直缝埋弧焊管端口扩径变形分析

采用有限元模拟方法,就直缝埋弧焊管端口机械扩径变形过程进行了研究,对直缝埋弧焊管端口机械扩径过程的横断面、纵断面变形特征做了数值模拟。结果表明,沿管材轴向寸以将变形状态分为端口变形区、过渡变形区和未变形区,在扩径过程中需要确定合理的扩径长度。端口变形区壁厚减薄,而在管材与模具尾部圆角相切处应变最大,处于相邻两块模具之间的悬空段管材壁厚变化不均匀,切向拉应力最大,壁厚减薄严重,这几处需要防止变形破坏,由此可见变形过程具有十分明显的局部变形特征。对直缝埋弧焊管端口机械扩径的模拟得到了扩径长度、管端壁厚变化等对实际生产有益的结论。     

基于有限元模拟的管材剪切弯曲工艺分析

管材剪切弯曲能够实现普通冷弯方法不能达到的超小半径弯曲,是一项较为可行的技术。针对管材剪切弯曲成形的受力与变形特点,应用塑性有限元方法研究了剪切弯曲主要工艺参数对成形后管材壁厚变化及截面椭圆度的影响,分析了变形区不同位置椭圆度及壁厚的减薄情况。研究表明:t/D越大,壁厚减薄及截面椭圆度越大;而随着R/D的增大,截面椭圆度有减小的趋势,但壁厚减薄不明显。     

椭球封头冷拉深缺陷分析

起皱、局部壁厚过度减薄是封头冷拉深常见的缺陷,严重制约着拉深封头质量、成形极限的提高以及生产过程的正常进行。文章采用ABAQUS软件建立椭球封头拉深成形的三维有限元模型,并验证该模型的可靠性;发现了椭球封头拉深过程中易于出现的悬空区起皱和过度减薄两种缺陷,并分析了其形成机理,同时研究了工艺参数对缺陷产生的影响规律。研究发现,悬空区承受双向压应力区域的范围与周向压应力的大小对起皱影响明显,而切向拉应力对壁厚的减薄影响显著。增大压边力、摩擦系数和减小凹模圆角半径,可减小悬空区承受双向压应力区域的面积和周向压应力值,进而减小起皱的倾向,而过大的压边力、摩擦系数和过小的凹模圆角半径,则导致悬空区切向拉应力过大,可加剧壁厚的减薄。     

无缝钢管张力减径张力系数的理论计算与分析

通过推导钢管张力减径塑性方程,提出了表征钢管张力减径时纵向、径向和切向变形的指标,计算和分析了张力系数对张力减径变形的影响特点,并定量分析了临界张力系数的特点。分析结果表明:增大张力系数有利于促进钢管的纵向延伸变形和减壁变形,不利于减径变形;在3个方向的变形中,张力系数对壁厚变化的影响最为明显;钢管张力减径时,临界张力系数的大小只受钢管径壁比的影响,径壁比越大,临界张力系数越大;理论计算的临界张力系数的范围为0.35~0.50,任何情况下临界张力系数小于0.50。通过生产应用实例证实,根据钢管径壁比选择张力系数具有实用性和有效性。     

对轮旋压的正交试验数值模拟

为研究对轮旋压工艺参数对壁厚差及扩径量的影响,根据对轮旋压的工艺特点并结合有限元平台ANSYS软件,对筒形件旋压过程进行数值模拟,建立了三维有限元模型。采用正交试验法对对轮旋压成形工艺参数进行分析,获得了影响壁厚差和扩径量的因素主次顺序。研究结果表明,对轮旋压成形过程中,影响旋压件壁厚差因素的主次顺序为:减薄率进给比旋轮圆角半径;影响旋压件扩径量因素的主次顺序为:减薄率旋轮圆角半径进给比。     

连杆衬套旋压尺寸精度分析

针对现有连杆衬套旋压成形工艺存在的尺寸精度控制难导致的工艺制定周期长、后续加工材料去除量大、人力物力浪费严重等问题,采用单因素试验设计方法,以旋压件的扩径量和壁厚偏差作为尺寸精度的评价指标,获得了减薄率、进给比以及旋压后工件的退火温度对工件尺寸精度的影响规律。结果表明:随着减薄率的增加,扩径量和壁厚偏差均增大;进给比对工件靠近口部的扩径量影响显著,较小的进给比有利于减小口部扩径,随着进给比增加,壁厚偏差先增大后减小;退火温度的变化对工件靠近底部和口部的扩径量的影响程度明显高于工件中部的扩径量,对壁厚偏差的影响可以忽略不计。     

大型复杂薄壁壳体多道次旋压过程中的壁厚变化

基于ABAQUS/Explicit和Standard建立的包含回弹与退火的大型复杂薄壁壳体多道次旋压全过程模拟模型,分析了该过程中壁厚的分布与变化及工艺参数对壁厚的影响规律。结果表明,壁厚减薄经历了剪切减薄和拉薄两个阶段,壁厚剧烈减薄部位位于旋轮后方的环带并向工件口部移动,而且其值逐渐减小;壁厚沿工件母线方向分布不均匀,沿周向分布较均匀;回弹对壁厚的分布影响不大。摩擦系数在一定范围内的增大,可以有效地抑制第一道次旋压过程中壁厚过度减薄的发生,使壁厚分布更均匀;而旋轮进给比对工件壁厚的影响与摩擦系数的作用相反。在后续道次旋压过程中,工件壁厚差随着摩擦系数的增大先减小后增大,随着旋轮进给比的增大逐渐减小。这些结果可为大型复杂薄壁壳体多道次旋压成形参数的确定和优化设计提供理论依据。     

镀锡钢薄壁罐胀形壁厚变化分析

为了提高薄壁罐气压胀形的成形质量,减少壁厚严重减薄而产生皱折、破裂等成形缺陷,使用钣金成形专用软件模拟薄壁罐气压胀形过程。分析了成形3个阶段金属流动情况、壁厚变化、应力和应变分布规律以及罐坯成形极限,中间阶段对胀形结果影响明显,壁厚减薄、应力和应变的最大值发生在胀形的最大变形区。试验验证与模拟分析吻合。     

基于Simufact多道次变薄拉深筒形件尺寸精度研究

为了探究多道次变薄拉深冷成形加工工艺参数与筒形件尺寸精度之间的关系,采用Simufact. forming有限元仿真软件,选取C15-c低碳钢为试验材料进行多道次变薄拉深冷成形模拟试验,采用正交试验设计方案,探究了多道次变薄拉深冷成形过程中工艺参数(减薄率、凹模锥角与摩擦系数)对筒形件尺寸精度(内径扩径量、外圆度误差与壁厚偏差)的影响规律,并进行了试验验证。结果表明:在C15-c低碳钢材料筒形件的多道次变薄拉深冷成形工艺中,当减薄率为40%、凹模锥角为12°、摩擦系数为0. 10时,筒形件的尺寸精度较高。加工工艺参数对内径扩径量的影响顺序为:减薄率凹模锥角摩擦系数;对外圆度误差的影响顺序为:摩擦系数凹模锥角减薄率;对壁厚偏差的影响顺序为:减薄率凹模锥角摩擦系数。     

基于凸形集磁器的管件电磁胀形电磁力及成形性分析

针对传统管件电磁胀形存在的壁厚减薄以及轴向变形不均匀的现象，提出了基于凸形集磁器的管件电磁胀形方法，通过调控径向电磁力分布以及轴向电磁力协同加载，为同时改善管件的壁厚减薄量过大和轴向变形不均匀提供了新的技术途径。为验证成形有效性，利用COMSOL软件构造了管件二维轴对称电磁-结构耦合模型，对比分析了有无凸形集磁器时径、轴向电磁力分布、轴向变形均匀性和壁厚减薄量变化，并研究了凸形集磁器内外壁高度对管件成形的影响。结果表明，相较于传统管件胀形，新成形方法下管件轴向变形均匀性提高了4.2倍，壁厚减薄量减小了33%。     

变径管内高压成形送料区壁厚分布规律

通过力学分析和全量本构方程,推导出了变径管内高压成形送料区壁厚增厚的解析公式。该公式反映了送料区初始长度、摩擦系数、内压等参数与送料区两端壁厚差之间的定量关系,并与数值模拟获得的规律一致。结果表明,送料区两端壁厚差受送料区初始长度、摩擦系数及内压的影响,随着送料区初始长度、摩擦系数和内压的增加,送料区两端壁厚差会越来越大,即靠近送料区外端点的壁厚增加会更加明显。因此保证内高压成形得到的变径管送料区壁厚增加不明显的措施是:尽量减小送料区初始长度、减少摩擦,选择较低的成形内压。     

圆管扩径过程的变形分析

根据塑性流动理论,推导了圆管扩径过程厚向压变形与环向拉变形之比η的计算方法。进行了圆管扩径试验,按实测的扩径力反算了接触面的摩擦系数。提出了一种采用平均扩径系数,避免数值积分方法的η值工程算法。试验和计算结果表明,η值随扩径系数增大而减小;随顶锥锥角增大而增大。厚环向变形比的计算值和测量值符合较好。两种计算方法的结果相当一致。     

摩擦系数对齿圈压板精冲剪切面光亮带比的影响

在数值模拟中分别改变板料-凸模界面摩擦系数、板料-凹模界面摩擦系数和同时改变这两个界面摩擦系数,研究减小不同界面摩擦系数变化对齿圈压板精冲剪切面光亮带比的影响规律。结果表明,减小板料-凸模界面摩擦系数获得的光亮带比最大,减小板料-凹模界面摩擦系数次之,同时改变两个界面摩擦系数的情况下光亮带比最小;当板料接触界面摩擦系数较小时,改变板料-凸模界面摩擦系数可以获得最大的光亮带比;当摩擦系数较大时,同时改变板料上下表面摩擦系数可以获得最大的光亮带比。改变板料摩擦系数可以显著扩大剪切区内静水压应力分布的范围,抑制凹模刃口附近裂纹的萌生。     

Thermomechanical modelling of oblique cutting and experimental validation

An analytical approach is used to model oblique cutting process. The material characteristics such as strain rate sensitivity, strain hardening and thermal softening are considered. The chip formation is supposed to occur mainly by shearing within a thin band called primary shear zone. The analysis is limited to stationary flow and the material flow within the primary shear zone is modelled by using a one-dimensional approach. Thermomechanical coupling and inertia effects are accounted for. The chip flow angle is determined by the assumption that the friction force on the tool face is collinear to the chip flow direction. At the chip–tool interface, the friction condition can be affected by the important heating induced by the large values of pressure and sliding velocity. In spite of the complexity of phenomena governing the friction law in machining, a reasonable assumption is to consider that the mean friction coefficient is primarily function of the average temperature at the tool–chip interface. Comparisons between model predictions and experimental results are performed for different values of cutting speed, undeformed chip thickness, normal cutting angle and inclination angle. A critical study is presented in order to show the influences of the input parameters of the model including the normal shear angle, the thickness of the primary shear zone and the pressure distribution at the tool–chip interface. The model permits to predict the cutting forces, the chip flow direction, the contact length between the chip and the tool and the temperature distribution at the tool–chip interface which has an important effect on tool wear.     

管材扩径时摩擦对变形状态的影响

摩擦对各种塑性加工有着极大的影响.本文采用圆柱坐标系分析了扩径时的应力应变,得出了与摩擦系数有关的应力数学表达式.同时,分析了摩擦对弯曲中性层的影响,得出了相对半径与摩擦系数的关系式,以及摩擦对制件壁厚均匀程度和口部拉裂的影响.通过采用不同的润滑剂来控制摩擦系数,可以得出不同的相对半径值,最后得出最佳摩擦值为0.15～0.3.     

TA1-Al双金属复合管冷推弯模拟及试验

为探讨TA1-Al双金属弯头管件的塑性成形规律,采用有限元模拟首先确定双金属复合管推弯成形的界面结合强度临界值,其次研究轴向推制速度、摩擦因数对界面最大剪切应力及复合弯头壁厚分布的影响。模拟结果表明,复合弯头推弯成形的临界结合强度为50 MPa。另外,要制备界面无分层的复合弯头,推制成形速度和摩擦因数应分别小于10 mm/s和0.125。复合弯头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。     

等温变形对惯性摩擦焊IMI834/Ti6246双钛合金组织与性能的影响研究

采用惯性摩擦焊与等温变形相结合的复合技术制备出IMI834/Ti6246双钛合金缩比盘,分析了等温变形对惯性摩擦焊双钛合金缩比盘组织与性能的影响。结果表明：IMI834/Ti6246双钛合金经惯性摩擦焊后焊缝组织细小,但两侧热影响区内组织粗大,超声波无损检测发现焊后双合金缩比盘内局部存在有缺陷。而IMI834/Ti6246双钛合金经等温变形后,焊后缺陷得到有效消除,焊缝两侧热影响区组织发生了明显改变,中心焊缝和两侧热影响区过渡更加均匀。惯性摩擦焊IMI834/Ti6246双钛合金缩比盘等温变形后焊缝得到有效强化,惯性摩擦焊+等温变形工艺可用于制备高性能双钛合金盘件。     

基于Dynaform的汽车前托架成形分析及参数优化

分析讨论了汽车前托架零件的成形工艺及有限元分析前处理中工具体与板料的网格划分;探究了摩擦系数、压边力对板料成形的影响。结果表明,较小的摩擦系数增加了零件的起皱趋势,但对破裂缺陷有较大改善;基于模面破裂危险区的形变分析,对模面修改后进一步进行压边力优化,从而进行了符合实际工艺的多阶段前托架成形优化分析。采用优化后的工艺参数和模面形状进行实际试冲,得到了合格的零件,板料变薄率和增厚率分别在20%与5%的允许范围内。实际试冲与数值模拟的板料厚度应变误差在4%范围内,且板料轮廓收料情况相符。     

搅拌针转速对厚板镁合金SSFSW焊缝组织及性能的影响

对9 mm厚板AZ31B镁合金进行静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welding,SSFSW)工艺试验,探讨搅拌针转速(500～1 000 r/min)对焊缝组织及力学性能的影响规律.结果表明,在给定焊接速度80 mm/min下,搅拌针转速在600～800 r/min范围可获得表面光滑、无内部缺陷的对接焊缝,当转速为1 000 r/min时焊缝表面出现不连续凹坑但内部仍无缺陷.随着转速增加,晶粒尺寸由(11.11±1.68)μm增加到(18.95±1.83)μm;在700 r/min时焊核区晶粒尺寸沿板厚差异最小.焊缝中间硬度分布具有不均匀性且随转速增加而减小,最大差异为10.97 HV,最低硬度47 HV位于前进侧的热力影响区与焊核区界面处.在700 r/min下接头力学性能最佳,强度系数为90.2%、对应断后伸长率为母材69.3%.随着转速增加,断裂模式由韧-脆混合断裂转变为剪切-韧性混合断裂.     

TC4合金线性摩擦焊摩擦时间与变形量的关系

用自制的XMH-160型线性摩擦焊机，试验研究了TC4钛合金线性摩擦焊的摩擦时间对摩擦变形量的影响，结果表明，其变形量随摩擦时间的增加近似呈指数关系增大。分析了出现非线性摩擦变形量的原因，以及线性摩擦焊飞边形貌的一些基本特点。