树脂板多点热成形过程数值模拟与工艺参数优化

介绍了树脂板多点热成形的原理,建立了PC-DSGZ本构模型,基于不同温度和应变率时PC板的真实应力-应变曲线数据,获得PC-DSGZ模型的参数。开展了球面件多点热成形数值模拟,分析了成形过程变形和压痕现象,探讨了成形温度、成形压强、冲头数量和冲头半径对成形精度的影响,结果表明:成形温度越高或成形压强越大,成形件越贴近多点模具,平均形状误差越小;冲头数量越多或冲头半径越大,成形件厚向应变波动越小,压痕越轻微。开展了PC板多点热成形试验,获得了形状轮廓和表面精度较好的球面试验件。试验结果验证了树脂板多点热成形的可行性和数值模拟的正确性。     

树脂板多点热成形数值模拟与实验研究

介绍了树脂板多点热成形的原理,选择具有良好综合性能的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)为研究对象,测试了其玻璃态转变温度。建立了树脂板多点热成形有限元模型,得到了球形面和鞍面件多点热成形的数值模拟结果,结果表明多点热成形技术可以实现PMMA、PC等树脂板三维曲面件的高精度成形。进行了PMMA板球面件和PC板鞍面件多点热成形实验,结果表明实验件的轮廓形状较好、壁厚分布较均匀,验证了树脂板多点热成形技术的可行性和实用性。对树脂板多点热成形实验结果和数值模拟结果进行对比分析,结果表明,在合理的偏差及测量误差范围内,实验结果与数值模拟结果吻合较好,验证了树脂板多点热成形数值模拟的正确性。     

树脂板多点热成形本构模型研究

介绍了树脂板多点热成形装置和成形原理,进行了聚碳酸酯(PC)板鞍面件多点热成形实验,获得了形状轮廓较好、厚度分布均匀的实验件。测试了PC板的玻璃态转变温度和其在不同拉伸温度和速度条件下的真实应力-应变曲线,获得了广义Maxwell模型和PC-DSGZ模型的参数。建立了树脂板多点热成形有限元模型,开展了两种本构模型下PC板多点热成形数值模拟。结果表明两种本构模型鞍面件均实现贴模成形,PC-DSGZ模型可以获得更加均匀的应变和厚度分布。数值模拟与成形实验件的厚度对比结果显示PC-DSGZ模型模拟得到的鞍面件厚度与实验结果更接近。     

中厚板多点成形中回弹的数值模拟

回弹是影响成形件质量的主要因素之一，是板材冷冲压成形中必须解决的问题。以圆柱面和球面件为例，采用显-隐式算法模拟多点成形中厚板时的回弹现象。显式算法模拟加载成形过程，隐式算法模拟卸载回弹过程。模拟中采用Mises屈服准则的双线性各向同性硬化材料模型。对不同板厚和不同变形量的成形件进行回弹数值模拟，分析回弹的趋势和回弹的影响因素。得出：成形件的板厚越大、变形量越大，卸载后的回弹越小。     

圆柱面力-位移分控多点成形的数值模拟研究

针对多点成形厚向约束不足易产生成形缺陷的现状,论文研究了无模多点成形中提高成形质量的一种新的成形方法,提出了力-位移分控的多点成形模式。讨论了力-位移分控多点成形模式下提高成形质量的机理,给出了实现力-位移分控多点成形的方法。采用数值模拟的方法,对不同曲率半径、板厚、成形力条件下的柱面件成形过程及回弹进行了分析研究。结果表明,采用力-位移分控的多点成形模式较多点摸具成形能获得更好的成形质量与效果;成形力越大,板厚越大,曲率越大,回弹越小。     

无压边多点成形中起皱的分析与控制

起皱是板材无压边多点成形中容易产生的成形缺陷。本文根据对多点成形过程中起皱的数值模拟与力学分析,基于Donnell-Mushtari-Vlasov的浅壳理论,给出了球面多点成形局部起皱的判断准则,计算了起皱的临界应力。利用多点成形的柔性可变的特点,可以抑制甚至完全消除起皱缺陷,有关的成形实验结果说明了变路径多点成形及分段成形技术抑制起皱的有效性。     

斜壁盒形件多点拉延成形过程中起皱与拉裂预测

借助于LS-DYNA3D软件建立了多点拉延成形用有限元模型,采用BWC壳单元,BT壳单元以及六面体单元,对带法兰的斜壁盒形件多点拉延成形过程进行了数值模拟,获得了压边力和成形深度与起皱与拉裂关系的多点拉延成形的极限图。研究表明,压边力过小,法兰中部将明显起皱;压边力过大,斜壁角部将被拉裂;大小适度的压边力能够得到表面光顺的成形件,即将压边力控制在所给出的起皱极限与拉裂极限之间。     

板材无压边多点成形中回弹的数值模拟

回弹是板材无压边多点成形中必须解决的问题。本文采用显一隐式算法,对回弹进行数值模拟,采用动态显式算法模拟板材成形过程,隐式算法模拟卸载回弹过程。对不同板厚、不同变形量的圆柱面、球面、马鞍面的无压边多点成形过程进行数值模拟,得出了回弹趋势和回弹分布,这些结果对多点成形技术的工程应用,具有重要的参考价值和指导意义。     

多点成形数值模拟中的基本体成形曲面造型方法

基本体群成形面曲面造型是多点成形数值模拟中的关键问题之一。本文给出了基本体群成形面造型方法，并开发了相关程序。在此基础上，对多点成形中球面件的起皱缺陷及马鞍面的成形力进行了数值分析。     

液室压力加载路径对5A06铝合金锥形件充液拉深成形的影响北大核心CSCD

为提高5A06铝合金锥形件的拉深成形极限,采用数值模拟与实验相结合的方法进行了锥形件充液拉深成形的研究,分析了不同锥角的锥形件充液拉深变形过程中的缺陷形成机制及工艺参数的影响规律。锥形件成形的典型缺陷为悬空区起皱,分析了不同液室压力加载路径对锥角分别为5°、10°、15°及20°的5A06铝合金锥形件的典型缺陷的影响,获得了避免缺陷的加载路径以及不同锥角的锥形件的壁厚分布规律,实验确定了不同锥角的锥形件的拉深成形极限。结果表明:随着锥形件锥角的增大,锥面悬空区增大,充液拉深成形过程中的第1阶段液室压力加载路径的斜率减小,可避免为克服悬空区起皱而导致的破裂缺陷;锥角越大,锥形件壁厚减薄率越大,拉深成形极限越小。     

薄板件多点成形与模具成形时起皱现象的对比分析

起皱是传统冲压成形和多点成形时共有的现象,尤其在无压边成形方式下很容易发生。文章采用有限元数值模拟手段,针对两种多点成形工艺和整体模具成形过程中产生的起皱现象进行了探讨,分析了无压边成形过程中不同的成形工艺对球形件起皱的影响。文章用显式动力学算法进行了数值模拟,结果表明,采用多点模具成形工艺成形1mm厚度的板料时,曲率半径为200mm的成形件起皱明显;但在相同条件下,用多点压机成形工艺的成形件结果良好,甚至成形厚度为0.5mm,曲率半径为150mm的球形件也没有起皱;而在这两种条件下,整体模具成形都有微小的起皱发生。也就是说,多点压机成形方式比多点模具成形方式以及整体模具成形方式效果更好,缺陷少,能够得到更大的变形量。     

使用弹性介质的多点成形过程数值模拟研究

在多点成形过程中,压痕和皱纹缺陷是限制多点成形技术实用化的重要因素。使用弹性介质,可实现薄板三维曲面零件的无缺陷多点成形。本文对使用弹性介质和无弹性介质的多点成形过程进行数值模拟,分析成形过程中产生的压痕和起皱现象,并对上述缺陷的不同影响因素进行了模拟研究。结果表明,使用弹性介质可以显著地抑制压痕和起皱的发生。     

封头的多点成形工艺分析和数值模拟研究

结合多道次成形和分段成形工艺方式,文章对封头的多点成形过程进行了工艺分析。通过对其成形过程的有限元数值模拟,研究了封头多道次成形和分段成形的成形规律,制定了封头的多点成形工艺,并进行了实验验证。结果表明,通过合理的成形工艺,可以用多点成形设备成形封头,并能得到良好的成形效果。     

铝合金圆锥形零件粘性介质温成形研究

采用热力耦合有限元数值模拟方法对铝合金圆锥形零件粘性介质温成形过程进行了模拟分析,研究了成形过程粘性介质和板材的温度分布、不同温度条件下成形零件壁厚分布、成形载荷等.结果表明,圆锥形零件的底部圆角区域为成形危险区域.非等温粘性介质温成形过程中,在粘性介质内部形成的非均匀温度场影响了板材的温度分布.当粘性介质温度略低于板材温度时,坯料中心区域温度较低,有利于延迟底部圆角成形时的破裂,提高了零件壁厚的均匀性.分别进行了室温和加热时铝合金圆锥形零件粘性介质压力成形试验,试验结果与数值模拟具有相同的规律.     

薄板多点成形中的拉裂现象研究

拉裂现象在薄板成形过程中很容易发生。文章采用有限元数值模拟手段,研究了薄板多点成形过程中的拉裂现象,分析了有压边多点成形时鞍形件的拉裂情况,提出了能够避免拉裂的柔性压边成形方式,分析了刚性压边与柔性压边成形时的成形极限与成形效果等,证明了柔性压边成形能够很好地解决板料起皱与拉裂的矛盾关系。当采用刚性压边多点成形时,加大压边力板料可能拉裂,减小压边力板料可能起皱;而采用柔性压边多点成形方式可以有效避免起皱和拉裂的发生,并且大大提高变形量,得到更好的成形结果。     

椭球形制件复合成形规律的研究

采用理论分析、数值模拟与实验验证相结合的方法,对椭球形制件的复合成形规律进行了研究。建立了应力分界圆半径的数学表达式,理论分析表明,应力分界圆半径的大小与板料的初始尺寸、厚度、摩擦系数、压边力大小和凹模圆角半径等因素有关。当压边力、坯料尺寸以及摩擦系数加大,而相对圆角半径减小时,应力分界圆半径变大,复合成形中胀形成分加大;反之,应力分界圆半径减小,拉深成分增加,揭示了复合成形的阶段性特征。数值模拟结果表明,应力分界圆半径是动态变化的,椭球形制件复合成形具有明显的阶段性特征,没有直线段的椭球形制件的成形可分为纯胀形、以胀形为主的胀形-拉深复合成形和以拉深为主的拉深-胀形复合成形3个阶段;在成形的第Ⅰ、Ⅱ阶段初期,坯料尺寸和压边力的大小对应力分界圆半径影响不大;在第Ⅱ阶段后期和第Ⅲ阶段,随毛坯尺寸和压边力的增大,应力分界圆增大。在变形过程中存在两个可能发生失稳起皱时刻,即第Ⅱ阶段初期和第Ⅲ阶段初期。试验验证了理论分析和数值模拟所得的结果。     

Prediction of springback in sheet forming by a new finite strain model with nonlinear kinematic and isotropic hardening

The paper discusses the application of a finite strain model to predict springback in sheet forming. The concept combines both isotropic and kinematic hardening and utilizes a new algorithm based on the exponential map. A special focus is put on the simulation of the draw-bend test of DP600 dual phase steel sheets and the comparison of the numerical results with experimental data. Further, we investigate the sensitivity of the results with respect to geometry parameters as the tool radius and the sheet thickness as well as the ratio between isotropic and kinematic hardening. In addition, the model is applied to the S-rail benchmark problem and the thermoforming of thermoplastic blends, where large elastic strains occur. The simulation results match the experiments very well.     

双曲度覆盖件多点成形中回弹的数值模拟

以双曲度覆盖件为模型,采用显-隐式求解方法对其多点成形过程和卸载回弹过程进行数值模拟计算。讨论了压边力、板料厚度、型面曲率半径(中心弧高)和屈服强度对双曲度回弹的影响规律,得出了回弹趋势和回弹分布。这些结果对于制定合理的冲压工艺方案,并在多点成形过程中研究回弹的控制方法,具有重要的指导意义。     

Finite element simulation of warm deep drawing of aluminium alloy sheet when accounting for heat conduction

The deformation behaviour and the temperature change in cylindrical deep drawing of an aluminium alloy sheet at elevated temperatures are simulated by the combination of the rigid-plastic and the heat conduction finite element methods. The comparison with the experimental results shows that the forming limits and the necking sites are successfully predicted by the simulation. It is clarified that the appropriate distribution of flow stress depending on temperature must exist in the sheet for the higher limiting drawing ratio. The numerical as well as the experimental results show that the limiting drawing ratio in the warm deep drawing increases with the die profile radius.