双辊夹持板料旋压成形过程塑性变形行为的研究

双辊夹持式板料旋压成形是用来加工薄壁回转体法兰零件的新工艺。为了研究其旋压成形过程中的塑性变形行为,利用ABAQUS软件建立了双辊夹持旋压成形过程的三维有限元模型,并进行了薄壁回转体法兰零件的旋压成形过程的数值模拟,获得了成形过程中等效应力、应变及壁厚的分布。研究了翻边长度对成形件应力应变及壁厚减薄率的影响规律。结果表明等效应力、应变及最大壁厚减薄率均随着翻边长度的增大而增大,由此根据不同的毛坯材料可以确定相应的最大翻边长度。     

风机机壳扩径旋压过程的数值模拟

采用双辊夹持扩旋成形新工艺来加工风机机壳零件,利用ABAQUS软件建立了风机机壳双辊夹持扩径旋压成形过程的三维有限元模型,并利用该模型进行了风机机壳扩径旋压成形过程的数值模拟。获得了成形过程中等效应力、应变及壁厚的分布,并对旋辊进给率对成形件应力应变及壁厚差的影响规律进行了研究。结果表明,等效应力、应变随着旋辊进给率的增大而减小,而最大壁厚差随着旋辊进给率的增大而增大。最后综合考虑得到旋辊进给率的建议取值为0.16 rad.r-1。     

层数对不锈钢波纹管液压胀形影响研究

多层不锈钢波纹管是管路系统中的关键零件。由于层与层之间存在接触和摩擦作用,多层不锈钢波纹管的液压胀形过程极其复杂。为提高波纹管的成形质量,基于ABAQUS有限元分析软件模拟多层波纹管液压胀形过程,研究了层数对波纹管成形壁厚和波高的影响。结果表明:在波峰和波谷顶点位置,外层管坯的减薄率大于内层和中层;在波纹直壁区,内层管坯的减薄率大于中层和外层;总厚度相同时,多层波纹管波高和内径随层数的增大而增大,波纹管层数增多可降低波峰产生破裂的趋势。     

大型复杂薄壁壳体多道次旋压过程中的壁厚变化

基于ABAQUS/Explicit和Standard建立的包含回弹与退火的大型复杂薄壁壳体多道次旋压全过程模拟模型,分析了该过程中壁厚的分布与变化及工艺参数对壁厚的影响规律。结果表明,壁厚减薄经历了剪切减薄和拉薄两个阶段,壁厚剧烈减薄部位位于旋轮后方的环带并向工件口部移动,而且其值逐渐减小;壁厚沿工件母线方向分布不均匀,沿周向分布较均匀;回弹对壁厚的分布影响不大。摩擦系数在一定范围内的增大,可以有效地抑制第一道次旋压过程中壁厚过度减薄的发生,使壁厚分布更均匀;而旋轮进给比对工件壁厚的影响与摩擦系数的作用相反。在后续道次旋压过程中,工件壁厚差随着摩擦系数的增大先减小后增大,随着旋轮进给比的增大逐渐减小。这些结果可为大型复杂薄壁壳体多道次旋压成形参数的确定和优化设计提供理论依据。     

铝合金Ω形波纹管轴向低压压形工艺

为了得到具有大直径大膨胀率且壁厚减薄小的铝合金Ω形波纹管,提出了一种轴向低压压形工艺,其核心思想是通过合理匹配成形内压与轴向进给间的关系来提高波纹管的成形质量。同时,通过实验与数值模拟分析结合的方式,基于ABAQUS有限元分析软件,建立了波纹管轴向低压压形过程的有限元模型,并基于波纹管轴向低压压形过程中的等效应力及壁厚分布情况,分析了3种不同加载路径对波纹管成形过程的影响,获得了成形内压与轴向进给间最佳的匹配关系。结果表明,由加载路径3阶梯形匹配关系所得波纹管的形状精度高,最大减薄率为12.1%,验证了工艺的可行性。     

2250mm薄壁封头外环约束无模旋压的壁厚精度

针对薄壁封头在传统中心约束旋压过程中出现的壁厚不均匀性问题,构建了2250mm大型薄壁封头外环约束无模旋压的1∶1三维有限元模型。研究了进给率和旋轮圆角半径对旋压件的壁厚精度影响规律。研究表明,在第一道次剪切旋压中,小的进给率和圆角半径对目标构件的壁厚精度有利,在后续扩径旋压中,进给率和圆角半径越大,壁厚均匀性越好。同时,采用通过模拟仿真得到的最优工艺参数,在外环约束无模旋压平台上成功旋制出了2250mm大型薄壁封头构件。采用超声波测厚仪测量成形件沿母线方向的壁厚,其壁厚波动规律与仿真结果基本一致,且壁厚均匀性良好。     

对轮旋压的正交试验数值模拟

为研究对轮旋压工艺参数对壁厚差及扩径量的影响,根据对轮旋压的工艺特点并结合有限元平台ANSYS软件,对筒形件旋压过程进行数值模拟,建立了三维有限元模型。采用正交试验法对对轮旋压成形工艺参数进行分析,获得了影响壁厚差和扩径量的因素主次顺序。研究结果表明,对轮旋压成形过程中,影响旋压件壁厚差因素的主次顺序为:减薄率进给比旋轮圆角半径;影响旋压件扩径量因素的主次顺序为:减薄率旋轮圆角半径进给比。     

超薄壁筒交互张力旋压成形稳定性研究

针对铝合金超薄壁筒刚度差、在大减薄率强力旋压成形时易失稳等问题,以壁厚0.8 mm的A5052铝合金筒为例,建立基于ABAQUS系统张力旋压和双向交互张力旋压的有限元模型,探讨了交互张力旋压对超薄壁筒成形稳定性的影响。模拟结果发现:与普通强力旋压对比,张力旋压成形时坯料变形更稳定均匀,能降低旋压力与接触应力;在改变前后道次旋轮相对于芯轴的数控螺旋路径方向实现交互张力旋压后,提高了张力旋压成形超薄壁筒时的稳定性,在控制筒坯口部出现的扩径现象上效果更显著。     

细长薄壁筒形件错距旋压成形工艺研究

薄壁筒形件变形量大,壁厚公差要求高,加工过程中容易出现壁厚超差、振纹、开裂、脱模困难等问题,为提高生产效率,通常采取错距旋压方式成形。通过对6061铝合金细长薄壁筒形件错距旋压工艺分析及旋压成形试验,分析了旋轮进给比、壁厚减薄率、旋轮轴向和径向错距量、旋压道次、预先热处理工艺规范等对旋压过程和产品质量的影响,为细长薄壁筒形件研究出了一套切实可行的错距强旋成形方案和合理的工艺参数。     

TRB管无补料液压胀形波纹管的研究

首次通过理论设计建立了在无补料液压胀形波纹管时，TRB管参数与S、V、U型波纹管参数的关系，并建立了TRB管液压胀形S型、V型、U型波纹管的有限元模型，验证了无补料液压胀形技术的可行性。有限元模拟结果显示，S型波纹管的最大壁厚差为设计壁厚的8%,壁厚差大部分为设计壁厚的0%～2.25%;V型波纹管的最大壁厚差为设计壁厚的9.33%,壁厚差大部分为设计壁厚的0%～4.17%,壁厚分布均匀。成形极限图显示，S型和V型波纹管的成形应力状态均在安全区内，而U型波纹管在成形过程中发生破裂。因此，TRB管能成形为壁厚均匀的S型和V型波纹管，但不能成形为壁厚均匀的U型波纹管，模拟与理论设计基本吻合。     

旋轮加载轨迹与方式对多道次普通旋压成形的影响

建立了符合实际多道次普通旋压三维仿真模型,在进行毛料多道次普通旋压成形过程有限元模拟与实验验证的基础上,研究旋轮轨迹与方式对旋压件成形过程及质量的影响。结果表明,轨迹的变化对成形质量有较大的影响,在直线轨迹、圆弧轨迹、渐开线轨迹3种轨迹中,渐开线轨迹对成形质量最好,轨迹有渐压和无渐压,均有其各自的优缺点,需要综合利用,可得到优越的旋压轨迹。     

GH4169高温合金锥形机匣冷旋成形规律

针对高温合金因室温加工硬化现象严重而导致旋压成形时易产生的破裂、表面波纹等缺陷,以锥形机匣构件为研究对象,探究其冷旋成形规律。基于Simufact平台建立了有限元模型,采用模拟与实验相结合的研究方法,模拟分析了多道次旋压过程中机匣构件等效应力和等效塑性应变的变化规律、壁厚的分布特征及工艺参数(道次间距p、旋轮进给比f、芯模转速n)对旋压件壁厚的影响,揭示了其成形规律。结果表明：工件顶部平板区Ⅰ区的等效应力、等效塑性应变沿径向突变,且边缘在中后期出现一定的应力集中和变形;斜壁区V区的等效应力、等效塑性应变沿轴向分层分布,沿周向分布均匀,且随着旋轮的进给和道次的增加而逐渐增大,最大值均位于工件端部Ⅳ区。斜壁区V区的壁厚总体呈先减小后增大的趋势,中部过度减薄,工件端部Ⅳ区壁厚达到最大值;壁厚均匀性随旋轮进给比和道次间距的增大呈上升趋势,芯模转速对壁厚影响不显著。实验结果与模拟分析一致,验证了模拟研究的可靠性。     

工艺参数对双层304不锈钢波纹管液压胀形的影响

为提高波纹管的成形质量以及合理选取胀形工艺参数,基于有限元分析软件ABAQUS模拟304不锈钢双层波纹管液压胀形过程,并利用实验验证了有限元模型的正确性。基于建立的模型,研究了内压力、模具行程、挤压速度和加载路径对波纹管成形的影响。结果表明,影响双层波纹管液压胀形壁厚减薄和波高的主要工艺参数为内压力和模具行程;随着内压力和模具行程的增大,最大壁厚减薄率和波高均线性增大,且内外层壁厚差值增大;过大的内压和挤压速度会导致波高不均匀性增大;降低起波阶段内压力及在成形初期施加轴向进给的加载路径有利于减小波纹管的减薄率。最后,通过双层波纹管的液压胀形实验验证了数值模拟的正确性。     

金属波纹管内旋压增量成形过程材料变形特性研究

将增量成形技术与管旋压成形工艺相结合,进行金属波纹管内旋压增量成形。为了获得成形区域材料的变化规律,建立基于ABAQUS/Explicit的金属波纹管内旋压增量成形有限元模型,分析了成形过程中材料的厚度减薄和扭转变化特点。搭建了管内旋压增量成形实验平台,进行增量成形金属波纹管实验,沿厚度方向测量管件成形区域管壁厚度变化分布,对获得的厚度变化进行数据分析,验证有限元数值模型和理论计算结果的正确性,并通过重复进行增量成形多个波纹实验,验证了成形工艺的可靠性。通过分析管壁变形区材料表面微观组织变化规律表明:圆弧过渡区和斜面拉伸区材料的塑性应变大,在该区域管壁容易发生过度减薄和断裂,从而影响成形质量和精度。     

新能源汽车用304不锈钢液化天然气瓶体多道次对轮强力柔性旋压工艺研究

为了解决新能源汽车车载液化天然气气瓶304不锈钢筒体传统的板材卷焊加工工艺存在焊缝的问题，提出多道次对轮强力柔性旋压工艺，针对20 mm厚的304不锈钢筒坯开展了多道次对轮强力柔性旋压过程的数值模拟和试验研究。利用ABAQUS软件对多道次对轮强力柔性旋压工艺进行了有限元模拟，对每道次加工之后坯料的成形结果精度进行了观察，并分析了旋压过程中的材料塑性变形行为与旋压力。通过验证试验对有限元数值模型的准确性进行了评估。结果表明：在五道次对轮旋压成形过程中，前三道次的加工精度较高，后两道次的精度较低，误差标准偏差在0.07以下，壁厚均匀，筒体内外侧应力–应变呈对称分布，旋压力最大值出现在旋压第一道次，最大径向力为278.84 kN、最大轴向力为120.85 kN、最大切向力为10.63 kN。通过试验验证，模拟结果与旋转压力值之间的误差始终保持在30%以下，表明多道次对轮强力柔性旋压工艺是合理的。     

超薄壁不锈钢波纹管件液压成形工艺研究

为了解决传统拼焊制造超薄壁不锈钢波纹管弹性差、寿命短、易破裂等问题，采用液压成形技术成形超薄壁不锈钢波纹管件。针对超薄壁不锈钢波纹管件截面形状复杂以及管壁易失稳起皱破裂的成形难点，设计了不同的加载路径。利用CATIA进行建模，使用Dynaform有限元分析软件进行数值模拟。基于波纹管成形过程中的波高与壁厚减薄情况研究了模具间隙、预胀形内压和整形压力对成形质量的影响规律。试验结果表明，对于复杂异形截面的填充，管内压强和轴向进给的增大有利于材料流动进入圆角区域以及管坯与模具的贴合。对于内径Φ50 mm,壁厚0.4 mm的复杂截面波纹管，预胀形内压7.5 MPa,整形压力20 MPa,轴向进给为20 mm为最佳参数匹配。开展了相关试验，验证了模拟结果与试验结果相符，获得的波纹管满足尺寸与性能的需求。     

突变壁厚筒形件精密旋压工艺研究

通过分析突变壁厚旋压圆筒的主要设计指标,计算旋压力后选择了合理的旋压工装,并根据材料极限减薄率设计了旋压毛坯.采用3道次旋压成形的工艺方法,优化了旋压工艺参数,实现了具有突变壁厚筒形件的旋压成形,满足了设计指标.     

铝合金波纹管无芯模缩径旋压成形机理与规律

针对波纹管现有制造工艺存在焊缝多、周期长、成本高、焊缝区易出现扩展裂纹等缺陷,提出采用无芯模缩颈旋压成形波纹管,并基于ABAQUS/Explicit平台建立了波纹管无芯模缩径旋压的三维弹塑性有限元模型。分析波纹管缩径旋压过程中的应力应变分布规律表明,直壁区与斜壁区相交处的圆角是应力和塑性应变集中区,该圆角区域在旋压过程中易产生厚向过度减薄和拉裂。采用单因素实验设计方法获得了工艺参数对成形质量的影响显著性和影响规律,并实验验证了数值模型结果的可靠性和实用性。结果表明,芯模转速对成形质量影响最大,芯模转速增大时,工件直壁区径向尺寸与波纹中心高度的精度均会变差;旋轮圆角半径对成形质量有一定的影响,较小的旋轮圆角半径无法使材料完全达到塑性状态而产生较大回弹,最终导致较大的几何尺寸精度偏差;而较大的旋轮进给速度容易在旋轮前方产生金属堆积,易使已旋区发生过度减薄从而影响成形质量。     

凹圆弧母线筒形件空心旋压成形有限元模拟研究

采用空心旋压工艺成形凹圆弧母线筒形件难度很大。利用有限元模拟手段对该成形过程进行预测性研究,为后续的实验与生产提供理论依据。首先理论推导单一道次凹圆弧型旋轮运动关系方程,再以此为边界条件进行模拟。研究中提出了3种旋压方法,通过对比分析模拟结果发现,随动芯轴可控制筒坯自由端金属流动均衡性,多道次成形由于每一道次的相对径向进给量小,有利于控制弧顶部位的褶皱,获得较好的壁厚均匀性,且旋压件弧顶横截面椭圆化较轻。     

5A06铝合金壳体热旋成形工艺研究

对5A06铝合金曲母线型壳体开展了厚壁板材两次加热剪切旋压、成品加热普旋成形的成形工艺研究,分析了坯料加热温度、旋轮几何形状及参数、旋压道次、旋压进给方向、旋轮进给比、壁厚减薄率等工艺参数对5A06铝合金壳体旋压成形的影响规律,研究了旋压过程中材料出现的破裂、起皱、扭曲、扩径等现象并提出了解决措施,辅以精密整形和热处理工序,研制了几何尺寸和机械性能均满足要求的5A06铝合金曲母线型壳体,为类似形状制件的旋压成形提供了参考。