基于弹性介质的铝合金板材小尺寸凸角电磁成形试验研究

针对6014铝合金板材的V形凸角成形,开展了基于弹性介质的带驱动板的电磁成形工艺试验研究,探究磁脉冲放电、弹性介质硬度、凹模空腔真空度以及弹性介质形状尺寸等因素对铝合金薄板小尺寸凸角成形能力的影响。试验结果表明,磁脉冲放电电压越大、弹性介质硬度越小、凹模空腔真空度越高,成形的凸角高度越大。并通过对弹性介质形状、尺寸和模具结构的优化,最终在放电电压为3. 5 kV、聚氨酯硬度为A90、凹模空腔真空度为3. 2 Pa的条件下获得了较为理想的V形凸角成形效果,凸角高度为2. 92 mm,凸角顶端圆角半径为R1 mm,达到了小圆角特征的成形精度要求。     

管件电磁成形研究

管件电磁成形是依靠磁脉冲力来实现的。影响磁脉冲力的因素很多，但是本文主要研究线圈与工件的轴向相对位置对磁脉冲力分布的影响；进而分析管件受到磁脉冲力变形时，其变形模式（方式）与准静态塑性变形不同；磁脉冲力的形式（峰值、脉宽）、分布与端部约束条件决定管件变形后的形状。在实验中，调节管件与线圈之间的轴向位置，可以完成管件的多种变形形状，验证了理论分析的正确性。     

铝合金筒形件磁脉冲辅助冲压成形试验研究

针对铝合金筒形件传统拉深成形中由于成形性差容易出现拉裂问题,采用拉深预成形和磁脉冲辅助成形相结合的方法对5052-O铝合金板材进行筒形件成形性试验研究,探索磁脉冲辅助冲压成形工艺提高材料成形性的可能性。并研究应用磁脉冲成形减小预成形筒形件圆角半径的工艺可行性。结果表明:与普通冲压相比,磁脉冲辅助冲压成形能够提高材料的成形性,且提高放电电压和增加放电次数能增强圆角的再变形能力,圆角变形更加均匀。普通拉深筒形件减薄最严重部位出现在筒壁和圆角相接处,而磁脉冲辅助冲压成形筒形件有两个减薄严重部位:侧壁与圆角相接处和筒底与圆角相接处。     

5A02铝合金磁脉冲胀形试验与模拟研究

磁脉冲板材成形属于高速率变形,应变速率可达到100~1000 s-1,因此导致变形过程的大量参数信息无法准确获取,给磁脉冲变形过程的研究与分析带来了较大的困难。采用数值模拟和工艺试验相结合的方法,对5A02铝合金磁脉冲胀形过程进行了研究,分析了不同放电电压条件下板材的磁场分布以及运动过程。结果表明,胀形首先在电磁力最大区域先发生变形,随后带动其他区域变形,板材的变形速度在0.2 m·s-1时达到最大,其中间区域测得速度最大可达116 m·s-1,胀形在0.6ms达到最大值,而后由于回弹其胀形高度有小幅下降。     

筒形件磁脉冲辅助冲压成形数值模拟

针对磁脉冲辅助冲压成形过程,提出了基于ANSYS平台的有限元分析程式,通过编制用户子程序,采用重启动分析法,建立了冲压预成形过程显式求解和瞬态磁脉冲成形"松散"耦合分析之间的动态连接,并用于5052-O铝合金圆筒形拉深件磁脉冲辅助冲压成形过程的有限元仿真研究。结果表明,所建立的有限元分析方案,能实现圆筒形件磁脉冲辅助冲压成形连续变形过程的模拟,板坯变形信息体现了准静态冲压变形和高速率磁脉冲成形之间的耦合。有限元模拟结果与实验吻合较好。     

高温变形条件下5A02铝合金的塑性成形性能

随着工业技术的发展和能源问题的突出,铝合金以其质量轻、耐腐蚀性能好、成形性能和加工性能良好等优势成为轻型化首选的材料类型之一。以5A02铝合金冷轧板材为研究对象,通过单向拉伸试验和金相试验对不同变形温度、应变速率条件下5A02铝合金的塑性性能进行分析,并且借助试验数据和Zener-Hollomo参数模型,对高温条件下5A02铝合金的本构模型进行研究。研究结果表明：5A02铝合金在高温条件下变形时,应变速率和变形温度对延伸率的影响很大。在应变速率为0.01s-1、0.001 s-1、0.0005 s-1和0.0001 s-1条件下,当变形温度大于250℃时,5A02铝合金的延伸率大于100%。当变形温度为150℃~250℃时,5A02铝合金的真实应力-应变曲线属于动态回复型,而当变形温度大于250℃时,流变应力曲线存在明显的软化现象。     

凸模加载速度对某航空导管双翻边成形不均匀变形的影响

为解决5A02薄壁铝合金导管的不均匀变形影响其成形质量的问题,基于有限元仿真,并结合理论和实验方法,对5A02铝合金管件端头多道次双翻边的不均匀变形进行了深入研究.解决了该成形过程中有限元建模关键技术,建立了导管多道次双翻边成形有限元仿真模型,基于该模型获得了真应力-真应变规律;并提出了不均匀变形度表征方法,研究获得了...     

大口径5A06铝合金带焊缝波纹管电磁成形工艺机理

针对大口径5A06铝合金带焊缝波纹管采用传统工艺成形困难的问题，开展了带焊缝波纹管电磁成形工艺机理的研究。基于有限元软件LS-DYNA R8建立了大口径5A06铝合金带焊缝波纹管电磁成形有限元模型。基于电磁成形过程中管件成形过程、所受电磁力分布和变形历史的分析揭示了带焊缝波纹管电磁成形工艺的成形机理。结果表明，在带焊缝波纹管电磁成形过程中，管件发生多次“碰撞—反弹”的周期性变化，焊缝处材料的变形略微早于母材；管件受到的电磁力沿厚度方向由内到外逐渐降低；碰撞效应引起管件的能量损耗与应力释放，管件反弹量随着碰撞后应力的重新分配逐渐减小，进而实现带焊缝波纹管的高精度成形。     

高温变形条件下5A02铝合金的塑性成形性能（英文）

以5A02铝合金冷轧板材为研究对象,通过单向拉伸试验和金相试验对不同变形温度、应变速率条件下5A02铝合金的塑性性能进行分析,并且借助试验数据和Zener-Hollomon参数模型,对高温条件下5A02铝合金的本构模型进行研究。结果表明:5A02铝合金在高温条件下变形时,应变速率和变形温度对延伸率的影响很大。在应变速率为0.01、0.001、0.0005和0.0001s~(-1)条件下,当变形温度大于250℃时,5A02铝合金的延伸率大于100%。当变形温度为150～250℃时,5A02铝合金的真实应力-应变曲线属于动态回复型,而当变形温度大于250℃时,流变应力曲线存在明显的软化现象。     

基于冲击屈曲能量准则的磁脉冲缩径塑性失稳判据

磁脉冲成形是利用磁压力对金属坯料进行塑性加工的高能、高速率加工方法,与常规成形工艺相比有诸多优点,为高强度、难成形材料开辟了新的成形加工途径。而瞬时近似正弦衰减的脉冲磁压力和不均匀起皱变形,使圆管磁脉冲缩径压缩失稳判据研究非常棘手。文章选择王仁提出的冲击屈曲能量准则进行此塑性屈曲判据研究。首先,应用该能量准则确定冲击载荷作用下圆管产生塑性屈曲的临界冲击能量;然后,通过使临界冲击能量与磁压力脉冲第一波对工件变形和运动做功相等,建立圆管产生径向塑性压缩失稳的临界判据。研究表明,产生径向屈曲塑性变形的临界放电电压随径厚比增加而提高,其试验值与判据确定的理论值吻合较好。应用该判据能够预测使圆管产生失稳屈曲的临界放电电压(能量),使均匀径向塑性变形的定量分析成为可能。     

5052铝合金板材磁脉冲动态拉伸塑性失稳分析

为揭示磁脉冲成形的增塑机制,采用理论分析与微观组织观察相结合的方法对5052铝合金板材磁脉冲动态拉伸过程中动态成形行为和塑性失稳机制进行了系统研究.结果表明,惯性力在动态成形中起主要作用,惯性力对试样的结构失稳具有抑制作用,从而使试样的塑性提高并产生分散失稳;5052铝合金动态成形和准静态成形的成形性质相似,不会产生特殊的组织结构,塑性变形机制均为位错滑移机制;准静态成形过程以均匀单系位错滑移为主,断裂伴随着位错的缠结和攀移;而动态成形过程中,位错滑移趋于多系开动,在大面积区域出现明显的交滑移现象,且滑移带较准静态成形时窄且密,位错组态更均匀;动态成形的多系滑移和位错均化作用可在比准静态成形高的多的塑性应变水平下形成,从而使材料表现出较高的塑性和强度.     

小直径管件电磁成形的响应面优化

管件电磁成形过程中，由于电压过高导致管件破裂，或者电能转换成不必要的光能和热能等形式的能量从而导致变形量或成形不均匀的问题，使得电磁成形的成功率较低。为了提高小直径管件的成形质量与成形效率，通过响应面优化和中心复合实验设计方法对电磁成形工艺进行优化。采用中心复合实验方法，将加载电压、管件长度、管件材料作为因素，分别设置加载电压为5500、6500和7500 V,采用长度为18、45和65 cm,材料为3003铝合金、6063铝合金和2024铝合金的小直径管件，通过拟合回归方程并进行方差分析，最后得出材料为6063铝合金、管件长度为52 cm、加载电压为6000 V为最优解。     

管件电磁成形中温度变化的模拟研究

管件电磁成形中,工件温度的变化会影响材料的电导率和塑性性能,从而影响工件的成形性能.利用有限元软件ANSYS,建立电路-电磁场和电磁场-温度场两种耦合模型,分析成形过程中管件温度变化、分布及其影响因素.模拟结果表明,在放电能量一定的条件下,管件温度变化值随放电电流频率的增加而升高,且在工件轴向和径向均存在温度梯度.     

大型薄壁曲面铝合金零件的电磁渐进-拉形(EMIF-SF)成形技术

将电磁脉冲渐进成形(EMIF)和传统拉形(SF)技术结合在一起,形成一种新颖的板材复合成形方法,实现了大型薄壁曲面铝合金零件的精确制造。建立了适合该成形方法的3D有限元模型,分析了线圈结构、线圈个数、线圈移动轨迹和压板尺寸以及不同尺寸压板组合对零件最终成形质量的影响。根据模拟结果,采用双腰形线圈对称放电解决材料变形不均匀的问题,采用小放电能量(9. 6 kJ)和小型工装(台面尺寸为1. 4 m×1. 4 m)搭建了实验平台,最终线圈经过放电86次,拉形11次,得到直径近Φ700 mm、高度150 mm的铝合金椭球形零件。研究表明:和旋压成形相比,此方法能够明显抑制壁厚减薄;和传统冲压相比,此方法能够明显抑制起皱。     

2A12铝合金大曲率半径钣金件热变形-淬火复合成形回弹规律

航空航天领域存在一批种类多、批量小的大曲率半径铝合金钣金件，其常温成形时回弹大、成形精度差。为此，提出通过热变形-淬火复合成形来实现大曲率半径钣金件的回弹控制。首先，以大曲率半径带状构件为研究对象，揭示热变形-淬火复合成形回弹规律，并结合仿真进行回弹机制分析；然后，采用仿真得到的最佳工艺参数，进行复杂口框件成形。结果表明：较高温度利于抑制回弹，当温度达到490℃时，试件完全贴模；而常温成形时，试件几乎恢复平板形状。高温下切向应力显著降低，弹性变形较小，且模内淬火大幅限制了热畸变，进一步抑制了回弹。抑制2A12铝合金大曲率半径钣金件热变形-淬火复合成形回弹的最优成形温度为490℃,在该温度下成功地成形了高精度口框件，证实了热变形-淬火复合成形可用于大曲率半径铝合金钣金件的精密成形。     

多缝隙集磁器的磁脉冲管件缩径成形及连接

磁脉冲管件缩径是金属管件与金属或者非金属管件、杆件连接时使用的一种高速成形工艺。集磁器能显著提高磁脉冲的焊接效率。传统集磁器中通常存在一个缝隙,用于改变感应电流流向,进而调控磁力分布。缝隙的存在使得电磁力在周向上分布不均,靠近缝隙处的区域难以焊接,这种缺陷降低了磁脉冲管件缩径的周向均匀性。为了提高磁脉冲管件缩径的均匀性,提出了一种多缝隙集磁器结构,并研究了缝隙数目N对磁脉冲管件缩径性能的影响,最终通过电磁力分布与成形结果确定了N=4为较好的工艺参数。结果表明,带有多缝隙集磁器的磁脉冲管件缩径系统能够显著提高管件自由缩径与磁脉冲焊接周向成形的均匀性。     

U形件磁脉冲辅助弯曲回弹控制及变形分析EI北大核心CSCD

为评价磁脉冲辅助冲压(EMAS)成形在回弹控制方面的作用,基于磁脉冲辅助冲压工艺原理,建立U形弯曲过程的磁脉冲辅助弯曲回弹控制工艺模拟试验方案,系统研究该过程中脉冲电磁力对回弹控制的效果和对变形的影响。结果表明:将脉冲电磁力作用于弯曲件角部可有效实现对弯曲回弹的控制,且随着放电能量和放电次数的增加,回弹控制效果增强。磁脉冲辅助冲压成形中,脉冲电磁力对回弹控制的作用主要表现在两个方面:脉冲磁场力控制弯曲角部位的应力应变分布作用和板坯与模具的高速冲击效应,两个过程均能有效减小弯曲回弹。利用脉冲电磁力时,采用小能量多次放电不仅可以控制回弹,而且可以有效地改善弯曲件角部的变形分布,为其工程应用提供借鉴。     

铝合金板材电磁脉冲包边成形工艺的数值模拟

为了探讨基于电磁脉冲成形(EMF)的铝合金包边工艺的可行性,通过数值模拟研究了在不同的翻边长度、磁脉冲放电电压、线圈与板材之间距离的条件下,6014-T4铝合金板材的电磁力分布、磁感应强度以及弯曲变形规律。最后,通过实验对数值模拟结果的准确性进行了验证。实验结果表明:翻边长度越大、磁脉冲放电电压越大、线圈与板材之间的距离越短,铝板获得的磁脉冲驱动力越大,铝板弯曲变形程度越大;当磁脉冲放电电压低于2. 0 k V时,铝板预包边角度不足,而当磁脉冲放电电压过高时,铝板与预包边凸模碰撞而引起回弹,说明电磁脉冲放电能量必须与预包边凸模角度相匹配。     

5083铝合金板在不同温度下的伸长率及拉胀成形极限

通过在不同变形温度和变形速率下进行单向拉伸实验,得到5083铝合金板材的伸长率变化规律,变形速率为1 mm·min~(-1)、变形温度为350℃时,伸长率达到最大值131%。运用Dynaform模拟5083铝合金板材在不同温度下的温成形实验,并利用自行设计的温成形实验装置进行实验验证,得到了不同温度下数值模拟和物理实验的成形极限图,对比发现:随着温度的增加,铝合金板的胀形极限增加,在300℃时材料的成形极限最高。最后,模拟了5083铝合金板材在不同温度下的温拉深破裂实验,并利用铝合金板温成形实验装置进行实验验证,得到了不同温度下的板料拉深极限直径,计算出不同温度下的极限拉深系数。研究表明,极限拉深系数随着温度的增加呈高-低-高的变化规律,5083铝合金板的温成形最佳温度为250℃。     

TA32钛合金板成形性能与电磁辅助弯曲成形实验研究

由于TA32钛合金板室温成形性差、精度难以保证,开展了电磁辅助弯曲成形方法的实验研究,通过拉伸和电磁成形实验探究了TA32钛合金的力学性能和成形性能,获得了TA32钛合金板在准静态和动态拉伸下的应力、应变关系,给出了在电磁成形状态下的成形极限应变,阐明了电磁成形作用下的TA32钛合金的增塑机制。采用匀压式电磁辅助弯曲成形的方法对TA32钛合金板开展实验研究,结果表明:电磁辅助弯曲成形方法能够有效地提高弯曲件的成形精度,并且在一定条件下,放电能量越高,贴模效果越好、成形精度越高。带压紧翼的弯曲件的变形区外层过度伸长而产生减薄并开裂,不带压紧翼的弯曲件通过合理地控制放电电压能够获得较好的成形效果。