小口径TC4焊接管件端口电磁校形研究

TC4焊接管件由于制造时管件端口夹持及材料自身应力的存在,往往造成管件端口圆度不满足要求,目前采用校圆的方法生产效率慢、自动化程度低并且精度不够。为此针对内径23mm,壁厚1mm的TC4焊接管件,采用电磁校形的方法进行管件端口校圆。应用Ansoft Maxwell有限元分析软件,对放电回路电流及电磁力大小、分布进行研究,将仿真结果与实验情况进行比较,结果表明:电磁校形可以明显改善TC4焊接管件的端口圆度;放电能量一定时,合理选择电容可以提高电磁成形效率;对TC4等低导电率材料的电磁校形,驱动片能够明显提高感应电流密度,并且驱动片厚度过大与过小都会影响电磁校形的效果;带铁芯的线圈虽本身消耗一定的能量,但可以显著提高磁场强度,改善管件端口电磁校形精度。     

TC4管件端口电磁校形的实验研究

由于钛合金室温下成形性能差,航空领域一直存在对TC4管件端口校形难的问题。针对此问题对TC4管件端口电磁校形的过程进行了研究,采用该方法对内径23mm,壁厚1mm的TC4管件进行电磁校形实验,并将管件端口的圆度作为评价指标,研究了放电电压、线圈层数、放电次数及驱动片厚度对钛管电磁校形的影响。研究表明:提高放电电压可有效提高校形效果,当放电电压一定时,可通过增加线圈层数来提高校形精度;放电次数可以解决放电电压低,钛管变形小的问题,两次放电后校形效果提升不明显,增加放电次数无法从根本上提高管件电磁校形的精度;驱动片厚度的合理选择对TC4等低导电率材料的电磁校形具有重大意义,厚度过小与过大都会影响电磁校形的效果,其最优为趋肤深度厚度。     

螺线管线圈内径对铝合金管件电磁胀形的影响

运用ANSYS中的3D Maxwell与Transient structural进行耦合计算,对电磁胀形过程中铝合金管件受到的电磁力、等效应力以及径向变形量进行了有限元模拟,研究了成形螺线管线圈与铝合金管件在相对高度不同的情况下,随着螺线管线圈内径的改变,铝合金管件受到的电磁力的大小与产生变形量的变化情况.通过ANSY...     

铝合金管件电磁胀形中螺线管线圈的受力研究

针对管件电磁胀形中螺线管线圈的使用寿命短、易损坏的问题，运用ANSYS Maxwell对电磁胀形过程中螺线管线圈所受到轴向与径向电磁力进行有限元仿真。研究了螺线管线圈在高于被胀形管件的情况下，随着螺线管线圈内径的不同，其所受到的电磁力的大小与方向的变化情况。并通过有限元仿真与实验结果对比发现：在螺线管线圈高于管件的电磁胀形中，当螺线管线圈内半径r=11mm时其所受到的力主要来自于管件；当螺线管线圈内半径r=8.5mm时其所受到的力主要来自于自身产生的电磁力。同时螺线管线圈所受到的轴向力是导致其失效的主要原因。     

大型钛合金筒形件电磁冲模校圆研究

钛合金筒形件由钛板滚弯焊接而成,由于钛合金室温成形性能较差、焊接困难且卸载后回弹较大,如何提升其成形精度一直是航空制造领域的难点问题。用电磁校形原理,针对直径为300 mm、高为600 mm、壁厚为2 mm的大型航空钛合金筒形件进行校圆实验研究,设计了一种电磁冲模校圆方法。采用有限元电磁分析软件Ansoft Maxwell对校圆过程进行数值模拟,研究了放电电流和磁场分布,并将采用电磁冲模校圆方法与采用常规电磁校圆方法所得的实验结果进行比较。研究表明,相同放电电压条件下,采用电磁冲模校圆方法较采用常规电磁校圆方法所得的工件圆度平均值降幅增加20%以上,保证工件成形均匀性的同时提高了设备能量利用率,为电磁成形技术在航空工业领域的应用提供了新思路,具有一定的理论意义和实际生产应用价值。     

电磁冲击加载平板线圈的有限元分析

电磁冲击加载中,成形线圈是电能转化为磁场能的载体,使毛坯产生塑性变形的关键部件。介绍了平板线圈电磁驱动基本原理,通过ANSYS多物理场模拟平板线圈的简化模型,系统研究了线圈几何参数对轴向电磁力的影响;探讨了线圈驱动下驱动片上所受轴向电磁力分布规律及线圈参数对成形设备能量利用率的影响。仿真结果显示:随线圈匝数增加电磁力呈指数增加,随匝间距的增加呈指数减少,随起点距呈近似指数减小;轴向电磁力在线圈距中心轴2/3区域达到最大值;减小电感值有利于提高成形效率。     

小直径管件电磁缩径集磁器特性研究

小直径管件在缩径成形过程中由于其结构较小装夹困难,往往造成小直径管件缩径效果不明显,无法达到工作要求。目前小直径管件采用的缩径工艺生产效率和加工精度较低。为此采用电磁缩径方法对小直径管件进行缩径成形。利用Maxwell对半径4mm壁厚1mm长20mm的管件电磁缩径成形所用的集磁器进行了分析;研究了集磁器内外径之比和工作区域高度对管件成形效果的影响,模拟了不同直径比的集磁器内外表面电流密度对管件成形效果影响,最终得出缩径集磁器最佳工艺参数,将仿真结果与实验进行对比。研究表明:集磁器内外径之比为3.5时,管件成形效果最佳,同时,降低集磁器工作区域高度能够有效的提升管件缩径效果。研究成果对电磁缩径成形集磁器具有一定的指导意义。     

TC4钛合金筒形件热校形工艺研究

应用弯曲理论和应力松弛理论推导了TC4筒形件的校形精度公式,通过对TC4钛板进行应力松弛实验,分析了温度、时间和初变形量对残余应力的影响,得出了零件校形的较优工艺参数为加热650℃,保温30min;进行了零件校形实验,分析了校形后的残余应力和显微组织。结果表明,采用该工艺参数校形后工件尺寸精度满足工程要求,残余应力0~10MPa。     

TC4钛合金筒形件热校形工艺研究

应用弯曲理论和应力松弛理论推导了TC4筒形件的校形精度公式,通过对TC4钛板进行应力松弛实验,分析了温度、时间和初变形量对残余应力的影响,得出了零件校形的较优工艺参数为加热650℃,保温30min;进行了零件校形实验,分析了校形后的残余应力和显微组织。结果表明,采用该工艺参数校形后工件尺寸精度满足工程要求,残余应力0～10MPa。     

AZ31B镁合金管材液压胀形数值模拟分析

基于管材轴向补料液压胀形技术,采用Dynaform有限元仿真软件对0.75mm厚的AZ31B镁合金管材的胀形过程进行了数值模拟分析。研究了模具圆角半径、液压力、模具间隙等工艺参数对镁合金管件壁厚分布和最大壁厚减薄量Δt的影响规律,并探索了相对合理的工艺参数。研究结果表明,镁合金管件的最小壁厚通常分布在最大胀形直径处,除非模具间隙过小;由于受到轴向作用力,管材两端会随模具间隙的改变而出现不均匀的壁厚增厚现象,并且受轴向压头作用的一端的壁厚增厚量相对较大;胀形过程中,当模具圆角半径为5mm,模具间隙为0.8mm时,获得的镁合金管件壁厚分布较均匀,成形效果较好。     

管件弯曲工艺参数对截面质量影响有限元模拟

大口径船用管件多采用冷弯成形工艺,为掌握管件弯曲工艺参数对截面质量的影响规律,采用ABAQUS对管件弯曲过程进行模拟。模拟结果显示:随着芯棒与管件单侧间隙的增加,壁厚减薄率相应减小,单侧间隙合适范围为0.5mm~1mm;随着芯棒伸出量增加,弯管截面圆度值增大,芯棒伸出量合适范围为25mm~30mm。     

基于空间微螺线管的金属颗粒检测研究

目前电感式线圈检测方式均是基于线圈的电感信号,对铁磁性颗粒的检测精度可达到粒径19μm,但对非铁磁性金属颗粒一直在100μm以上。基于颗粒在通过电感式线圈的时候能同时引起线圈电感和电阻的变化,以及二者都随线圈激励电源频率变化而改变原理,建立粒径为108μm的球形铁、铜颗粒在1 V、1 MHz的激励电源下的磁场模型,分析阻抗信号随线圈电流频率的变化,研究利用电阻信号提高非铁磁性颗粒的检测精度,并通过实验验证:当频率由0.2 MHz增加到2 MHz,铜颗粒电阻信号由0.005 5Ω增加到0.6Ω,电感信号由-0.000 4μH降低到-0.011 5μH,铁颗粒电阻信号由0.008Ω增加到0.3Ω,电感信号由0.43μH降低到0.38μH;相同频率变化范围内,铜颗粒的电阻变化为铁颗粒的2.04倍,铜颗粒的电感变化为铁颗粒的22.2%;利用2 MHz激励电源检测电阻值变化提高了非铁磁性颗粒的检测精度,检测得到最小粒径为20μm的铜颗粒。     

基于正交试验的椭球状管件内高压胀形参数优化

椭球状吸能盒作为汽车防撞系统中重要的吸能结构,在碰撞瞬间通过塑性变形吸收大部分能量,该类管件具有分散外在均布载荷的优良力学性能,故提高此类管件的生产效率显得尤为重要。为此提出了使用内高压胀形工艺制造椭球状吸能盒的方法,此工艺实现了吸能盒轻量化,同时消除了焊缝对吸能盒力学性能的影响,从而使吸能效果较传统吸能盒大幅提升。针对椭球状管件内高压胀形参数的优化,采用有限元仿真结合正交试验的方法,分别研究了波状诱导结构直径、胀形压力以及两侧冲头轴向进给对胀形效果的影响,所得的优化参数：波状诱导结构直径为8 mm,胀形压力为25 MPa,两侧冲头轴向进给为8 mm。采用最优参数进行胀形试验,验证了基于有限元仿真结合正交试验方法获取工艺参数的正确性,并为椭球状吸能盒的制造提供了参考。     

板坯磁脉冲成形系统几何参数对终态变形影响的有限元分析

讨论径向电磁力并建立其计算公式;通过铝板毛坯胀形过程的有限元模拟,分析了磁脉冲成形系统几何参数对终态变形的影响。分析结果表明,忽略径向电磁力是导致模拟变形场滞后于实际变形场的主要原因;采用高度大于宽度的矩形截面线圈可提高成形效率。     

板坯磁脉冲成形系统几何参数对终态变表影响的有限元分析

讨论径向电磁力并建立其计算公式;通过铝板毛坯胀形过程的有限元模拟,分析了磁脉冲成形系统几何参数对终态变形的影响。分析结果表明,忽略径向电磁力是导致模拟变形场滞后于实际变形场的主要原因;采用高度大于宽度的矩形截面线圈可提高成形效率。     

电磁成形数值模拟中的结构场分析研究进展

电磁成形(Electromagnetic Forming,EMF)是一种利用电磁力使金属工件成形的新工艺,也是一种非接触的高能率成形技术。数值模拟技术经常被用于电磁成形的研究过程中,其中结构场数值模拟是模拟电磁成形过程的基础。介绍了电磁成形数值仿真技术的发展和电磁成形结构场的数值模拟分析流程,根据最常见的圆管件电磁缩径和圆管件电磁胀形工艺的仿真研究成果,分析了结构场数值模拟过程中的本构关系、与实际变形吻合情况及仿真方法等内容,总结了其中的不足之处并为今后的研究指出了方向。     

电磁冲击加载放电回路的影响因素

电磁冲击压制技术被广泛用于粉末压制、板坯成形等领域,回路电流作为冲击压制驱动源部分,是后续加载驱动的关键因素。文中采用ANSYS多物理场并结合理论计算对放电回路影响因素进行系统分析,探讨了线圈匝数、电压、电容对回路电流的影响规律及各参数对成形效率的影响。结果表明充电电压与回路电流峰值、加载速率成正比,加大充电电压是提高成形效率最直接方法;线圈电阻主要影响电流峰值,与电路加载时间成反比,电感主要影响加载电流加载速率,降低电阻、电感有利于提高成形效率。     

时栅位移传感器在构造场中的耦合特性研究

为了进一步溯源时栅位移传感器磁场耦合过程引起的误差,对时栅位移传感器在构造场中的耦合特性进行研究,并研制了一种基于指数形平面线圈结构的新型直线时栅位移传感器。建立传感器工程构造磁场的数学模型,分析传感器耦合间隙对线圈耦合平面磁场分布的影响,研究不同形状平面线圈的耦合特性;根据传感器的耦合特性,构建了一种新型直线时栅位移传感器测量模型,对该模型进行了电磁场有限元仿真和仿真误差分析,得出该结构最佳感应间隙为0.4 mm;对传感器的结构误差进行了溯源分析,进一步优化传感器的结构;搭建实验平台,利用双层PCB绕线工艺加工传感器定尺和动尺,对优化前后的传感器样机开展对比实验。实验结果表明,设计的基于指数形平面线圈结构的新型直线时栅位移传感器可以有效抑制传感器的四次误差,新研制的传感器样机的原始测量精度在原有的基础上提高了45.8%。     

大型舱段校正机构设计与仿真分析

大型舱段在卧式对接状态下,受自身载荷作用会发生圆度超差及变形量超差的问题,会使舱段在对接过程中出现协调困难。为了解决这些问题,提出了一种环形校正机构来校正端口的变形量及对接时的圆度。通过ANSYS Workbench软件对舱段端口的圆度超差进行有限元仿真分析,用来确定理想圆度下校形力的大小。同时针对变形量超差的问题,设计了多目标优化的模型来控制和优化校形时端口的变形量,并提供校形力的参考值。结果表明:通过对校形力的优化设计,该校正机构通过施加一定的校形力,能够满足对接面端口的变形量要求及圆度要求,对舱段对接的实现有着重要的意义。     

TC4钛合金环热应力校形的实验研究

TC4钛合金的屈服强度和弹性模量比值高,故其成形后回弹量大,成形后不精确,难以成形出合格零件,需要进行校形,以得到合格零件.因此对钛合金进行了校形实验,得到了感应加热工艺参数对材料校形的影响规律.并运用大型商用模拟软件ANSYS建立了钛合金热应力校形的模型,利用软件中LS-DYNA求解器,对钛合金热应力校形的过程进行了模拟.从而找出钛合金环热应力校形中的一些规律和校形最佳参数,期望能够将其用于指导生产.