AA5083管件颗粒介质非均匀内压温热胀形工艺性能解析

基于管件热单向拉伸试验、颗粒介质传压性能试验和外摩擦因数试验,分析了采用温热颗粒介质压力成形工艺时,在非均匀内压下AA5083管材自由胀形区的受力情况,探讨了颗粒介质与管件内壁摩擦作用对管件胀形区壁厚分布和胀形极限的影响。理论分析和工艺试验表明,温热颗粒介质压力成形工艺中颗粒介质与管坯之间存在的有益摩擦有效抑制了管件减薄,提高了管件胀形极限。     

基于三维成形极限应力图的AA6061挤压管材成形性能分析

为解决AA6061挤压管材成形性能极差的问题,建立了“固溶水淬+颗粒介质胀形+人工时效”的铝合金管件成形工艺流程。研究了固溶水淬和人工时效工艺参数对材料性能影响规律,并建立了考虑厚向应力的三维成形极限应力图;建立了管件颗粒介质胀形有限元仿真模型,分析管件变形特征质点的运动轨迹和应力应变状态,并应用理论成形极限图对管件破裂失稳点和胀形极限进行分析和预判。四方截面管件胀形工艺试验结果表明,颗粒介质胀形工艺与合适的热处理工艺相结合能够有效地解决AA6061挤压管材的成形问题;考虑厚向应力的三维成形极限应力图可作为铝合金管件胀形工艺方案制定的破裂失稳判据。     

Q235/AA5052复合凸环管颗粒介质胀形工艺研究

钢/铝复合管内衬的AA5052挤压铝管成形性能极差,室温下难以与外覆钢管协调变形至目标管件的形状要求。基于此,提出了挤压铝管退火处理、复合装配、颗粒介质胀形的工艺流程,使复合管胀形比达到1.40,成功制备了厚径比为3/102的复合凸环管件,最大减薄率不超过20%,满足产品技术要求。试验研究表明,AA5052挤压管材采取加热440℃保温60min的退火处理后成形性能最优,延伸率提高了3倍以上;复合管胀形过程中的壁厚分布规律与管层间摩擦因数相关,降低管层间摩擦作用能够抑制内衬铝管减薄,有利于复合管胀形极限的提高。颗粒介质胀形工艺对胀形管坯的尺寸精度要求较低,可采用通用设备和简便的模具装置实现成形工艺。     

凸环管件颗粒介质内高压成形工艺理论解析

离散体颗粒介质使颗粒介质内高压成形工艺中的传压具有非均匀性、颗粒介质与管件之间摩擦作用显著等特征,基于此,建立了颗粒介质非均匀载荷传压模型,对凸环管件胀形工艺过程进行了理论推导和数值解析,探讨了内压状况和摩擦条件对管件成形性能的影响,并通过工艺试验对理论分析结果进行了验证。分析结果表明,颗粒介质内高压成形工艺所具有的内压非均匀性、介质与管坯摩擦作用显著两大特征可有效减小胀形过程中的壁厚减薄和成形压力。对比试验与理论分析结果表明,壁厚分布和成形压力的理论计算结果与试验结果一致,颗粒介质非均匀载荷传压模型的构建策略可用于管件成形的预测和分析。     

AA6061铝合金正方形截面管胀形工艺研究

AA6061铝合金挤压管材在常温下强度高但塑性差,难以成形复杂形状零件。基于此,提出了固溶处理+固体颗粒介质胀形+人工时效的工艺流程,通过固溶、淬火和时效等热处理工艺调整铝合金变形前后的力学性能,应用固体颗粒介质胀形技术实现管件塑性成形。以AA6061挤压铝合金管为研究对象,分析了固溶处理工艺参数对合金力学性能的影响,发现管材经固溶温度560℃且保温120min处理后,其延伸率提高3倍以上,强度和硬度也大幅降低,使合金管材的成形性能指标显著提高,具备了固体颗粒介质胀形管件的条件;对合金固溶处理后再人工时效处理的试验研究表明,人工时效温度180℃且保温360min时合金塑性下降,强度和硬度等性能指标均可恢复至初始状态。基于铝合金热处理工艺特征的研究,采用固溶处理+固体颗粒介质胀形+时效处理的工艺流程,成功试制了AA6061铝合金典型的正方形截面管件,其环向最大展长率可达34%。     

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。     

AA7075-T6圆筒形零件热态颗粒介质压力成形过程的力学分析

基于颗粒介质传压性能试验和AA7075-T6板材材料性能试验,对采用热态颗粒介质压力成形(HGMF)工艺拉深成形圆筒形件的法兰区、传力区和自由变形区进行了塑性力学分析,求解得到内压非均匀分布条件下成形压力的函数关系式,并与实测数据进行比对。分析结果表明,在成形中后期产生较大的偏差,理论求解最大成形力低于实测值24.6%。工艺试验研究表明,在成形温度为250℃条件下,采用HGMF工艺可一道次成形AA7075-T6圆筒形零件(底部为自由变形区)的极限拉伸比(LDR)为1.71。HGMF工艺操作便捷,装置简单,可在通用压力设备上实现轻合金板材件热成形,适用于航空、航天和军工等领域中小批量产品。     

基于有限元模拟的铝合金管液压胀形的工艺研究

在研究管材液压胀形工艺的基础上,采用理论分析和计算机数值模拟相结合的方法对铝合金管液压胀形过程进行研究。通过理论分析计算出胀形力的大小,利用有限元软件,分析比较了胀形压力、胀形速度和摩擦因数对管件胀形成形质量的影响。模拟结果表明:胀形压力与胀形速度必须相匹配;管坯与模具之间的摩擦因数在成形力允许的情况下,尽可能的大一些。     

汽车驱动桥壳液压胀形试验的失效研究

对0.75t汽车桥壳进行了液压胀形试验,分析了管件胀形的两种失效形式:胀裂和起皱。通过管件胀裂实验数据绘制出胀形极限图,并得到胀形系数和轴向应变之间存在线性比例关系Kr=l+δ-1.72ε2,揭示了管件材料的固有属性与外界加载条件对成形共同起着决定性作用。管件胀形中的起皱行为分为有益皱纹和有害皱纹。前者作为一种预成形方法能够为进一步成形聚集材料,管件成形的界限可得到扩大。     

薄壁深抛物线形零件固体颗粒介质成形工艺

薄壁抛物线形壳体成形过程为拉深和胀形两种变形模式的复合,极易发生起皱和破裂。固体颗粒介质成形是采用固体颗粒代替刚性凸模或凹模(或弹性体、液体)对板料进行成形的工艺。板材在颗粒介质内压的作用下成形,可以有效防止抛物线形件拉深成形过程中侧壁的起皱;由于颗粒内压是非均匀分布的,故可以有效控制抛物线形件成形过程中的破裂,提高板材的成形极限。根据固体颗粒介质成形工艺的特点,提出了两次成形薄壁深壳体零件的工艺,建立了数值分析模型,通过数值模拟和试验对该成形过程和工艺参数进行了分析。结果表明,采用固体颗粒介质成形工艺过程简单、成形工件壁厚分布均匀、表面质量好、回弹小。     

卡车驱动桥壳体机械扩胀成形工艺分析及实验研究

提出一种适用于中型卡车驱动桥壳体制造的施加轴向辅助推力的机械扩胀成形工艺。推导了低于金属再结晶温度条件下方管坯极限扩胀成形系数的解析式,并对成形过程中各力参量的匹配对极限扩胀成形系数的影响规律进行了分析,给出了径向胀形时轴向辅助载荷的取值范围。根据所得出的理论,以某5t卡车驱动桥壳为研究对象,基于有限元软件DEFORM-3D对成形过程的关键工序进行了数值模拟,获得了金属流动状态、应力应变分布及壁厚的变化规律,并对桥壳在扩胀过程中出现缺陷的形式和部位进行了预测。在挤压设备上进行了相关的物理试验,结果表明轴向辅助载荷对于防止胀形过程中发生拉裂的必要性。实测了试验中合格样件的外形和壁厚分布,试验结果与有限元模拟结果吻合,从理论和实践上验证了机械扩胀成形工艺应用于制造中型卡车驱动桥壳的可行性。     

A prediction of bursting failure in tube hydroforming processes based on ductile fracture criterion

Bursting is an irrecoverable failure mode in tube hydroforming, in contrast with buckling and wrinkling. To predict bursting failure in the hydroforming processes, Oyane's ductile fracture criterion is introduced and evaluated from the results of stress and strain productions obtained from finite element analysis. The region of fracture initiation and the bursting pressures are predicted and compared with a series of experimental results. It is shown that the material parameters used in the criterion can be obtained from the forming limit diagram. From the simulation results of tube bulging, the prediction of the bursting failure based on the ductile fracture criterion was demonstrated to be reasonable. This approach can be extended to a wide range of practical tube hydroforming processes.     

Numerical simulation of rotational symmetric tube bulging with inside pressure and axial compression

The process of rotational symmetric tube bulging with inside pressure and axial compression enables the standard tubes to be formed into different rotational symmetric hollow parts in such a way that their central part is expanded into a desired shape while the ends remain unchanged. The superposition of axial compression contributes to a more favorable forming stress state, which is reflected in larger forming limits and smaller wall thinning in the widened area. The problems characterizing the process are a limited range of compression stability and difficulties met when establishing and optimizing the technological parameters of the process whose course cannot be defined in an analytical way. Based on a physical model of the forming process a numerical model was built. Using ABAQUS code the model was simulated over the entire stress/forming region. The comparison of the computer simulated forming process with the experimentally obtained results showed that the model was highly accurate. Finally, the paper studies the influences of particular parameters on the stability of the process, showing on a practical example how it is possible to achieve tube bulging without wall thinning.