空洞第三材料超塑性胀形过程的有限元模拟

基于刚粘塑性有限元技术采用最大应变速率恒定的压力控制策略和超塑性成形空洞损伤演变模型对空洞敏感材料的超塑性胀形过程进行了数值模拟。分别以半球壳和圆筒形零件为例,给出了优化后自由胀形和充模胀形的加压曲线,预测了成形零件的壁厚分布及空洞体积损伤情况。本文分析结果对指导超塑性胀形工艺设计具有实际意义。     

空洞敏感材料超塑性胀形过程的有限元模拟

基于刚粘塑性有限元技术采用最大应变速率恒定的压力控制策略和超塑性成形空洞损伤演变模型对空洞敏感材料的超塑性胀形过程进行了数值模拟。分别以半球壳和圆筒形零件为例 ,给出了优化后自由胀形和充模胀形的加压曲线 ,预测了成形零件的壁厚分布及空洞体积损伤情况。本文分析结果对指导超塑性胀形工艺设计具有实际意义。     

按气压与高度曲线控制超塑性胀形的方法

超塑性胀形控制有各种方法，本文介绍了一种按气压与高度曲线控制的方法，使成形过程更接近于等应变速率胀形，能进一步改善零件厚度的不均匀性。     

轴对称件超塑性气压胀形过程的等势场模拟

利用塑性变形过程中坯料的流动规律类似于静电场等势线分布这一特性,来反推胀形工艺的初始坯料,并将该方法应用于LY12铝合金板料的超塑性约束胀形工艺,进行了相关场变量及参数的分析计算,最后将计算结果与有限元法所得结果进行比较,分析表明,该方法可行、计算结果可靠、计算过程快捷。     

多曲率截面TC4钛合金超塑性胀形工艺

为研究多曲率截面TC4钛合金超塑性胀形过程中成形气压加载速度对零件成形效果的影响,利用MARC有限元软件对TC4钛合金板材在应变速率为2×10^-3 s^-1条件下进行了超塑性胀形模拟,获得了气压-时间加载曲线。基于该曲线设计了3种不同成形气压加载速度曲线,并分别进行了超塑性胀形试验。试验结果表明,在3种不同成形气压加载速度条件下,气压加载速度越慢,零件成形效果越好。零件各个位置壁厚变化均匀且实际壁厚减薄趋势与模拟得到的壁厚减薄趋势大致相符,零件实际最大壁厚减薄率约为25%,满足零件使用要求。成形后的零件各变形区域的晶粒形状变化不大且均为等轴晶粒,晶粒尺寸随着板材形变量的增大而减小。     

ZnA122合金超塑性气压胀形加压规律的研究

在Ｂａｃｋｏｆｅｎ流体方程σ＝Ｋε＾ｍ的基础上，利用变形能等效的思想建立了一种超塑性气压胀形加压方法，试验结果证明，该方法合理可行。     

按气压与调度曲线控制超塑性胀形的方法

超塑性胀形控制有种种方法，本文介绍了一种按气压与高度曲线控制的方法，使成形过程更接近于等应变速率胀形，能进一步改善零件厚度朱均匀性。     

半球形胀形过程的刚塑性有限元分析

以刚塑性材料模型和三维薄膜单元为基础，分析了半球形冲头的胀形过程，对变形区的变形流动特点及材料参数等因素对变形的影响进行了研究。用网格法测量了半球形冲头胀形时的应力分布，并将有限元计算结果与实验结果进行了对比，验证了有限元分析结果的可靠性。     

板材超塑性胀形过程的数值仿真

板料超塑性胀形成形是一种全新的金属成形工艺.用Pare-Stamp2G板料成形数值模拟软件对一个实际成形件的超塑性胀形过程进行了数值仿真,分析了超塑性胀形成形变形过程中成形件的应力、应变、摩擦和厚度分布,研究了超塑性胀形过程中金属变形规律和工艺参数对成形过程的影响.结果表明,Pam-Stamp 2G板料成形数值模拟软件是超塑性胀形成形工艺应用到实践中的有效分析工具.     

半球形Al-Mg-Sc合金超塑胀形壁厚分布的有限元分析

应用MARC软件对半球形Al-Mg-Sc合金的超塑胀形进行仿真,分析了正反向超塑胀形对于半球形件壁厚分布的影响,以及不同深度的凹模对胀形结果的影响。结果表明,采用合理的正反胀形可以很好地改善成形件的厚度不均匀性,试验验证了仿真和试验结果比较吻合。     

TC4叶片超塑成形有限元模拟及其变形分析

采用二维刚粘塑性有限元模型对某钛合金叶片典型部位的变形过程进行了数值模拟,通过流线分析揭示了叶片典型部位的变形模式,通过应变和应变速率分析揭示了其变形的不均匀性。通过对比分析,指出该叶片成形过程不同部位等效应变相对差别达50％以上,应变速率的波动范围从10^-3s^-1到10^-2^s-1,提出应变差别和应变速率的差别可能对成形叶片的显微组织和力学性能存在一定的影响,并经试验进行了验证。     

Finite element modeling and optimization of superplastic forming using variable strain rate approach

Detailed finite element simulations were carried out to model and optimize the superplastic blow forming process using a microstructure-based constitutive model and a multiscale deformation stability criterion that accounts for both geometrical instabilities and microstructural features. Optimum strain rate forming paths were derived from the multiscale stability analysis and used to develop a variable strain rate forming control scheme. It is shown that the proposed optimization approach captures the characteristics of deformation and failure during superplastic forming and is capable of significantly reducing the forming time without compromising the uniformity of deformation. In addition, the effects of grain evolution and cavitation on the superplastic forming process were investigated, and the results clearly highlight the importance of accounting for these features to prevent premature failure. This paper was presented at the International Symposium on Superplasticity and Superplastic Forming sponsored by the Manufacturing Critical Sector at the ASM International AeroMat 2004 Conference and Exposition, June 8–9, 2004, in Seattle, WA. The symposium was organized by Daniel G. Sanders, The Boeing Company.     

激光焊接头超塑变形组织表征

采用高温拉伸研究激光焊接头超塑性变形行为,分析了焊缝及热影响区在超塑性变形过程中的显微组织演变规律,并提出采用等轴化系数来表征焊缝组织的等轴化进程,采用平均晶粒尺寸来表征热影响区组织的转变程度.结果表明,随着变形的进行,等轴化系数逐渐升高;在相同变形量时,变形温度升高或初始应变速率降低均有利于等轴化系数上升,促进焊缝超塑性变形的进行.随着变形的进行,热影响区平均晶粒尺寸逐渐升高;在相同变形量时,变形温度升高或初始应变速率降低均有利于平均晶粒尺寸上升,促进焊缝超塑性变形的进行.     

TC4钛合金激光焊对接接头超塑变形显微组织

采用金相显微镜观察了钛合金激光对接接头超塑性变形前后各区域显微组织,并分析其形成机理.结果表明,变形温度的增加或应变速率的降低有利于TC4合金接头超塑变形,母材晶粒发生一定程度的长大,且α相的数量相对减小,而晶间β相数量逐渐增加,两相都有等轴化趋势;焊缝超塑性变形时,针状组织增厚成为片层状.变形过程中片层组织被打断,片层长度变短,具有球化的趋势;超塑性变形后焊缝截面显微硬度最大为380 HV,与变形前焊缝相比降低约50 HV,满足实际承载需求.     

圆管扩径过程的变形分析

根据塑性流动理论,推导了圆管扩径过程厚向压变形与环向拉变形之比η的计算方法。进行了圆管扩径试验,按实测的扩径力反算了接触面的摩擦系数。提出了一种采用平均扩径系数,避免数值积分方法的η值工程算法。试验和计算结果表明,η值随扩径系数增大而减小;随顶锥锥角增大而增大。厚环向变形比的计算值和测量值符合较好。两种计算方法的结果相当一致。     

超塑性材料的镦粗变形力的研究

通过采用主应力法导出考虑纵向变形速度和横向加速度的镦粗变形力的计算公式,并用算例讨论了超塑性材料变形力的计算方法、变形力随时间的变化规律,以及纵向变形速度和横向加速度对变形力的影响大小。由于主应力方法适合于a/h不太小的情况,因此导出的公式也应该满足这一条件。变形力可以分成qj,qy,qd3项,其中qd在ρV2/k极小于1时,可以忽略不计;但是当ρV2/k接近于1时就不可忽略。接触面的分布压力的最大和最小值的位置和一般率无关的塑性材料镦粗时的位置一样,分别在x=0和x=±a/2处。     

管材弯曲有限元仿真分析及试验研究

利用有限元仿真分析方法对管材弯曲成形过程进行数值模拟,指出了弯曲过程中开裂、起皱、截面畸变等缺陷,分析了弯曲区域内管材壁厚变化规律.在此基础上进行工艺试验,并对试验后管材壁厚进行分析.试验结果与仿真分析结果吻合良好,两者均表明,弯曲过程中,弯角外侧管壁肇厚减薄,弯角内侧管壁壁厚增加,最大减薄和最大增厚均处于弯角中间部位.管材弯曲过程中,弯角外侧平均壁厚应变ε_t随着相对弯曲半径R/to的增大而减小;当R/to过小时,管壁外侧会过渡减薄,甚至破裂.     

LY12铝合金在超塑性变形中的空洞行为

通过单向超塑性拉伸试验,研究了供应态LY12铝合金棒材超塑性变形中空洞的形成和发展过程及其应变速率对空洞演变的影响、空洞对超塑性变形能力的影响等。研究结果表明,供应态LY12铝合金在超塑性变形过程中产生的空洞主要是O型和V型空洞,分别产生于三叉晶界处、第二相粒子附近和晶界内,这些空洞可能导致晶界的不协调滑动;在低应变速率条件下,由于粘性层较厚,使晶界滑移很容易进行,LY12铝合金的超塑性变形能力较高,但试样断面上产生较多的空洞,使试样室温性能恶化;在高应变速率条件下,LY12铝合金具有较好的超塑性和室温性能。分析认为,在高应变速率条件下,晶界上的粘性层很薄,在晶粒的相互挤压和转动中很容易细化,使材料的超塑性变形能力增强;在超塑性变形中的空洞,可以看成是保证得到高塑性所必需的组织成分。一定程度的空洞并呈细小而分散状独立存在时,对晶界滑动是非常有利的。