高强铝合金框形构件铣削变形试验研究

针对7075高强铝合金淬火-预拉伸后制成的厚板试样,借助三坐标测量与无损应力测试方法研究铣削加工成形的薄壁框形构件的尺寸稳定性与残余应力松弛特性。结果表明,铣削会引发结构整体翘曲变形及初始残余应力松弛,在铣削材料去除率相同的条件下,无板筋件呈现V型结构翘曲变形,且横向残余应力松弛率远高于轧向的;而含板筋件则呈现出U型整体结构翘曲变形,且沿轧向与横向的残余应力松弛率基本一致。     

包含拉延残余应力的U形薄板工件点焊变形分析

以铝合金薄板U形件为研究对象,将拉延成形和电阻点焊顺序耦合,研究了拉延残余应力对U形件焊后变形的影响。在此基础上,将改善应力状态分布的热处理法应用到工件点焊模型,分别在焊前和焊后对U形件整体或局部进行热处理,研究不同条件下U形件的整体变形状态。结果表明:拉延残余应力在一定程度上会约束U形件的焊接变形;对完成拉延加工的U形件进行焊前热处理或焊后热处理,均能减小U形件的整体变形量,且焊前热处理对U形件整体变形量的控制优于焊后热处理;抵消拉延加工中U形件因回弹效应产生的位移偏移量的最有效方案为在焊前对U形件的侧壁进行热处理再进行电阻点焊。     

不同加工顺序对薄壁件加工变形的仿真研究

为了研究不同加工顺序对7075铝合金薄壁件加工变形的影响,采用有限元仿真和试验验证结合的方法,利用ABAQUS有限元分析软件顺序耦合热应力分析功能对毛坯的淬火过程进行仿真,得到毛坯初始残余应力分布;并对毛坯的初始残余应力进行测量试验,验证有限元分析结果,用有限元法对左右对称、分层对称、阶梯对称和金字塔对称四种不同加工顺序切削过程进行仿真研究。结果表明,有限元仿真结果和测量结果数据相近,建立的有限元模型和仿真方法能够预测毛坯的初始残余应力分布;四种不同加工顺序变形量结果都是上端变形大,底部变形小,金字塔对称的加工方法变形量最小,在整个加工过程中,变形量的最大值为0.21mm。根据仿真结果,结合数控加工误差补偿,可提高薄壁件的加工质量和精度,对后续的加工具有一定的参考价值。     

材料及滚压方式对等壁厚螺杆钻具定子滚压成形的影响

对外径Φ73 mm,壁厚6.5 mm的等壁厚螺杆钻具定子进行滚压成形试验,使用双因素方差分析法和主效应图定量研究不同坯管材料及滚压方式对等壁厚定子成形质量的影响。采用DEFORM-3D软件模拟滚压成形过程,分析了坯管材料为45钢和42Cr Mo钢时滚压力、轴向力、加工应力和残余应力分布情况。结果表明:滚压方式对定子管导程影响较大,手动滚压后的导程误差均在15%以上,自动滚压后的导程误差均小于5%;坯管材料对定子管壁厚分布影响较大,45钢坯管滚压成形后的定子管壁厚分布较42Cr Mo钢均匀;45钢和42Cr Mo钢坯管滚压时所需的滚压力相差较大,分别在125和140 k N附近波动;轴向力数值基本相同,均在15 k N附近波动;45钢和42Cr Mo钢坯管的最大加工应力分别为580和1200 MPa,残余压应力峰值分别为87.88和104.52 MPa,且均分布在管壁外表面。因此,滚压成形等壁厚螺杆钻具定子时,坯管建议选用加工性能较好的45钢,滚压方式选用自动滚压。     

宽长比对铝合金盒形件粘性介质压力成形的影响

针对不同宽长比(即盒形件宽度和长度的比值)的铝合金盒形件粘性介质压力成形进行了研究,分析了盒形件的不同宽长比对试件的壁厚、应力与应变及破裂区域的影响,得到了不同宽长比盒形件的极限变形能力。研究结果表明,随着盒形件宽长比的增加,试件破裂区域由盒形件长度方向的底部直边圆角区域向底部4个拐角圆角区域转移,能够成形出的最小圆角半径不断减小,贴模性能不断提高。     

大型构件T形焊接接头横向变形的研究

T形焊接接头是许多大型焊接结构件的主要构成方法。由于残余应力的存在,焊接后构件不可避免会产生变形,这种变形用纯理论方法难以解决,但可以结合构件对T形接头横向变形进行研究。本文重点分析了多个T形接头焊接的工艺试验结果,通过对试验数据的分析,得出了对T形接头焊接构件的横向变形的经验公式。     

基于Deform的筒形件冷挤压数值模拟分析

长径比大且壁厚较薄的筒形件,采用常规锻造一次成形无法满足其变形程度大的要求。基于此,本文提出了二次成形的锻造工艺,首先对坯料热锻获得预制坯,而后对预制坯料进行冷挤压,仅小部分变形。本文模拟了筒形件锻件的冷挤压变形规律,并优化了其工艺参数。结果表明,凸模与凹模间距最小处以及坯料与凹模初始接触部位容易产生应力集中,入模角11°～13°为最佳工艺参数。     

铸造件切削加工残余应力及变形机理研究

铸造件在变形矫正中会产生很大的寄存残余应力,当该铸造件进行切削加工时,由于切削加工的作用会使构件内部残余应力重新分布,最终决定了构件的几何形状。因此,如何更好的预测、控制切削加工的残余应力,通过该残余应力与铸件寄存的残余应力的叠加,保证铸件切削加工后精确的几何形状是当前切削加工研究的关键问题。本文基于有限元仿真技术,针对于大型构件,从研究高速切削加工残余应力的特性入手,分析了残余应力的产生特性,并进一步揭示了残余应力对构件变形的影响,得出了仿真模型,对于预防铸造件加工变形,优化切削加工参数有很好的指导意义。     

斜壁盒形件滚动拉深成形工艺的有限元分析

提出了一种斜壁盒形件的滚动拉深成形新工艺,该工艺利用凸凹模成形辊相对转动,金属板料从成形辊中间穿过,实现斜壁盒形件的滚动拉深成形,能够提高零件的成形效率,易于实现生产自动化。基于MSC.Marc有限元软件对斜壁盒形件的滚动拉深成形过程进行了有限元模拟,分析了斜壁盒形件滚动拉深成形的变形特点,揭示了成形过程中斜壁盒形件的应力、应变和壁厚分布规律。研究表明:滚动拉深工艺能够较好地成形带有一定斜度的盒形件,成形过程中凸模与板料成形部位始终保持线接触,成形接触区两侧金属处于自由状态,金属流动不均匀且补料较困难。局部区域胀形特征明显,缺陷形式主要以破裂为主。     

工艺参数对自由推压缩径管坯残余应力的影响

针对自由推压缩径管坯弯曲疲劳寿命降低以及缩径时出现端部轴向开裂的问题，通过分析自由推压缩径的变形过程，揭示出缩径后已变形区内、外表面层存在较大的残余应力。使用有限元软件ABAQUS模拟了管坯的3道次自由推压缩径过程，给出已变形区内轴向、周向及径向残余应力沿长度方向、壁厚方向的分布规律，并分析了摩擦因数、缩径凹模出口圆角半径、缩径次数以及管坯的初始壁厚对缩径后残余应力的影响。对管坯进行了3道次缩径试验，实测了几何参量的变化，实测结果与有限元模拟值吻合，试验中发现第3次缩径时管坯出现了轴向开裂现象，证明了管坯内的周向残余拉应力值大于材料的强度极限。     

超大壁厚16MnR钢焊后局部电磁感应热处理有限元仿真研究

基于Ansys软件建立了超大壁厚16MnR钢圆筒形构件环形对焊后的仿真模型和试验件仿真模型,首先对试验件进行温度场模拟计算,结果与试验数据吻合良好,验证了仿真程序与参数的精确性和可靠性。运用同样的模拟仿真方法和参数对超大壁厚16MnR钢圆筒形构件仿真模型进行温度场和应力场模拟计算,获得加热宽度和保温宽度最优参数值;应力场模拟计算中发现升温阶段内壁产生压应力而外壁产生拉应力,温度降至室温时内壁产生拉应力而外壁产生压应力,提高加热宽度且内外壁双侧加热可有效降低局部热处理引入的残余应力。     

2024铝合金结构件残余应力的评估与变形预测

为了研究毛坯初始残余应力和铣削加工引入的表面残余应力对2024铝合金结构件加工变形的影响,通过有限元模拟和铣削试验对两框整体梁的加工变形进行了研究。考虑了毛坯的初始残余应力、铣削加工引入的表面残余应力以及这两个影响因素的综合作用对两框整体梁加工变形的影响。研究结果表明,毛坯的初始残余应力是两框整体梁产生加工变形的主要影响因素,初始残余应力与铣削加工引入的表面残余应力的综合作用加剧了变形,其中,由初始残余应力引起的变形占整体梁总变形的92%,表面残余应力引起的变形占整体梁总变形量的8%左右。并最终通过对两框整体梁的铣削加工试验验证了有限元模拟结果的准确性,对实际生产具有一定的参考价值。     

加工应力对铝合金薄壁框架件的弯曲形变影响

高强铝合金厚板铣削变形制约了薄壁构件制备加工。提出了薄壁件形变力学模型,建立了应力与变形的关系,并通过模型分析与实验研究,获得了构件在加工应力作用下的变形机制。结果表明,由于加工应力是沿着薄壁平面分布,其对构件变形的影响是被动发起的,即如果板坯内部初始应力很低,单纯的加工应力对构件变形影响很小。     

纵向内筋薄壁筒反向滚珠旋压有限元分析

反向滚珠旋压应用于成形带有纵向内筋的薄壁筒形件。以刚塑性有限元法为基础,应用商业有限元软件DE-FORM-3D V6.0分析了纵向内筋薄壁筒形件反向滚珠旋压成形金属塑性变形区的应力状态,研究了金属塑性变形时的流动规律。有限元模拟结果表明,纵向内筋薄壁筒形件反向滚珠旋压过程中,变形区金属处于三向压应力状态,而且沿着旋压件壁厚方向,从内向外等效应力值和等效应变值逐渐增加。     

面向7075铝合金预拉伸厚板加工变形控制的变向迭代法

具有壁薄、尺寸大、加工精度高、材料去除量大等特点的航空整体结构件,其毛坯大多选用预拉伸铝合金厚板。在高速切削成形过程中,随着材料的大量去除,毛坯内初始残余应力势必发生释放,零件只有通过弯曲变形等行为才能达到新的平衡状态,导致加工精度得不到保证,甚至成为废品。因此,研究残余应力释放产生加工变形的演化机制,是控制和保证加工质量的核心所在,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。首先,依据毛坯分解为去除材料和成形零件两部分,将初始残余应力分为释放应力和有效应力,利用静力平衡条件和弯曲变形理论建立加工变形的分析模型。然后采用有限元方法求解加工变形的分析模型,通过现场加工零件后经测试可知：加工变形的仿真值与测量值相比,无论是幅值水平还是变形曲线,尽管均具有具有很好的吻合性,但由于残余应力的测量误差使得两者亦存在10%左右的幅值误差。最后建立以最小加工变形为目标的零件加工位置优化模型。通过以一定步长正向从最小值开始选取加工位置,根据当前值与上一次取值的变形方向差异,确定下一次取值的步长及其方向,若变形方向相同则以相同步长继续正向取值,否则减小步长反向取值,直至步长的绝对值在阈值范围之内,提出求解加工位置优化模型的变向迭代方法。与企业实际使用的中间位置法相比,变向迭代方法能够使得加工变形减小99.79%。     

壳体等温模锻成形工艺

图 1所示壳体锻件 (材料为 L D2 ) ,壁厚较薄 ,桶形很深 ,且上部为薄壁桶形 ,底部为锥台形 ,不利于反挤压成形。按反挤压力计算 ,约需 960多吨的力 ,而现有设备为 5 0 0 t四柱通用油压机 ,要立足在现有设备上把零件锻出来 ,就必须降低变形抗力。我们通过对多种方案的综合分析讨论 ,决定采用等温反挤压 -等温拉延工艺。其工艺流程为 :下料→加热→自由锻制坯→加热→反挤压→加热→拉延成形→热处理→振动时效。技术要求 :1 δ≥ 1 5%σb≥ 31 0 MPa沿桶壁轴向性能一致2壁厚差<0 .5mm图 1　壳体锻件图1　加热规范由于 LD2锻铝温度超过 5 0…     

圆坯连铸的技术

(1)初期凝固稳定化技术与矩形结晶器的情况不同,在结晶器内钢水静压力的作用下,圆坯的凝固壳向外侧的变形是困难的,故存在结晶器壁与坯壳接触不良的问题;在初始坯壳收缩时,还易产生坯壳的纵向弯曲变形,当结晶器壁与坯壳间的距离不均匀时,在圆周方向将产生大的不均匀间隙。此时,脱离结晶器壁的部分凝固壳薄且温度高,易产生裂纹(或断裂)而成为振痕。特别是在包晶领域,由于δ→γ相变在固相线的下方处进行,故易产生大的纵弯变形。(2)轴芯裂纹连铸圆坯时,因最终凝固位置变成了中心的一点,故易产生缩孔。若因回温而产生拉伸应力,轴芯就易产生裂纹…     

焊接工艺对T形接头构件焊接应力分布的影响

T形接头在各种钢结构制造过程中得到普遍应用,其焊接残余应力的存在,直接影响到铜结构的强度和承载能力.由于现阶段控制和消除残余应力能力还不够成熟,很多方法只能很小部分地控制和消除残余应力,因此残余应力大量的留在T形接头焊接结构件上.为了保证焊接结构的安全可靠性,研究T形接头焊接应力分布规律的影响意义重大.本文利用HZ-21三维应力分布磁测仪测试了T形结构构件的焊接应力,分析了T形焊接接头构件的焊接顺序、焊接热输入不同时引起的焊接应力的变化规律.试验结果表明:Q235B钢以T形接头焊接时,焊接顺序不同,焊接应力的分布也不尽相同；焊接热输入较大时所产生的焊后24h应力分布较均匀,而焊接热输入较小时所产生的焊后24h应力分布变化较大.对T形结构件焊接时选取合理的焊接顺序和适当的焊接热输入具有一定指导意义.     

中厚板T形接头焊接顺序的模拟研究

采用数值模拟方法,通过建立中厚板T形接头有限元模型,研究了七种焊接顺序对焊接变形和残余应力的影响。基于模拟分析结果可知,对于中厚板T形接头,不同焊接方案产生的变形均较小,焊接顺序对焊接变形的影响较小,但合理的焊接顺序可以有效减小残余应力峰值。焊件的残余应力既与热输入的时间有关,又与热输入的值相关,这为实际焊接提供了参考。     

工艺参数对薄壁简变薄旋压的表面残余应力的影响

针对Hastelloy C276大径厚比薄壁筒形件,建立三维弹塑性有限元模型,通过不同工艺参数(毛坯壁厚、减薄率、进给比)对其表面残余应力的影响进行分析,研究了筒形件变薄旋压残余应力的分布规律,提出了合理的旋压工艺参数范围,并通过旋压实验对仿真模型进行了实验验证.研究表明:壁厚越薄,残余应力的绝对值越大,变化幅度也越大;表面残余应力的绝对值随减薄率的增加而增加;随着进给比的增大,各向残余应力的变化情况都不相同,周向和轴向残余应力的绝对值随进给比的增加而增加,而径向残余应力相反.