基于数值模拟的极限凸翻边研究

为了提高薄板冲压成形零件的疲劳寿命,将半手工操作的落锤压制(冲压)方法改为高压橡皮成形(静压)方法而进行的工艺研究试验;同时,为高压橡皮半模成形确定最合适的工艺过程设计(CAPP)进行计算机仿真.运用自行开发的静-动力有限元软件分析橡皮成形凸模圆角半径和板料厚度对凸翻边成形极限的影响,并建立预测橡皮成形凸翻边成败的t极限翻边高度Hmax、凸模圆角半径r凸、板料厚度t的关系曲面.根据所得数值模拟的极限凸翻边高度Hmax模与7.7万吨橡皮囊液压机的试验结果Hmax实的对比,吻合很好;数值模拟将凸翻边起皱-压贴的真实过程描述得很清楚,而理论计算结果与物理实验结果有一定的差值.     

2024铝合金异形孔渐进成形工艺研究

目的 研究材料的渐进成形翻边性能。方法 使用一种硬铝合金AA2024-O,进行渐进成形圆孔翻边实验和异形孔翻边实验,并且研究了不同成形路径的多道次渐进成形对异形孔翻边零件的影响。结果 AA2024-O渐进成形翻边的极限翻边系数是0.89,材料渐进成形的翻边成形性能高于冲压翻边成形性能;异形孔翻边零件各段的高度和减薄率存在差异。结论 压缩类翻边区域和直线段翻边区域的翻边高度较高,减薄率较小,不易发生破裂;而内曲圆弧部分属于伸长类翻边,在厚度方向减薄严重,容易破裂;内曲圆弧半径越小,变形越大,越容易破裂;成形角改变的多道次异形孔翻边件破裂严重,而成形深度改变的多道次异形孔翻边件质量比单道次翻边的翻边件质量要好。     

翻边系数及材料参数对空调面板成形的影响

用DYNAFORM软件对空调面板零件的成形过程进行了有限元模拟.研究分析了圆孔翻边系数和材料参数对翻边成形的最大应变值和厚度减薄率的影响规律,建立了翻边系数与材料参数的关系.研究结果对翻边成形的选材具有重要的意义.     

工艺参数对AZ31B镁合金单点渐进翻边精度的影响

目的 以AZ31B镁合金板为研究对象,研究初始成形角、工具直径、成形温度及层间距对单点渐进圆孔翻边精度的影响规律。方法 使用有限元软件对2 mm厚的镁合金板材进行数值模拟,通过计算翻边直壁处的平均回弹量,得出不同工艺参数对单点渐进圆孔翻边直壁轮廓的影响规律。通过正交实验分析了交互作用下工艺参数对圆孔翻边直壁处平均回弹量的影响,通过极差分析确定了最优工艺参数组合,并通过实验对所得结果进行了验证。结果 随着初始成形角的增大、工具直径的增大、成形温度的升高及层间距的减小,圆孔翻边制件直壁处的成形精度提高,各因素按影响程度由大到小的顺序依次为:成形温度、初始成形角、工具直径和层间距。成形精度最高的工艺参数组合如下:初始成形角为30°、工具直径为10 mm、成形温度为275 ℃、层间距为0.5 mm。结论 采用仿真模型模拟单点渐进圆孔翻边过程具有较高的准确性,使用优化后的工艺参数得到翻边零件直壁区域的最小厚度以及平均回弹量与仿真结果误差均在3%以内,升高温度可以明显提高单点渐进圆孔翻边的制件精度。     

B550CL高强钢轮辐反拉深-翻边复合成形损伤开裂研究

针对高强钢汽车轮辐在实际生产过程中经常出现反拉深-翻边复合工序中中心孔翻边开裂这一问题,采用有限元数值模拟的方法,建立了有限元模型,并通过试制轮辐验证其可靠性.模拟获得了新型高强钢材料B550CL在用于轮辐翻边成形时的应力应变的分布和变化规律,并进一步对轮辐的损伤和壁厚分布情况进行了分析.研究表明:反拉深-翻边复合工序中翻边区在成形过程中应力应变集中明显,变形量较大;同时,材料的损伤和壁厚减薄在翻边区域也比较严重,导致实际成形中翻边区可能出现开裂等缺陷.     

密封盖内外翻边模具改进

通过密封盖零件的翻边成形,介绍了密封盖翻边模具结构及工作过程,分析了黑色金属材料在翻边成形过程中产生划伤的原因,提出了采用硬质合金材料制造模具,解决了零件在翻边成形过程中,外表面产生划伤、划痕等问题。     

5182铝合金椭圆孔电磁翻边数值模拟研究

目的 研究异形孔电磁翻边成形规律及不同预制孔尺寸对翻边质量的影响.方法 基于电磁成形平台实现椭圆孔电磁翻边试验,建立三维电磁成形仿真模型对3种预制孔的翻边过程进行模拟.通过显微硬度值、翻边轮廓、翻边高度及端部厚度等指标分析异形孔电磁翻边规律.结果 3种预制孔的翻边高度均表现为从长轴到短轴不断增大,随着预置高度从15 m...     

运输支板成形仿真及模具设计

目的运输支板的曲线边较长,在钣金翻边过程中易开裂,为提高模具设计的合理性,避免重复试模、返修以及设计失败的风险,开展有限元仿真研究。方法使用仿真软件Pam-Stamp,并与模具实物、产品试验件相结合,确定单动压边、双动压边翻边两次成形工艺,并优化参数、设计新模具。结果新设计的模具经过产品试验件生产,无开裂问题,目前已用于正式产品生产。结论仿真结果的成形趋势与实际生产基本符合。在选择工艺、工装设计方案时,仿真结果具有较高的参考价值。     

车用千斤顶上支成形有限元分析及工艺优化

目的 解决千斤顶上支外缘不规则曲面混合翻边成形过程中容易出现的破裂等缺陷问题。方法 基于Dynaform软件对千斤顶上支进行冲压仿真模拟,分析凸凹模圆角半径、凸凹模间隙、压边力对千斤顶上支成形的影响规律,并结合成形极限图、厚度变化云图等,采用控制变量法、正交实验对其工艺和参数进行优化。结果 经有限元分析和正交优化的千斤顶外缘曲面翻边工艺如下：凸模圆角为过渡圆角结构,其齿顶大圆角和边缘小圆角半径分别为3.5 mm和0.7 mm,凹模圆角半径为3.5 mm,凸凹模间隙为2.8 mm,压边力为50 000 N。结论 采用最佳工艺方案可生产出合格制件,实际成形件的减薄情况与模拟结果基本一致,所得成形工艺参数对制件的影响规律可为研究不规则曲面混合翻边成形提供一定的参考。     

等面积法确定翻边预冲孔直径

介绍了钢板翻边工艺中预冲孔直径的等面积计算与工艺验证结合的确定方法.采用这种方法,可以保证翻边成形后工件的尺寸要求,对于精度高、批量大的产品加工很有意义.     

基于有限元的三辊行星轧制力预测及分析

为预测三辊行星轧制力,建立了三维热力耦合有限元模型,用均匀设计法安排有限元模拟样本,采用基于LM算法的BP神经网络学习有限元轧制力结果,确定了轧制参数与轧制力的映射关系,并根据训练后的神经网络分析了摩擦系数、轧辊偏转角和轧辊转速对轧制力影响．预测结果表明：摩擦系数和轧辊偏转角对轧制力影响是多方面的,在高轧辊转速时,较大的摩擦系数有利于降低轧制力．     

Experimental and numerical evaluation of forming limit diagram for Ti6Al4V titanium and Al6061-T6 aluminum alloys sheets

The forming limit diagram (FLD) is a useful concept for characterizing the formability of sheet metal. In this work, the formability, fracture mode and strain distribution during forming of Ti6Al4V titanium alloy and Al6061-T6 aluminum alloy sheets has been investigated experimentally using a special process of hydroforming deep drawing assisted by floating disc. The selected sheet material has been photo-girded for strain measurements. The effects of process parameters on FLD have been evaluated and simulated using ABAQUS/Standard. Hill-swift and NADDRG theoretical forming limit diagram models are used to specify fracture initiation in the finite element model (FEM) and it is shown that the Hill-swift model gives a better prediction. The simulated results are in good agreement with the experiment.     

铝合金薄板冲压成形过程中的侧壁起皱及有限元模拟

针对铝合金薄板的侧壁起皱问题,本文通过有限元软件分析工艺参数对成形质量的影响,提出了一种基于数值模拟与智能算法相结合的优化方法。首先,利用最优拉丁超立方抽样进行实验设计,并依据数值模拟获取实验值;其次,基于BP神经网络拟合工艺参数与成形质量之间的关系,预测结果的平均相对误差为2.69%,建立了准确的预测模型;最后,用遗传算法极值寻优获取了一组最优的工艺参数组合,起皱幅值的预测值和仿真值相对误差仅为4.03%,实验结果与仿真分析结果相近,验证了该优化方法的合理性和有效性。研究表明:以料厚、摩擦系数和压边力作为优化变量,以最大起皱幅值最小化为优化目标,建立几何模型,并利用有限元软件Autoform进行仿真分析;依据起皱轮廓线径向位移的实验和数值模拟对比,验证了有限元模型的正确性,表明利用神经网络和遗传算法极值寻优可以有效解决铝合金侧壁起皱缺陷。     

非回转对称拉深法兰曲边变形特性的实验研究

为了进一步认识和掌握薄板非回转对称成形性,向大型复杂覆盖件成形工艺及模具设计提供参考,采用试验和有限元模拟相结合的研究方法,进一步深入分析了矩形盒拉深中法兰曲边的变形特性.研究表明,在本试验条件下,法兰曲边对角线上的等效应变随矩形盒转角半径减小而减小,但变形向凹模口附近集中,不利于提高矩形盒成形性.另外,由试验、数值模拟及公式计算共同证实的法兰各特征区域的板厚变形分布状态,对于法兰应力应变分析以及分块变压料力控制拉深试验研究具有一定参考价值.     

台阶盒形件起皱和开裂改善

目的 改善台阶盒形件拉深成形时凸缘区起皱和圆角区开裂的缺陷。方法 理论分析了起皱和开裂产生的原因,利用有限元模拟分析了压边力大小、凹模运行方式和板料形状对台阶盒形件拉深成形的影响,采用实验验证了有限元模拟结果的准确性。结果 长方形板料拉深成形时,4个角部相比直边部位流动阻力更大,直边部位材料过度向模具型腔内流动,造成凸缘区周向压应力过大,进而引起起皱,当零件拉深深度较大时,圆角部位材料变形剧烈且材料流动不均匀,极易产生开裂;采用20 kN的压边力、梯形的凹模向下运行方式和类椭圆形板料的工艺参数可以控制材料流动,使板料变形均匀并改善凸缘区起皱和圆角区开裂缺陷。结论 有限元模拟可为冲裁工艺参数的选取提供理论指导。     

基于遗传神经网络与模态应变能的斜裂缝两阶段诊断方法

基于遗传神经网络与模态应变能,提出了一种斜裂缝两阶段诊断方法,识别梁体中斜裂缝的位置、角度和深度。根据线弹性断裂力学与虚功原理,推导了斜裂缝梁的单元刚度矩阵,得到了其频率与振型。采用遗传算法对BP神经网络的拓扑结构、权值和阈值进行优化,从而建立了遗传神经网络,用于识别梁体中斜裂缝的位置和角度;结合斜裂缝单元的模态应变能,通过对斜裂缝应力强度因子的积分,得到斜裂缝深度的解析表达式,用于识别斜裂缝的深度。数值仿真表明:能够高精度地诊断出梁体中斜裂缝的损伤状态,包括位置、角度和深度;与BP神经网络相比,遗传神经网络具有更强的泛化能力,且对测量噪声具有较好的鲁棒性。     

Using genetic algorithm-back propagation neural network prediction and finite-element model simulation to optimize the process of multiple-step incremental air-bending forming of sheet metal

Using neural network to predict punch radius based on the results of air-bending experiments of sheet metal is a high efficiency work in spite of little error. A three-layer back propagation neural network (BPNN) is developed to best fit this discrete engineering problem involving many parameters of air-bending forming. A genetic algorithm (GA) is used to optimize the weights of neural network for minimizing the error between the predictive punch radius and the experimental one. Then, with the predicted punch radius and other geometrical parameters of a tool, 2D and 3D ABAQUS finite-element models (FEM) are established, respectively. The original forming process of multiple-step incremental air-bending of sheet metal, obtained from geometric planning for semiellipse-shaped workpiece, is simulated using the FEM. This process is further adjusted with simulation-optimization results, because of existing large errors in the workpiece simulated with the original forming process. Finally, a semiellipse-shaped workpiece, with average errors of +0.61/−0.62 mm, is manufactured with the optimized adjustment process. The experimental results show that the punch design method is feasible with the prediction model of GA-BPNN, and the means of optimizing process with FEM simulation is effective. It can be taken as a new approach for punch and process design of multiple-step incremental air-bending forming of sheet metal.     

流-固多层结构中软层介质参数反演研究

建立了固体层内含软层介质的多层流-固界面模型。使用传递矩阵法,导出固体层内含软层介质的流-固界面波的频散方程。根据频散方程计算频散曲线,改变软层介质的深度、厚度及横波波速,观察频散曲线的变化。使用有限元软件建立仿真模型,引入遗传反向传播(Back Propagation, BP)神经网络,对模型参数进行了反演。反演结果表明,使用遗传BP神经网络,能有效地反演出软层介质的深度、厚度与横波波速参数。     

BP神经网络求解轮轨力作用点位置的研究

测力轮对(Instrumented wheelset)是测量轮轨力最直接最准确的方法。利用有限元法建立测力轮对的有限元模型,并通过计算机模拟研究载荷作用点位置对测力轮对辐板应力的影响,在此基础上,建立加载位置的BP神经网络模型。实践表明,采用BP网络模型仿真的结果可以得到更理想的输出波形,解决或减少了传统组桥过程中存在的一系列问题,证明了所设计的网络具有足够的精度,所建立的网络也是具有应用价值的。     

超声波喷丸成形工艺参数优化及弧高值预测

超声波喷丸成形弧高值是多个工艺参数共同作用的结果,成形工艺参数的选择及对弧高值的准确预测成为难点.本文结合正交试验法和有限元分析软件ABAQUS对不同超声波喷丸工艺参数条件下的喷丸成形过程进行数值模拟分析,研究撞针速度、撞针直径、成形轨迹间矩、喷丸区域宽度对带筋板喷丸成形弧高值的影响.对试验结果进行极差分析,探讨了喷丸工艺参数对喷丸成形弧高值的影响程度,得到较优的超声波喷丸成形工艺参数组合方案.利用正交试验得到的数据作为神经网络的训练样本,建立输入为带筋板超声波喷丸成形工艺参数,输出为成形弧高值的BP人工神经网络模型,对喷丸成形弧高值进行预测.通过样本检验该BP网络模型的准确性,实验结果数据与预测数据之间的最大误差为4.69%,从而BP神经网络能够有效代替数值模拟方法预测其弧高值,缩短工艺设计时间,提高设计效率.