3003-H14铝合金微通道扁管波形冲压的摩擦边界条件优化

波形微通道扁管成为新一代热交换系统关键零部件,但是成形过程中截面畸变严重且受摩擦条件影响。本文建立了基于实验验证的3003-H14铝合金微通道薄壁扁管波形冲压成形-回弹有限元模型,模拟分析了动模-管坯摩擦系数μ₁和定模-管坯摩擦系数μ₂对截面畸变率分布和平均截面畸变率■的影响。研究发现,筋的出现大大降低了扁管横截面的截面畸变量,但是对边缘孔的约束作用较弱。纵截面的畸变呈现为有规律的高低波动状态。对于横截面畸变,μ₁越大,■越大;■随着μ₂的增大,先减小后增大。在降低扁管整体的横截面畸变率时,应该考虑摩擦对之间的配合影响。对于纵截面畸变,μ₁和μ₂越大,■越大。动、定模与管坯之间的润滑条件越好,越有利于降低纵截面畸变。μ₁=0.02、μ₂=0.02和μ₁=0.02、μ₂=0.17均为微通道扁管的最佳摩擦工艺条件。本研究能够为波形微通道薄壁扁管的精确成形提供借鉴。     

材料性能和相对壁厚对管材助推弯曲影响的分析

在管材弯曲成形系列研究中,针对管材弯曲过程中助推工艺对弯管横截面畸变和壁厚减薄进行有限元分析。 利用有限元方法分析了在不同材料、不同相对壁厚条件下,助推对弯管横截面畸变和壁厚减薄的影响,并推导出不计截面畸变时的壁厚减薄率公式。 结果表明,在管材弯曲过程中,对不同材料和相对壁厚的管材,助推可缓解管材横截面畸变,减小外侧壁厚减薄程度。 此外,随相对壁厚减小,助推对截面畸变和壁厚减薄的缓和程度均有所增加。 对于较易发生塑性变形的材料,助推工艺的壁厚减薄缓和作用明显,而对于不锈钢,则在截面畸变方面缓和作用明显。     

补料量对管材充液剪切弯曲成形精度的影响

充液剪切弯曲方法能够整体成形相对弯曲半径小于0.5的极小半径管,内压和补料量对其成形精度有着重要的影响.采用实验的方法研究了在恒定内压下,不同补料量对5A02铝合金管材充液剪切弯曲成形过程截面畸变、圆角大小和壁厚分布影响,并通过数值模拟深入研究了补料量对厚向应变的影响.研究结果表明:补料比(补料量和切向位移之比)小于1.2时可以成形管件精度良好.补料比为1.3时,靠近第一弯角的位置产生截面畸变,不圆度为2.2%.补料比对第一弯角外侧圆角影响明显,当补料比由1提高到1.2时,圆角减小50%由4.5 mm减小至2.25 mm.随着补料比的增加,内外侧壁厚均增大.内外两侧最大增厚分别由27.47%和26.67%增加到38%和34.67%,最大减薄分别由14.53%和6.64%降低到8.73%和5.8%.补料比对外侧壁厚影响大于内侧.由此可知,补料量增加,有利于外侧圆角的成形和改善成形管件的壁厚分布,但补料量过大,易造成截面畸变.     

6061-T4大直径薄壁管数控弯曲壁厚变化实验研究

为实现6061-T4大直径薄壁铝管数控弯曲精确成形,提高其成形极限与质量,需对弯曲过程中壁厚变化进行有效控制.本文以该材料Φ50.8 mm×0.889 mm×101.6 mm(直径D×壁厚t×弯曲半径R)薄壁铝管为研究对象,实验研究了弯曲角度、芯棒伸出量、芯球个数、弯曲速度等可控参数对壁厚的影响规律.研究结果表明:在整个弯曲段内,中性层并不是均匀地发生等距离偏移,中性层偏移量(E)与内外脊线壁厚变化率差值(η)存在线性关系,E随η的增大而增大;增大弯曲角度、芯棒伸出量、弯曲速度都导致内外脊线壁厚变化程度加重,管材壁厚变化不均匀度加剧;芯球个数对壁厚的影响呈非线性;基于优化的工艺参数组合,成功获得最大壁厚减薄率为22%的180°合格弯曲管件.     

薄壁钛管差温剪切弯曲减薄及扁化特性实验研究

目的管材差温剪切弯曲成形技术,是实现极小弯曲半径(中心线弯曲半径小于管径)薄壁钛管制造的新型技术。管材的减薄及扁化特性,是实现该过程成形质量精确控制迫切需要解决的关键问题。方法采用实验方法,研究了工艺参数对TA2薄壁钛管差温剪切弯曲过程减薄和扁化的影响。结合响应面法,获得了实验条件下的弯管成形极限。结果管模间摩擦越大,或弯曲行程H越大,或外圆角半径r_o越小,管材减薄和扁化均越大。结论内圆角半径r_i=4.00 mm,外圆角半径r_o=14.15 mm是管材最佳的弯曲半径匹配,H∈[30 mm,32 mm]能够保证管材稳定成形。     

高温合金Ω截面密封环旋压成形规律研究

目的研究工艺参数对高温合金Ω截面密封环旋压成形过程的影响规律,解决该类构件旋压成形难题。方法基于ABAQUS/Explicit平台建立了高温合金Ω截面密封环普旋三维有限元模型,通过该模型研究了旋压成形过程中的主要工艺参数对其等效应力、等效塑性应变、壁厚变化的影响规律,进而揭示了各参数对环件成形质量的影响。结果芯模转速增大,不均匀变形程度增大,等效应力峰值先增大后减小,壁厚减薄基本不变;增大旋轮进给率与旋轮圆角半径,均有利于降低不均匀变形程度和等效应力峰值,改善壁厚减薄。结论当芯模转速为10～15rad/s,旋轮进给率为0.8～1.0mm/r,旋轮圆角半径为1.5～2.0 mm时,可以获得成形质量较高的Ω截面密封环。     

基于自由弯曲技术的6061铝合金管的弯曲成形性能研究

目的 对6061铝合金管开展三维自由弯曲成形的研究。方法 对不同弯曲半径的铝合金管进行了弯曲模拟成形,并根据模拟结果对铝合金管进行实际成形研究。结果 根据对6061铝合金管进行的弯曲半径为60, 70, 80 mm的有限元模拟成形结果,发现管材壁厚中性层向弯曲外侧发生明显偏移,且弯曲半径越小,向弯曲外侧的偏移量越大;管材内侧管壁增厚,最大增厚为17.2%,管材外侧壁厚减薄,最大减薄不超过4%,发现随着弯曲半径的减小,管材内侧增厚愈发明显,而减薄变化较小,同时对管材截面畸变进行分析,发现最大椭圆度不超过8%;通过对比模拟结果、实验结果与设计模型,发现管材模拟的弯曲半径最大偏差不超过8%,实验结果则不超过6.5%,而管材模拟的弯曲角度最大偏差不超过4.5%,实验结果则不超过3%,同时发现当弯曲较小时,内侧发生明显起皱,而弯曲外侧也有轻微壁厚减薄导致的畸变缺陷,这与模拟结果吻合。结论 管材壁厚中性层向弯曲外侧偏移与自由弯曲系统轴向推力PL有关,轴向推力使得管材的受压区域增加,而受拉区域减小,导致壁厚中性层外移;实验结果与模拟结果相吻合,验证了模拟对实验成形指导的可靠性。     

铝合金矩形管绕弯件尺寸精度的试验研究

铝合金矩形管绕弯成形时,截面畸变及回弹等问题严重影响弯曲件的几何精度,为了控制铝合金矩形管绕弯成形时弯曲件的尺寸精度,本文采用试验与理论相结合的方法研究了材料屈服强度及相对弯曲半径对矩形管截面畸变与回弹的影响.结果表明:随着屈服强度的增加,截面畸变及曲率半径回弹率也增加,但垂直径向方向的截面畸变变化相对较小;随着相对弯曲半径的增加,径向方向截面畸变及曲率半径回弹率逐渐减小,垂直径向方向截面畸变相差甚微.这为提高铝合金矩形管绕弯精度提供了有效途径.     

三维自由弯曲技术及变形区长度优化数值模拟研究

目的 开展自由弯曲变形区长度优化研究,获得外径为15 mm、壁厚为2 mm的6061-T6铝合金管材的最优A值。方法 从三维自由弯曲成形技术的基本原理及控制程序入手,基于有限元分析方法,利用ABAQUS仿真软件对管材三维自由弯曲成形过程进行数值模拟,研究成形过程中管材弯曲变形区的受力过程变化,分析变形区长度(A)对弯曲成形结果的影响规律。基于最优的变形区长度,对制冷系统管路中的6061-T6铝合金复杂空间弯曲构件进行仿真模拟及实际成形试验。结果 试验成形构件尺寸与模拟成形构件尺寸相近且均接近设计尺寸,试验成形构件最大壁厚减薄率不超过9%,最大截面畸变率不超过5%,具有较好的成形质量。结论 目标构件的有限元模拟及成形试验验证了变形区长度优化结果的准确性。     

铝合金矩形截面管充液成形工艺研究

目的研究低延伸率和低厚向异性指数的铝合金管,在充液成形过程中的材料变形行为。方法采用低压预成形的方法来改善管坯材料的流动,并与传统不带内压的预成形结果进行了对比。结合有限元分析手段研究了铝管弯曲过程管坯尺寸、弯曲半径的选择对零件壁厚分布的重要性。结果有限分析方法结合试验研究表明,低压预成形可以有效抑制铝合金弯曲轴线管件的开裂。结论初始管材截面外壁周长应等于或略小于模具截面内壁周长;弯曲半径的选取要兼顾弯曲工艺难度和管坯贴模度;低压预成形能够大大改善矩形截面过渡圆角区的材料流动,避免破裂、死皱等典型缺陷的发生。     

基于模具创新设计的高强钛管小半径加热绕弯扁化控制

目的 发展小直径高强钛管小弯曲半径(R=1.5D)加热弯曲成形的截面扁化缺陷控制技术.方法 基于对管材弯曲前预变形和弯曲过程中施加有效约束的原理,设计变曲率型腔的反变形压力模结构、勺形芯模结构和带芯球的柔性芯模结构,结合有限元仿真分析,研究探索不同模具结构设计对弯管截面扁化的影响.结果 与"压力模+圆形芯棒"模具组合相...     

工艺参数对薄壁件多道次旋压变形均匀性的影响

目的研究成形工艺参数对薄壁件多道次旋压变形均匀性的影响。方法采用试验的方法,研究了双轮数控旋压成形铝合金薄壁件过程中,旋压间隙δ、进给率f和旋轮圆角半径R等关键工艺参数,对制件表面质量和壁厚均匀性的影响。结果 3个工艺参数都对制件表面质量和壁厚均匀性有影响。结论减小旋压间隙δ、采用较大的主轴转速S和较小的进给率f可提高零件的表面质量和尺寸精度。改善零件壁厚分布的均匀化程度,适当提高旋轮圆角半径R,也能使变形的均匀化程度提高。     

基于ANSYS/LS-DYNA的工程车辆轮辐冲压工艺优化

目的解决工程车辆轮辐在现有冲压工艺下壁厚的过度减薄问题。方法基于ANSYS/LS-DYNA软件,建立26.5X24型轮辐有限元分析模型,通过分析塑性变形,探索轮辐壁厚过度减薄的原因。通过正交试验,分析工艺孔直径和相对模具间隙对壁厚减薄的影响规律。通过改变冲压顺序,对原有工艺进行改进。结果当工艺孔直径为200 mm,相对模具间隙为1.75时,轮辐的最大减薄率由原先31.30%降低至6.09%,工艺孔直径对应的极差值远大于模具间隙对应的极差值。保持相同的工艺参数,通过改进工艺,最大壁厚减薄率由6.09%降至2.61%。结论工艺孔直径是影响壁厚减薄的主要因素。增大轮辐工艺孔直径或合理安排拉深工艺顺序,均可有效抑制壁厚减薄,且在最优的因素水平下,采用先拉深后翻边的冲压工艺与增大工艺孔直径相比,抑制减薄的效果更好。     

钢板夹薄壁钢管组合板抗接触爆炸数值模拟

为了提升钢板夹薄壁钢管组合板抗爆性能,有效减轻接触爆炸对防护结构的破坏,对钢板夹薄壁圆钢管组合板和钢板夹薄壁方钢管组合板,采用ANSYS/LS-DYNA软件进行接触爆炸数值模拟。取1kgTNT炸药,选择t=400μs时,分析该2种钢管组合板在接触爆炸作用下的抗爆吸能效果。结果表明:钢板夹薄壁方钢管组合板整体弯曲强于圆钢管组合板,但局部变形能力弱于圆钢管组合板;方钢管组合板变形输出的内能值小于圆钢管组合板,且不受钢管壁厚和数量变化影响,防护效果弱于圆钢管组合板;随着方钢管截面尺寸的减小,整体跨中挠度增加,破口直径增大,吸能减小,输出内能值增大,且不受壁厚和数量变化的影响,抗爆性能增强。同时,通过3组钢板夹薄壁钢管组合板参数对比分析后得知,在钢管数量为3,钢管壁厚2mm时,抗爆能力相对于其他工况下增大的较多,此结果可为工程实践提供参考。     

泡沫铝芯三明治板材U型弯曲成形试验研究

研究了泡沫铝芯三明治板材U型弯曲工艺,建立了冲压弯曲试验系统,给出了泡沫铝芯三明治板材弯曲变形模式和载荷位移曲线。综合运用试验、塑性力学理论分析了三明治板材冲压弯曲宏微观协调变形机制,以及泡沫铝三明治板材冲压成形板面-泡沫铝芯间界面剥离、圆角半径处过度减薄、泡沫铝芯剪应力裂纹等主要成形缺陷。探讨了压边力和冲压成形板厚的控制规律。     

钢板夹薄壁钢管组合板抗接触爆炸数值模拟

为了提升钢板夹薄壁钢管组合板抗爆性能,有效减轻接触爆炸对防护结构的破坏,对钢板夹薄壁圆钢管组合板和钢板夹薄壁方钢管组合板,采用ANSYS/LS-DYNA软件进行接触爆炸数值模拟。取1kgTNT炸药,选择t=400μs时,分析该2种钢管组合板在接触爆炸作用下的抗爆吸能效果。结果表明:钢板夹薄壁方钢管组合板整体弯曲强于圆钢管组合板,但局部变形能力弱于圆钢管组合板;方钢管组合板变形输出的内能值小于圆钢管组合板,且不受钢管壁厚和数量变化影响,防护效果弱于圆钢管组合板;随着方钢管截面尺寸的减小,整体跨中挠度增加,破口直径增大,吸能减小,输出内能值增大,且不受壁厚和数量变化的影响,抗爆性能增强。同时,通过3组钢板夹薄壁钢管组合板参数对比分析后得知,在钢管数量为3,钢管壁厚2mm时,抗爆能力相对于其他工况下增大的较多,此结果可为工程实践提供参考。     

高温合金薄壁W截面密封环滚压成形壁厚变化研究

目的研究滚压成形过程中环件壁厚的变化规律。方法基于ABAQUS/Explicit平台建立了GH4169薄壁W截面密封环多道次滚压成形三维弹塑性有限元模型,分析了滚压成形过程中环件壁厚沿周向及轴向的变化情况以及工艺参数对环件壁厚变化的影响规律。在此基础上,进行与模拟条件一致的试验研究,并与模拟结果进行了对比分析。结果滚压成形过程,环件壁厚沿周向分布均匀而沿轴向分布不均匀;随着变形量增大,减薄带宽度增大;进给辊进给速度增大,环件壁厚不均匀性加剧;随着驱动辊转速、进给辊与环件间摩擦因数的增大,环件壁厚减薄呈减小趋势。结论环件滚压成形过程中,应合理分配各道次变形量,适宜的工艺参数为:驱动辊转速为2 rad/s,进给速度为0.2 mm/s,摩擦因数为0.1。     

芯模对双脊矩形管绕弯成形截面畸变的影响

采用芯模可有效减小双脊矩形管绕弯成形过程中的截面畸变,并提高弯曲管件的成形精度.因此基于ABAQUS/Explicit有限元软件,建立了可靠的双脊矩形管绕弯成形三维有限元模型,研究获得了芯模对截面畸变的影响规律.结果表明:沿截面宽度、高度、外脊宽度和双脊高度的最大变形量均位于管坯的棱线上;沿弯曲方向,管坯宽度、高度和双脊高度的最大变形量均出现在60°附近截面上,外脊宽度的最大变形量出现在20°附近的截面上;随着芯头个数的增加、芯头和管坯间隙的减小及其摩擦因数的减小,管坯宽度、高度和外脊高度的最大变形量均减小,而外脊宽度的最大变形量略有增大或基本不变.     

弯曲速度对弯管壁厚变化的影响

采用不同弯曲速度对5A06和1Cr18NiTi管进行了旋转弯曲试验和有限元模拟。分析后指出,弯曲速度对弯曲内侧管壁变形影响较大,弯曲内侧切向应力、应变及管壁增厚率均随弯曲速度增大而增大。同时,内侧管壁增厚对弯曲速度的敏感性具有随原始壁厚的增大而减小的变化趋势。薄壁管在过大弯曲速度下成形时,内侧因材料流动受阻滞易发生失稳起皱。     

水驱动弹丸辅助注塑弯管的壁厚分布

水驱动弹丸辅助注塑技术(W-PAIM)是利用高压水驱动预置于模具型腔中的弹丸穿透熔料得到中空塑件的新型注塑工艺。采用实验与模拟相结合的方式研究了W-PAIM弯管的壁厚分布机理。通过比较水辅助注塑(WAIM)和WPAIM弯管试样的壁厚,发现W-PAIM管件的壁厚要薄得多,其壁厚主要取决于弹丸截面尺寸及高压水对弹丸穿透边界熔体的挤压;对弯曲半径相同、偏转角不同的弯曲处壁厚的实验与模拟研究发现弯曲内侧壁厚薄、外层壁厚厚,且壁厚差随偏转角度增大而增大;对偏转角为90°,弯曲半径不同的弯曲处壁厚的实验与模拟研究发现,弯曲处壁厚差随弯曲半径的增大而减小。通过模拟结果分析发现,这都是由于弯曲处的压力分布特点与速度分布特点所致。