异形截面副车架液压成形工艺研究及过程优化

利用有限元仿真软件,对异形截面副车架零件弯管、预成形和液压成形全工序进行模拟,分析了零件成形过程中壁厚变化规律。通过优化弯管参数,改进了弯管结果;通过优化预成形形状,消除了预成形过程中"咬边"风险,通过优化液压成形加载曲线,获得了零件成形所需的工艺参数。在此基础上开展工艺试验,成功研制了副车架样件。对液压成形零件壁厚进行测量,获得了零件沿轴线典型截面的壁厚变化。研究结果表明,零件成形内压力为140 MPa,补料量60 mm时,可成形出满足要求的零件,零件最大壁厚2. 33 mm,增厚率为16. 5%,最小壁厚1. 62 mm,最大减薄率为-19%。     

不同成形工艺对扭力梁使用性能的影响研究

扭力梁成形工艺有多种,包括板材冷冲压、管材冷冲压、管材热冲压和管材液压成形等。为了揭示不同加工工艺对扭力梁使用性能的影响,采用数值模拟和试验方法,研究采用不同加工工艺成形的扭力梁横梁截面性能的差异;比较板状和管状扭力梁总成模态、刚度、强度和疲劳寿命的不同。结果表明:采用液压成形工艺制造扭力梁可以提高梁的扭转刚度和弯曲刚度;采用管状扭力梁相对于板状扭力梁可以降低重量,使梁的模态频率、刚度、强度和疲劳寿命等都得到很大提高,使其产生裂纹的方向平行于横梁,达到降低疲劳危险的作用。     

扭力梁热成形过程温度与微观组织的研究

利用有限元模拟软件和实物验证,研究了扭力梁热成形过程中的温度场、微观组织和硬度的变化关系。研究表明:零件的截面形状对成形后零件的温度场分布有直接影响,截面形状差异会造成不同区域与模具接触程度有差异,成形结束后不同区域温度分布也不同;扭力梁不同区域的温度冷却速度有差异,造成不同区域微观组织呈现不同形式,且平均冷却速率与硬度值成正相关关系;热成形后,零件微观组织主要为马氏体组织;部分区域成形时内部会有空腔,坯料与模具接触不紧密,淬火不充分,瞬时冷却速度低,会发生贝氏体和铁素体转变,整个零件呈现典型的高硬度区和低硬度区分布。     

大口径厚壁90°弯头液压成形工艺与成形规律研究

对大口径厚壁90°弯头液压成形工艺过程进行有限元模拟,分析不同加载路径对大口径厚壁90°弯头液压成形效果的影响规律,并对大口径厚壁90°弯头壁厚进行分析。结果表明:通过数值模拟计算确定了500mm大口径厚壁90°弯头液压成形工艺参数。零件成形后,零件最大减薄率为34.691%,随着变形量的增加零件壁厚总体呈现出减薄的趋势,零件内弯壁厚要高于外弯。在零件外弯最高处壁厚小于其周围壁厚,并且零件最高处变形量小于其周围区域。     

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。     

管材液压成形脉动加载参数的设计及仿真

为确定变径管液压成形中的脉动加载参数,以奥氏体304不锈钢变径管为例,利用有限元分析软件建立了仿真模型,采用液压加载速度2 MPa/s并分别以复合幅值3 MPa和5 MPa、频率1 Hz和0.5 Hz的载荷进行脉动加载,根据成形零件壁厚分布的仿真结果比较分析,发现相较其他加载情况,复合幅值5 MPa频率1 Hz成形零件最大减薄率和最大增厚率明显减少,零件壁厚分布更均匀,实际加工结果验证了上述计算机辅助设计方法的可行性。     

汽车前指梁多工步成形模拟及试验研究

基于有限元分析软件eta/DYNAFORM,对汽车前指梁的弯曲成形、预成形及内高压成形工艺过程进行了数值模拟。在弯曲成形工步中,研究了管坯各个弯曲位置在相同弯曲半径、不同弯曲角度下的壁厚分布;在预成形工步中主要分析了预制坯形状对前指梁内高压成形的影响;在内高压成形工步中,研究了优化后的预制坯形状对最终成形零件成形缺陷的影响。基于有限元模拟结果,分别进行了弯曲成形、预成形和内高压成形试验。研究结果表明:预制坯形状是决定前指梁内高压能否顺利成形的重要因素;通过改变预成形模具的结构形式,可以得到合理的预制坯形状,避免内高压成形过程中缺陷的产生。实际成形试验结果与数值模拟结果基本一致。     

汽车扭力梁充液成形技术研究

针对变截面汽车扭力梁充液成形过程易出现破裂和起皱缺陷,通过有限元分析和实验研究,分析了预成形模具形状和充液成形时加载路径对扭力梁充液成形质量的影响。研究结果表明:当预成形模具导向角度过小时,管坯被机械挤压内凹变形时,圆角部位容易起皱;导向角度过大时,管坯材料流向凹模困难,减薄严重;充液成形时补料初始液室压力过大,材料堆积在零件端部起皱严重。     

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。     

薄壁管件液压成形工艺改进与疲劳寿命分析

通过对现有U形薄壁管件液压成形工艺的分析,提出应对壁厚不均和疲劳寿命短两方面进行改进;在基于被动液压成形理论分析计算的基础上,提出具体工艺改进方案,并对被动液压成形加载曲线合理区间进行了分析;基于LS-DYNA动力显式有限元分析软DYNAFORM5.6,对薄壁管被动液压成形进行模拟仿真,对改进前后工艺进行对比分析,并结合仿真结果,对改进前后成形工艺加工工件的疲劳寿命进行对比,分析对比结果表明,改进后工艺可显著提高工件的疲劳寿命。     

汽车前梁多道次内高压成形

基于动力显示有限元软件eta/DYNAFORM,以汽车前梁为例,开展了回转拉伸弯曲和模具压弯多道次内高压成形工艺过程数值模拟。结合各种成形工艺下汽车前梁内高压成形极限图,分析其成形质量。在此基础上进行管坯回转拉伸预弯曲和内高压成形试验,给出了典型截面的壁厚分布,并与模拟结果进行了比较。研究结果表明,模拟结果与实验结果相一致。预弯曲成形后,管坯壁厚分布对内高压成形结果中壁厚分布具有一定的影响。多道次内高压成形模拟能够提高内高压成形模拟精度。管坯模具压弯的壁厚分布较回转拉伸弯曲的壁厚分布好,利于汽车前梁内高压成形性能提高。     

A fast algorithm for strain prediction in tube hydroforming based on one-step inverse approach

This paper presents recent developments of a simplified finite element method called the inverse approach (IA) for the estimation of large elastoplastic strains and thickness distribution in tube hydroforming. The basic formulation of the IA, proposed by Guo et al. (1990), has been modified and adapted for the modeling of three-dimensional tube hydroforming problems in which the initial geometry is a circular tube expanded by internal pressure and submitted to axial feed at the tube ends. The application of the IA is illustrated through the analyses of numerical applications concerning the hydroforming of axisymmetric bulge, made from aluminum alloy 6061-T6 tubing, the hydroforming of square section hollow component and the hydroforming of a free Tee extrusion from welded low carbon steel LCS-1008 tubing. Verifications of the obtained results have been carried out using experimental results together with the classical explicit dynamic incremental approach using ABAQUS^® commercial code to show the effectiveness of our approach.     

内高压成形理论与技术的新进展

介绍哈尔滨工业大学在内高压成形基础理论、关键技术及工业应用等方面取得的重要进展。在基础理论方面,利用平面应力屈服椭圆描述典型内高压成形过程中应力状态及壁厚变化趋势;揭示变径管内高压成形过程中壁厚分布规律以及多边形截面环向的壁厚分布特点;指明整形阶段圆角充填时存在极限圆角半径;发明了用于测量管材环向力学性能的管材环向拉伸实验方法。在工艺关键技术方面,针对航空航天领域对大直径薄壁复杂管件的需求,发明了Y型薄壁三通管两步成形方法、双层管充液弯曲方法,试制出超薄Y型三通管、整体不锈钢进气道及弯管零件。在工业应用方面,研制了合模力最大达55 MN的工业生产用大型内高压成形机,并成功地用于轿车底盘零件大批量生产。     

内高压成形技术研究与应用新进展

介绍近年来在内高压成形机理、工艺、设备和应用方面的最新进展。针对大截面差管件,弯曲轴线异型截面构件和枝杈管3类工艺,给出典型零件缺陷形式、形状精度、壁厚分布和工艺参数的影响。详细介绍了皱纹控制与利用,降低整形压力的方法和内压与轴向力耦合作用下管材的塑性失稳起皱分析。最后给出了研制的典型内高压成形件及在汽车、航天、航空中的应用。     

不锈钢方形截面空心构件内高压成形研究

对不锈钢方形截面空心构件内高压成形进行了实验研究,比较了有无轴向进给和加载路径即内压和轴向进给关系对方形截面构件影响。分析产生折叠、起皱和开裂尤其在圆角过渡区产生开裂的原因,给出了成形的合格零件壁厚分布规律。     

RESEARCH ON HYDROFORMING TUBULAR PART WITH LARGE PERIMETER DIFFERENCE

The tube hydroforming process for manufacturing the tubular part with large perimeter difference was studied by means of experiments and FE simulation. It is an asymmetrical one and the expansion ratio is 70 percent. The part is successfully hydroformed by applying the useful wrinkles to accumulate suffcient metal in the area with large expansion ratio. The thickness distribution is analyzed, and the maximum thinning ratio of the part is 21.6 percent. It is shown from the experiment and simulation results that the tubular part with large perimeter difference, long expansion area and asymmetrical shape can be obtained in one step, applying the useful wrinkles. Typical failure modes were analyzed.     

Research on Hydroforming Tubular Part with Large Perimeter Diffierence

The tube hydro forming process for manufacturing the tubular part with large perimeter difference was studied by means of experiments and FE simulation. It is an asymmetrical one and the expansion ratio is 70 percent. The part is successfully hydro formed by applying the useful wrinkles to accumulate sufficient metal in the area with large expansion ratio. The thickness distribution is analyzed, and the maximum thinning ratio of the part is 21.6 percent. It is shown from the experiment and simulation results that the tubular part with large perimeter difference, long expansion area and asymmetrical shape can be obtained in one step, applying the useful wrinkles. Typical failure modes were analyzed.     

5083铝合金三通内高压成形模拟研究

为探讨5083铝合金等径正三通的内高压成形规律,采用有限元模拟首先分析了成形过程的变形情况,其次研究了壁厚以及应力、应变的分布,用成形时应力、应变的变化解释了形成厚度分布趋势的原因。模拟结果表明,支管顶部壁厚减薄,主管以及与冲头接触处明显增厚。在内高压成形的三通铝合金管在几何尺寸及壁厚分布方面,实验结果与有限元模拟值基本吻合。     

管件液压成形加载路径的多目标优化

在管件液压成形过程中,加载路径对成形过程的影响最为重要。文章给出了一种新的加载路径优化方法,即精英保留非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)与成形数值模拟软件集成,实现对加载路径的自动寻优。该方法通过优化算法程序修改加载路径,自动调用数值模拟软件进行分析,在更大的解空间内自动寻找最优方案。文中以某汽车仪表板梁为例,采用该方法对液压成形中的加载路径进行优化分析。结果表明,通过该方法所获取的加载路径较通过人工寻优所获取的加载路径更趋于最优。另外,该方法一次运算能够同时获取多个Pareto最优解,可为加载路径的制订和设计人员的决策,提供更多的选择。     

A Modified Isotropic–Kinematic Hardening Model to Predict the Defects in Tube Hydroforming Process

Numerical simulations of tube hydroforming process of hollow crankshafts were conducted by using finite element analysis method. Moreover, the modified model involving the integration of isotropic–kinematic hardening model with ductile criteria model was used to more accurately optimize the process parameters such as internal pressure, feed distance and friction coefficient. Subsequently, hydroforming experiments were performed based on the simulation results. The comparison between experimental and simulation results indicated that the prediction of tube deformation, crack and wrinkle was quite accurate for the tube hydroforming process. Finally, hollow crankshafts with high thickness uniformity were obtained and the thickness distribution between numerical and experimental results was well consistent.