工艺参数对基于3D打印支撑模具板料双点渐进成形性能的影响

目的 提高基于3D打印支撑模具的板料双点渐进成形的成形性能,获得更好的成形参数。方法 选择工具头直径、加工步长、进给速度3个工艺参数为因素,设计单因素实验,加工支撑模具半径为45 mm的球冠,获得成形破裂角度,得到成形性能较好的工艺参数范围,确定成形性能较高的双点渐进成形方案。结果 通过实验数据对比并综合表面质量、加工时间及成形精度等因素考虑,最佳工艺参数工具头直径为 10 mm（实验选择8, 10, 12 mm）,垂直层进给量为0.5 mm（实验选择0.2, 0.5, 1 mm）,加工进给速度为 400 mm/min（实验选择300~500 mm/min）。结论 一定区域内工具头半径越小,垂直层进给量越大,工具头进给速度越大,板料成形性能越好。     

基于随动支撑的板料渐进成形数值模拟

目的 提出了基于随动支撑的板料渐进成形方法,研究基于随动支撑的渐进成形在刀具与随动板之间距离不同时成形精度、厚度、轴向力、等效应变和等效应力的变化情况。方法 通过对厚度为1 mm的6061铝合金板料分别进行普通渐进成形数值模拟、刀具与随动支撑板距离为1 mm和0.8 mm的随动支撑渐进成形数值模拟,分析了板料在成形过程中成形精度、厚度、轴向力和等效应变的变化情况,并将普通渐进成形数值模拟的结果与刀具和随动支撑板距离为1 mm和0.8 mm的基于随动支撑渐进成形数值模拟结果进行对比分析。结果 与普通渐进成形相比,随动支撑渐进成形能够提升成形精度,但当刀具与随动板之间的距离较小时,成形精度较差;随动支撑渐进成形板料侧壁厚度更薄,轴向力的数值及波动范围都更大,且随着刀具与随动支撑板之间距离的减小而增大。此外,当刀具与随动支撑板之间的距离为0.8 mm时,随动支撑渐进成形板料的等效应变会明显增大。结论 基于随动支撑的板料渐进成形在一定程度上可以提高板料成形精度。     

波长对板料锤击式渐进成形性能的影响

目的研究不同波长对板料锤击式渐进成形性能的影响规律。方法以波长为单一因素,将波长值从0.5~5 mm进行多次重复性实验,分别与普通渐进成形实验结果进行对比。结果波长对材料的成形性有显著影响,锤击式渐进成形波长值在0.5~5 mm时,板料的成形性能均高于普通渐进成形,随着波长的增加,板料的成形性能降低,成形时间减少。结论锤击式渐进成形相对于普通渐进成形在成形性能方面具有优越性,综合考虑成形性能、加工时间和表面质量等因素,板料锤击式渐进成形波长为0.5 mm时,成形性能最好。     

渐进成形A3003铝板减薄带分析及数值模拟研究

研究渐进成形过程中板料减薄带的变化,可以提供合理的加工参数,提高板料的成形性能和加工利用率,减少零件破裂失效.基于渐进成形过程中金属板料轮廓的变化与理想情况下轮廓的区别,对渐进成形初始成形阶段A3003铝板减薄带的产生原因和剪切力的变化过程进行了理论分析,并通过有限元模拟分别从未变形区金属板料的长度和强度两个角度对板料渐进成形过程中未变形区下沉的影响,以及成形角度和杨氏模量对变形区回弹的影响两个方面,对减薄带的产生原因进行研究.结果表明:板料未变形区的下沉和变形区的回弹使板料在初始加工阶段形成一段平缓区域,工具头在平缓区域的变形性质发生了变化,平缓区域发生剪切变形导致了板料在初始加工阶段形成了减薄带;渐进成形时减小板料未变形区的长度,增大板料与垂直方向的角度可以一定程度上阻碍减薄带的产生,模拟结果与理论分析相符合.     

TC4深筒形件超塑预成形模具型面设计及变摩擦厚度控制

以正反向超塑成形厚度均匀的TC4钛合金深筒形件为背景(厚度精度要求1.6mm±0.2mm),设计了多种预成形模形状,采用MSC.MARC有限元模拟研究了不同形状的预成形模对深筒形件侧壁厚度分布的影响, 并分析了预成形模和终成形模的表面摩擦系数分别对成形件壁厚分布的影响,提出了模具型面变摩擦控制厚度分布的方法.结果表明:预成形模对压边部分环形带区域和筒形件底部区域的局部预减薄,对最终侧壁的厚度分布有非常大的改善.同时,合理地增大预成形模的表面摩擦能显著增加预成形的局部减薄作用,对于提高工件最终壁厚分布均匀性有利.减小终成形模的摩擦,可以使板料整体变形均匀化,壁厚分布趋于均匀.根据有限元分析结果,对模具表面进行处理,并通过正反向超塑成形实验制得TC4钛合金深筒形件,其厚度分布满足1.6mm±0.2mm.     

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。     

薄壁环形零件滚压成形研究

选择对称带槽薄壁环形零件,采用紫铜板料,通过有限元模拟及成形试验分析了薄壁环形零件滚压成形的力学特征、主要成形缺陷及成形极限,给出了试件变形区的应力应变分布、试件宽度与槽部高度的变化及滚压成形缺陷的试验结果.研究结果表明:采用滚压成形方法加工薄壁环形零件是可行的,滚压成形是局部变形,变形区壁厚变薄;当厚宽比t/6≤0.044时试件与模具接触的槽底部金属起皱,t/b≥0.058时开裂;可以通过增大板料厚度和滚压系数mG提高槽部成形极限.     

板料渐进成形数值模拟与实验研究

为提高渐进成形的成形效率和成形质量,了解板料渐进成形的变形规律及工艺参数对成形的影响,采用有限元方法对板料渐进成形过程进行了数值模拟研究,分析了斜壁盒形件渐进成形过程应力分布和厚度变化趋势,通过对不同进给量和不同成形路径进行数值模拟,分析了工艺参数对成形的影响.结果表明,斜壁盒形件最大应力和最大厚度减薄发生在底面拐角处;成形过程中工具头运动轨迹应尽量采用走螺旋线的方式,可以提高成形件的成形能力和成形质量.渐进成形实验表明,数值模拟结果与实验结果基本吻合.     

单点渐进成形工艺参数对正五边锥形件壁厚的影响

目的 利用数值模拟方法研究单点渐进成形工艺参数对制件成形区最小壁厚的影响规律,得出最优工艺参数组合,提高制件的成形质量。方法 在对2024铝合金正五边锥形件建立有模单点渐进成形数值仿真模型的基础上,对进给率、层间距、成形工具头直径和摩擦因数对制件成形区最小壁厚的影响进行单因素和正交试验分析,并通过物理试验对仿真优化后的工艺参数组合进行验证。结果 正五边锥形件单点渐进成形加工过程中,最小壁厚与进给率、层间距成反比,与成形工具头直径成正比,而摩擦因数对最小壁厚的影响较小;各工艺参数对最小壁厚的影响程度为进给率＞层间距＞成形工具头直径＞摩擦因数;最佳工艺参数为成形头直径9 mm、进给率200 mm/min、加工层间距0.2 mm和摩擦因数0.1。结论 通过有限元仿真得出了单点渐进有模成形工艺对制件最小壁厚的影响规律,通过正交试验分析得出了正五边锥形件单点渐进有模成形最佳工艺参数组合,利用该参数组合可以得到壁厚较为均匀的正五边锥形件。     

渐进成形不同热辅助工艺对制件微观结构影响的研究进展

渐进成形作为一种先进的柔性成形技术获得了当今学者的广泛关注,然而传统渐进成形工艺难以对室温环境下整体延展性较差的板料进行加工成形,研究人员提出的不同类型热辅助工艺可以通过提高板料温度环境进而有效改善上述问题。对热辅助渐进成形体系进行了简要概述,按照渐进成形加热方式的不同将热辅助工艺分为热介质加热、电辅助加热、热辐射加热和其他方式加热4个大类,在此基础上综述了不同学者在热辅助渐进成形工艺方面的学术成果,并基于不同类型的热辅助工艺,结合微观层面总结了温度对板料成形性的影响。在热渐进成形加工过程中,材料处在多场耦合作用的复杂情况下,其中热场是导致板料微观组织变化的主要原因,辅助工艺提供的额外热源有利于材料组织发生演变,最终显著改善了材料的成形性,进而提高了零件的成形极限。最后,针对不同类型的热辅助方式在供热范围与温度均匀性等工艺方面不尽相同的问题,作出了简要评价。     

3D 打印技术在金属成形领域的应用和展望

3D打印技术是新型精密成形技术,也是第三次工业革命的核心技术,在金属成形领域发挥着重要作用。3D打印由于加工速度快、材料利用率高、成形件形状不受限制的优势,应用领域相对广泛。文中重点介绍国内外3D打印的工艺研究现状、材料研究现状以及新型高端成形设备,从3D打印所占据市场份额出发,展望其发展前景。     

钢制轮辋滚压成形数值模拟与实验研究

目的 解决合金钢制轮辋滚压成形精度低和圆角减薄难以控制等问题。方法 通过Solidworks建立钢制轮辋三维模型,并对轮辋滚压模型参数进行优化设计,确定材料应力–应变、接触边界条件,且根据节点线速度相等原理计算钢制轮辋滚压成形时间步长。运用有限元软件Simufact Forming分析不同工艺参数对成形厚度的影响,在此基础上,优化滚压成形工艺参数组合,并分析各道次滚压轮辋应力和应变的仿真结果,引入质点追踪技术,分析应力在每个增量步内的变化规律。结果 对比分析仿真与实验测试数据,发现仿真厚度与实际厚度基本吻合,验证了滚压工艺仿真的正确性。结论 增大摩擦因数有利于工件成形,但当摩擦因数增大到0.3后,对成形壁厚影响不明显。随着进给速度的增大,测点厚度增加,此时利于成形,但进给速度过大,侧向力变大,易造成工件偏移。降低转速有利于控制轮辋减薄。在成形过程中,一滚凹槽先产生较大应力,且应变较大;二滚预成形轮缘,该处应力和应变均较大,且最大等效应力出现在轮缘部位;三滚轮辋精确成形,应力分布更加均匀,圆角变形相对较小,轮辋圆角减薄率明显提升。     

TB8钛合金直壁方形盒多道次渐进成形壁厚分布的试验研究

目的 改善直壁方形盒制件在传统成形路径中厚度减薄严重的问题。方法 采用一种上下交替往复成形轨迹的方法对TB8钛合金直壁方形盒进行试验研究,分析不同成形轨迹下制件壁厚的变化规律,测量直壁方形盒的最大减薄情况,并在此基础上讨论减薄程度与制件口部翘曲间的相关性。结果 采用上下交替往复成形轨迹的方法能使制件壁厚减薄程度减轻、壁厚分布更加均匀且壁厚突破正弦定律,经测量制得的TB8钛合金直壁方形盒的最大减薄率为42.6%,比经自上而下成形轨迹的成形方法制得的TB8钛合金直壁方形盒的最大减薄率降低了23%,同时能有效减轻制件口部翘曲程度。结论 上下交替往复成形轨迹的成形方法是改进传统自上而下成形方法制作直壁方形盒的有效途径。     

3D打印陶瓷铸型研究与应用进展EI北大核心CSCD

陶瓷铸型是一类应用于熔模精密铸造领域、用于成型铸件内外部结构的复杂部件。随着铸件复杂度的提升,需要更加精细、复杂的铸型来满足铸造需求,然而传统的陶瓷铸型成型手段如注射成型等存在成本高、研发周期长等问题,难以满足复杂精细结构的成型要求。3D打印技术作为一种快速成型手段能够精准成型复杂精细结构,将其应用于铸型生产,不仅能够解决复杂结构的成型问题,同时也能降低生产成本、缩短生产周期。本文主要阐述了3D打印技术在陶瓷铸型生产中的应用,从应用于铸型3D打印陶瓷材料的种类及特性、典型铸型3D打印技术及铸型打印后处理手段三个方面对3D打印技术陶瓷铸型的研究与应用进行介绍,并对该技术未来的发展进行展望,指出3D打印技术能够有效解决复杂陶瓷铸型的成型问题,从而满足复杂空心结构金属件的铸造需求。     

多点复合渐进成形与单点渐进成形的对比分析

为提高金属板材渐进成形的成形质量、成形精度、成形效率和成形极限,了解不同渐进成形工艺对制件成形性能的影响,本文以典型方锥台制件为研究对象,利用有限元软件MSC.Marc对2种渐进成形工艺进行了三维建模,对比分析了单点渐进成形和多点复合渐进成形对制件等效塑性应变、厚度分布和成形精度的影响.数值模拟结果表明:单点渐进成形的等效塑性应变和厚度减薄主要集中在制件相邻侧壁间的拐角处,而多点复合渐进成形的等效塑性应变和厚度减薄均匀地分布在制件成形区;相同成形工艺参数下,相比单点渐进成形,多点复合渐进成形更有利于制件的成形效率、成形质量、成形精度和成形极限的提高,更有利于抑制破裂等失稳现象的产生.2种渐进成形工艺的成形试验表明,数值模拟结果与试验相符.     

管式结晶器爆炸成型实验研究

以爆炸加工复杂内腔管式结晶器为例,简要介绍了爆炸成型的机理,并对其实验的方法、装置、过程以及能量分析、药量计算进行了论述。实验结果表明,爆炸成型加工管式结晶器是可行的,管坯零件内表面精度取决于芯模的精度,用药量主要与管坯的材料、厚度和变形量有关。存在的一些问题是正确估算管坯变形所需药量及其分布,同时提高密封系统的质量。     

板厚对08Al薄板单点渐进成形中成形极限的影响

目的 针对渐进成形中成形极限测量难的问题,提出一种新的评定成形极限方法.方法 选用08Al为实验材料,通过模拟和实验相结合的方法,研究不同板厚下成形极限角和减薄率的关系,提出利用成形极限角和最大减薄率2个参数组合的方法判断薄板的成形极限,并通过数控实验验证提出方法的准确性,分析板厚对单点渐进成形工艺成形极限的影响.结果...     

管式结晶器爆炸成型实验研究

以爆炸加工复杂内腔管式结晶器为例,简要介绍了爆炸成型的机理,并对其实验的方法、装置、过程以及能量分析、药量计算进行了论述。实验结果表明,爆炸成型加工管式结晶器是可行的,管坯零件内表面精度取决于芯模的精度,用药量主要与管坯的材料、厚度和变形量有关。存在的一些问题是正确估算管坯变形所需药量及其分布,同时提高密封系统的质量。