基于液压胀形实验及增量理论构建管材本构关系

为了准确构建管材本构关系,提出一种新的依据管材液压胀形实验数据、运用增量理论构建管材本构关系的方法。通过采用三维应变测量分析系统在线实时测量管材胀形实验中胀形区的三维位移场,并通过计算获得三维应变场、壁厚减薄等,避免了对管材胀形轮廓形状的预先假设。为了验证提出方法的可靠性,将运用增量理论、全量理论及单向拉伸实验确定的管材材料参数分别用于管材液压胀形实验的有限元模拟,并将模拟得到的管材的最大胀形高度、胀形轮廓形状与实验结果进行对比。结果显示,基于增量理论法获得各项结果的偏差均最小,在6.7%范围以内,故基于增量理论的方法能更准确地预测管材材料的本构关系。     

基于应变速率变化准则构建管材液压胀形成形极限图

基于应变速率变化准则(Strain Rate Change Criterion,SRCC),研究了管材液压胀形过程中极限破裂点与其相邻节点应变速率之间的关系。通过对比胀形区中截面极限状态点与其相邻网格节点的应变速率值,可以判断管材胀形过程是否发生了破裂失效。通过管材液压胀形成形极限破裂实验发现,在管材胀形区极限状态点达到破裂时刻的应变速率值与胀形过程其它时刻的应变速率值相比有明显的突变,说明随着胀形区变形程度的增加,由于加工硬化等现象,胀形区可能发生了分散性失稳,从而使得胀形区变形不均匀。分析实验结果表明,管材液压胀形区中心单元体与其相邻节点之间的应变速率比值达到100左右时,认为管材达到破裂状态,通过提取胀形区极限状态点的极限主应变值来构建成形极限图,实验结果与数值仿真结果吻合较好。     

基于最大m值法的超塑性胀形最佳压力加载方式

采用最大m值法拉伸试验获得了随应变变化的最佳应变速率关系曲线,以控制钣金超塑胀形气压加载,使得板料变形集中部位的实际等效应变速率等于变化的最佳应变速率,而非等于恒应变速率拉伸获得的最佳应变速率定值,从而获得比目前基于恒应变速率超塑胀性更优良的成形性能。以2A12铝合金为研究对象,采用最大m值法拉伸实验获得其最佳应变速率关系曲线,以控制超塑性胀形,并与恒应变速率胀形进行比较;为改善壁厚均匀性,设计了正反胀形模具与工艺,并结合有限元软件MSC.Marc 2010,对整流罩进行单向和正反向胀形模拟,并进行实验验证。结果表明,对于单向胀形,基于最大m值法的简化应变速率胀形,其成形时间仅为760s,较恒应变速率胀形3 360s大幅缩短,而二者的减薄率分别为70.4%和70.9%,在降低减薄率的同时,极大的提高了胀形效率;基于最大m值法的简化应变速率正反胀形,零件最小壁厚为1.157mm,较基于最大m值法的简化应变速率单向胀形零件的最小壁厚0.887mm有一定程度增加,而不均匀性则由69.97%降为28.9%,有效改善了壁厚均匀性;实验证明,采用最大m值法的胀形件的最小壁厚有所提高,均匀性得到了有效改善,且壁厚分布与模拟结果相吻合。     

应变路径改变对管材液压胀形成形极限图的影响

以管材液压胀形工艺为研究对象,对常见的应变路径进行分类,采用"分段逼近"的数学简化方法,将复杂应变路径简化为分段应变路径.基于Swift分散性失稳准则建立了单一应变路径的管材液压胀形成形极限图;利用Hill集中性失稳准则建立了复杂应变路径下的成形极限图.通过对比不同应变路径下的管材液压胀形成形极限图,揭示了应变路径的改...     

铝合金方形管件液压胀形成形性的有限元模拟和实验研究

管材液压胀形件的变形复杂,难以确定其最佳成形路径。着眼于A6063铝合金方形管件的液压胀形,探索可以提高其成形性的最佳加载路径。使用ABAQUS EXPLICIT软件,对管材液压胀形过程进行有限元模拟,分析轴向和圆周方向的应变,假定管材在液压胀形中为平面应力状态,使用由S-R理论得出的FLD对不同应变路径下的管材液压胀形的成形性进行评价,并在此基础上确定最佳加载路径。为了验证理论结果的有效性,使用直径为Φ40 mm、厚度为2 mm的A6063铝合金管进行了实验研究,实验结果和理论预测基本一致。     

曲面件液压成形的计算机模拟与实验研究

为了解决2219合金大尺寸曲面件室温塑性差、成形极限低和容易起皱等问题,采用Abaqus/CAE软件对2219合金搅拌摩擦焊接板胀形进行了计算机模拟,研究了液压压力和热处理对成形零件壁厚分布、应力应变分布的影响。结果表明,随着液压压力的增加,焊接板最小壁厚逐渐降低,最大主应变和胀形高度逐渐增加,且最小壁厚位置也从圆角处过渡至中心处,而最大主应变所在的位置都在圆角处;相比于焊态胀形板,热处理后的最小壁厚有所减小,且胀形高度有所增加;随着液压压力的增加,胀形板的胀形高度呈现逐渐增加的趋势,在液压压力为25 MPa时胀形板在凹模圆角区域发生破裂,与计算机模拟结果相符合,这能为实际胀形过程提供必要参考。     

镁合金笔记本外壳温成形过程中的温度场仿真

引入一种集中性失稳准则,进行胀形工艺的评价.理论推导出AZ31B镁合金管材胀形工艺的集中性极限失稳系数,并提出了胀形过程中最大胀形系数的计算方法.设计不同的凸模下压速度、不同壁厚方案并完成相应的数值模拟.根据对模拟结果进行数据分析发现,凸模下压速度为5m/s、壁厚为1.2mm时最大胀形系数没有超过许用值,认为是合理、安全的.     

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。     

铝合金搅拌摩擦焊管液压胀形性能及变形规律

利用搅拌摩擦焊及变薄旋压复合工艺获得2024铝合金管材,通过胀形实验研究退火处理后不同焊接匹配系数铝合金焊管的胀形性能及环向壁厚分布。利用数值模拟分析不同焊接匹配系数焊管胀形时焊缝与母材的变形差异及应力、应变发展过程。结果表明:高焊接匹配系数焊管较低焊接匹配系数焊管表现出更高的膨胀率和更均匀的环向壁厚分布。利用数值模拟结合力学分析得出,高焊接匹配系数的焊管,焊缝等效应力高于母材,焊缝处于双拉的应变状态;而低焊接匹配系数的焊管焊缝的等效应力稍低于母材,焊缝处于环向受拉,而轴向先受压后受拉的应变状态。高焊接匹配系数利于焊缝协调母材变形,从而使焊管获得较好的胀形能力。     

汽车异形管件挤压成形计算机仿真

对汽车异形管件的挤压成形过程进行有限元模拟,研究了管坯厚度和成形轴向速度对管件成形质量的影响。模拟结果表明:管壁厚度从两端出现急剧缩小,并在管道中间处出现小幅上升;壁厚减幅最大处出现在管材两端倒角和胀形最大区域的连接处;壁厚为1 mm,轴向速度为0.5 mm/s时,得到的成形管件管壁最大等效应力为284 MPa,接近于理想状态,未发生冲击断裂的危险;等效总应变则随着壁厚和轴向速度的增加而逐渐减小。     

球形旋转接头胀形加工的模拟研究

利用MARC软件,采用特定加载路径分别对球形旋转管接头外管及内管的胀形过程进行了二维数值模拟,分析了所选两种加载路径对胀形时管材形状及壁厚分布的影响,进行了球形旋转管接头液压胀形试验,成功试制出合格旋转管接头,为管接头的胀形加工提供了理论依据。     

强力旋压镁合金筒形件的显微组织及微纳力学性能

以AZ31镁合金的强力旋压成形工艺为例,通过6道次旋压成形获得镁合金筒形件,对其各道次组织演变规律及筒坯的微纳力学性能进行了分析。原始筒坯壁厚为10mm经6道次强力旋压成形,获得了壁厚为1mm的成形良好、无鼓包等缺陷的镁合金筒形件;采用金相显微镜对各道次的筒坯试样的显微组织进行分析,结果表明:组织由原始粗大的、不均匀组织逐步转变为以孪晶为主、细小的均匀的组织;采用G200微纳力学测试系统对各道次的镁筒坯试样进行纳米压痕测试分析,结果表明:镁合金筒坯硬度随着旋压道次的增加而提高,原始镁合金筒坯硬度为0.377GPa,6道次旋压后镁合金筒坯的硬度为1.053GPa,提高约2.8倍,而旋压前后模量值保持基本不变;采用万能试验机对旋压成形的筒形件进行拉伸试验并对其断口进行SEM分析,结果表明:旋压前后的镁合金筒坯断口均呈现塑性断裂,但是原始镁合金断口中韧窝大而深,经多道次旋压后的断口中韧窝小而浅。     

Deformation Characterization of Friction-Stir-Welded Tubes by Hydraulic Bulge Testing

In this article, the large-diameter thin-walled aluminum alloy tubes were produced using a hybrid process combining friction-stir welding (FSW) and spinning. For this novel process, rolled aluminum alloy sheets with a thickness about 2–3 times the wall thickness of target tube, were FSW to form cylinders, and then the cylinders were subjected to spinning to get thin-walled aluminum alloy tubes. Both experimental and simulation study were conducted to investigate the deformation characterization of the FSW tube during hydraulic bulge testing, and the stress and strain states and thickness distribution of the FSW tube were investigated. It was found that the common defects of FSW tube can be significantly improved by specific welding devices. The ductility of the tube is considerably improved with nearly two times higher bulge ratio than as-spun tube after annealing treatment at 300°C. But the annealed tube still shows a high nonuniform wall thickness distribution due to the inhomogeneous deformation characteristics. With increasing deformation of the tube, the gap between the hoop and axial stress for the weld and base metal (BM) decreases. However, the hoop and axial stress of the weld are always greater than those of the BM at the same pressure.     

废硫酸回收用钽管的加工研究

研究了废硫酸回收用钽管的加工工艺。通过改进挤压管坯镗内孔的工艺,实现了挤压管坯不中断,用较长的挤压管坯生产Ф25×0．9×11000mm的长钽管,减少了管材切头尾的长度,提高了管材成品率。在确定成品管前一道次管坯的尺寸时,要综合考虑LD30轧机最大装料长度、钽材的变形程度和减径量与减壁量的比值。用本工艺所制备的钽管已用于废硫酸回收的钽蒸发器的制造,获得良好的应用效果。     

三辊轧管机上钢管变形特点研究(上)

三辊轧管机的3个轧辊上各有1个台肩,其台肩区几乎承担了钢管的全部减壁任务,具有很强的延伸能力,在台肩上钢管的变形量大,而且具有集中性、瞬时性。在研究钢管变形特点的基础上,讨论了台肩的作用、与变形特点有关的变形量、高合金轧制和薄壁管轧制精度等工艺问题。     

钛合金筒形件真空热胀形壁厚效应的数值模拟

建立了钛合金筒形件真空热胀形的二维非线性热力耦合有限元模型。使用有限元软件MSC-Marc对钛合金简形件真空热胀形过程进行数值模拟。计算了钛合金筒形件真空热胀形过程的温度场和变形场，并进行了相应的实验验证。模拟结果与实验结果吻合较好。用建立的模型对真空热胀形过程中钛合金筒形件壁厚效应进行数值模拟，讨论了一定工艺条件下钛合金筒形件壁厚与弯曲角度、胀形量和残余应力之间的关系，为实际生产中制定和优化钛合金筒形件真空热胀形工艺参数提供理论与实践依据。     

管材自由胀形时极限载荷及成形极限的确定

基于轮廓形状为余弦曲线及轮廓上任一质点的运动轨迹与轮廓正交的假设及材料各向异性理论,建立直观的数学模型,并借助数值计算方法,快速、准确地确定薄壁管材无模约束自由液压胀形的成形载荷及成形极限。通过对不锈钢及低碳钢薄壁管的液压胀形实验来验证理论模型及计算结果的正确性,并分析及比较胀形中的成形载荷变化规律、管材壁厚及轮廓形状的变化规律。研究结果表明,自由胀形长度l0对于极限载荷pb值的大小有较大的影响,但对极限胀形系数Kmax影响较小;基于该模型计算的极限载荷(破坏时的液压力)及成形极限更加接近实际,可用于管材液压胀形的生产中。     

Evaluation of tubular materials by a hydraulic bulge test

This paper aims to evaluate the properties of tubular materials by hydraulic bulge tests combined with a newly proposed analytical model. Annealed AA6011 aluminum tubes and SUS409 stainless steel tubes are used for the bulge test. The tube thickness at the pole, bulge height and the internal forming pressure are measured simultaneously during the bulge test. From above experimental data, the effective stress–effective strain relations can be derived by this analytical model assuming the profile of the free bulge region as an elliptical surface. The flow stresses of the tubular materials by this approach are compared with those obtained by the tensile test and Fuchizawa's model. The finite element method is used to conduct the simulations of hydraulic bulge forming with the flow stresses obtained by the above-mentioned models. The analytical results of forming pressures versus bulge heights are compared with the experimental results to validate the approach proposed in this paper.     

三辊轧管机上钢管变形特点研究(下)

三辊轧管机的3个轧辊上各有1个台肩,其台肩区几乎承担了钢管的全部减壁任务,具有很强的延伸能力,在台肩上钢管的变形量大,而且具有集中性、瞬时性。在研究钢管变形特点的基础上,讨论了台肩的作用、与变形特点有关的变形量、高合金轧制和薄壁管轧制精度等工艺问题。     

斜轧穿孔顶头平整段锥角的选择

改善毛管壁厚均匀度是提高成品钢管壁厚尺寸精度的基础,而正确选择顶头平整段锥角是确保斜轧穿孔过程中获得良好的均壁效果的重要条件。探讨了利用斜轧穿孔机轧辊开度方程来选择顶头平整段锥角的有关问题。