皱,变内压轴向补料会改变起皱临界条件,提高了成形区材料的稳定性,抑制后续皱纹的形成。     

某铝合金异形盒形件充液成形坯料形状优化

首先利用有限元逆向法模拟得到一个毛坯的初始形状,然后对其进行充液成形过程数值模拟,根据成形模拟情况对其尺寸进行优化,并进行了实验验证。 结果表明,该零件合理的毛坯形状为圆形,数值模拟和实验结果符合较好。     

Enhanced finite element formulations on the numerical simulation of tailor-welded hydroformed products

This work aims to assess the influence of different finite element formulations in the performance and quality of solution obtained by numerical simulation in the analysis of tailor-welded hydroformed tubular parts. Tube hydroforming represents a cost effective forming process for high-strength, low weight products on, as an example, automotive and airspace applications. On the other side, the use of tailor-welding in order to obtain custom-made combinations of thicknesses and materials - leading to a wide variety of user-defined products - can be introduced into conventional tubular hydroforming processes in order to further improve the applicability range of the later process. The main goal of the present work is to describe the state-of-the-art in the field, focusing on distinct finite element formulations and providing guidelines for the simulation of tubular hydroforming process combined with tailor-welded joining techniques. Hexahedral solid and solid-shell enhanced assumed strain elements, either with reduced and full numerical integration procedures, are analyzed in order to infer about the potentialities of the combined forming technology. Material characterization of the heat affected zone is included and the influence of finite element modeling on defects onset and prediction during forming is considered.     

铝合金船形深腔薄壁构件充液成形变形规律研究

目的 解决一种铝合金船形深腔薄壁构件成形时尖端过渡部位容易起皱和入口圆角处容易破裂的问题.方法 应用有限元软件DYNAFORM建立充液成形的有限元模型,研究关键工艺参数对成形结果的影响规律并进行理论分析,最后通过充液成形实验对该工艺方案进行验证.结果 根据工艺优化方案,得出在最大液室压力为4 MPa,初始反胀压力为0,...