基于多场耦合仿真的时效态铝合金电磁翻孔成形

针对T6态2219铝合金壳体电磁翻孔成形,基于ANSYS/LS-DYNA建立了电磁场-结构场耦合模型,通过数值模拟分析了电磁翻孔过程中板材的变形规律,研究了放电电压、预制孔直径对不同成形区域的贴模间隙和减薄率的影响。结果表明：电磁翻孔过程中产生的材料径向应变有利于抑制孔壁减薄;随着放电电压的增大,孔壁贴模间隙显著减小,但凹模圆角处的贴模间隙以及材料最大减薄率增加;随着预制孔直径的增大,孔壁贴模间隙有所减小,凹模圆角处的贴模间隙以及材料最大减薄率小幅增加。通过试验验证了模拟结果,确定放电电压和预制孔直径分别为12.75 kV和Φ99 mm时,可以得到翻边高度不小于27 mm的Φ120 mm的法向翻孔。     

DP800高强钢筒形件流动旋压成形过程及旋压力分析

基于ABAQUS/Explicit平台,建立了双旋轮筒形件流动旋压成形有限元数值模拟模型,分析了DP800高强钢筒形件流动旋压成形过程的应力应变分布规律,并研究了旋轮成形角、旋轮圆角半径、旋轮进给比和壁厚减薄率4个关键工艺参数对DP800钢筒形件流动旋压力的影响。结果表明:等效应力和等效应变的最大值出现在旋轮与坯料接触区,已成形区域的应力均匀;工件外表面的等效应变均大于工件内表面等效应变,并沿着厚度方向逐渐减小;各旋压分力大小顺序为:径向旋压力轴向旋压力切向旋压力;随着圆角半径、旋轮进给比、壁厚减薄率的增大,各向旋压分力和总旋压力都呈增大趋势;随着成形角的增大,轴向旋压力和切向旋压力呈增大趋势,但径向旋压力和总旋压力呈先减小后增大趋势。     

工艺参数对高强钢管单道次缩径旋压成形质量的影响

基于ABAQUS/Explicit平台建立了高强钢管形件双旋轮无芯模缩径旋压成形有限元模型,对其单道次缩径旋压成形过程进行了数值模拟,获得了旋压成形的应力、应变分布规律及工艺参数对成形质量的影响规律,并通过试验验证了数值模拟的可靠性。结果表明:最大残余应力出现在直壁段和开口端外表面,最大等效应变出现在锥形缩口与直壁过渡部分、直壁段和开口端外表面,应力、应变集中区在旋压过程中容易产生过度减薄;随着压下量Δ的增加,壁厚最大减薄量增加、圆柱度增大,在Δ=3 mm时圆度最小;随着进给比f的增加,壁厚最大减薄量减小、圆柱度减小,但平均外径与理想值偏差较大,f=1.0 mm·r-1时综合成形质量较好;随着旋轮圆角半径rρ增加,壁厚最大减薄量减小、圆柱度减小,但在rρ=10 mm时沿轴向截面圆度最小。     

板料在半圆形拉深筋中的变形研究

拉深筋是板材成形中的重要控制手段之一，目前对拉深筋的研究虽取得了一定的成果，但有关它对板材成形的影响研究还较欠缺。本文利用数值模拟的方法，研究了半圆形拉深筋的筋高和各凹槽圆角半径即结构尺寸对板材通过拉深筋后的厚度和累积等效应变的影响。研究结果表明，在半圆形拉深筋中，板料每通过一个圆角，其厚度都有所减薄，累积等效应变增大。筋高与板料的减薄量和累积等效应变之间存在良好的线性关系，随着筋高的增大二者也增大；并且拉深筋的各圆角半径的增大都使减薄量和累积等效应变减小。     

基于厚度变化的杯形件拉延凹模圆角成形模拟

在模拟软件中,建立带压边圈的杯形件拉延模具模型,设杯形件材料为弹塑体本构模型,考虑厚度的应力、应变变化,通过数值模拟拉延成形,在不同压下位移时,求得凹模圆角处及附近的板料厚度截面等效应变、等效应力以及厚度变化值的分布;在此基础上,对压下位移不同阶段的凹模圆角成形区及附近区域的应力、应变值进行分析.其数值分别沿凹模圆角由外径向内径方向数值增大;另外得出在不同位置厚度发生变化曲线.总之,研究厚度方向的成形状态变化的方法,对揭示板料成形时凹模圆角厚度变化的机理具有一定理论和工程实用意义.     

超高强梁类零件凸包的辊冲成形工艺分析

针对超高强钢梁类零件的凸包特征,基于ABAQUS仿真平台建立了凸包辊冲成形仿真分析模型,对不同圆角半径的凸包进行辊冲成形分析。结果表明,辊冲可安全成形凸包,当凸包的圆角半径增大时,其辊冲成形最大Mises应力和最大应变、最大减薄率均减小,凸包最小安全成形圆角半径R为6mm。     

大型双相钢封头压鼓成形数值模拟研究北大核心CSCD

采用有限元数值模拟作为研究手段,将大型双相钢封头作为研究对象,通过分析其应力、应变和速度来研究封头压鼓成形过程中坯料的变形规律。结果表明,在坯料中面的任一法线上,不同点的应力与应变有较大的不同,说明了该有限元模型不应采用壳单元。在压鼓成形前期,坯料主要受到上模的压力,使其上模底端附近的金属向尾端流动;随着压下量的增加,位于下模圆角处的坯料的拉应力也达到材料的屈服点,在下模圆角的弯曲作用下附近的金属向板坯中心流动;随着压下量进一步增大,坯料与上模贴合的部分越来越多,该区域的金属速度逐渐趋向于0,而下模圆角附近的金属速度则越来越大。研究成果可用于指导压鼓模的制造和路径的控制。     

激光拼焊板典型零件冲压缺陷分析及改进

针对异强度双相钢激光拼焊板冲压开裂的问题,使用Autoform软件模拟了前大梁零件的成形过程,研究了不同位置材料减薄率、应力、应变的变化规律。通过单一变量试验方法研究了压边力、n值、r值对焊缝开裂的影响规律。结果表明：焊缝处坯料前期受到成形力和压边力的作用,后期主要受到DP780双相钢位移的拉应力,导致焊缝处坯料受到的拉应力大于DP590双相钢成形力,使得焊缝坯料的塑性应变和厚度减薄率迅速增大,发生开裂。当压边力优化至1500 kN时,零件不开裂,并在生产中验证了模拟结果;DP780双相钢的n值、r值对零件焊缝处坯料的减薄率影响不明显,DP590双相钢的n值、r值对零件焊缝处坯料的减薄率影响明显,当r值≥1.4或n值≥0.19时,零件不开裂。     

坯料壁厚对曲线回转外形筒体辊挤成形的影响

针对辊挤成形,利用Deform-3D软件进行数值模拟,研究了坯料壁厚对曲线回转外形筒体成形的影响,分析了辊挤过程中坯料的等效应力以及载荷的特征。结果表明:随着坯料壁厚的增加,变形区面积增加、变形力也随之增大,金属流动越困难,不利于成形;随着坯料壁厚的增加,载荷增大、行程增大、辊挤成形设备承受载荷相对较大,成形设备寿命缩短;壁厚减薄量小于16. 5 mm时,成形初期金属流入飞边槽的体积少,中后期时金属逐渐充满型槽和飞边槽,产生的飞边大小一致,变形均匀;壁厚减薄量等于16. 5 mm时,金属不仅充满型槽和飞边槽,且流向辊缝,得到薄飞边,不利于2道次消除飞边。     

铝合金波纹管无芯模缩径旋压成形机理与规律

针对波纹管现有制造工艺存在焊缝多、周期长、成本高、焊缝区易出现扩展裂纹等缺陷,提出采用无芯模缩颈旋压成形波纹管,并基于ABAQUS/Explicit平台建立了波纹管无芯模缩径旋压的三维弹塑性有限元模型。分析波纹管缩径旋压过程中的应力应变分布规律表明,直壁区与斜壁区相交处的圆角是应力和塑性应变集中区,该圆角区域在旋压过程中易产生厚向过度减薄和拉裂。采用单因素实验设计方法获得了工艺参数对成形质量的影响显著性和影响规律,并实验验证了数值模型结果的可靠性和实用性。结果表明,芯模转速对成形质量影响最大,芯模转速增大时,工件直壁区径向尺寸与波纹中心高度的精度均会变差;旋轮圆角半径对成形质量有一定的影响,较小的旋轮圆角半径无法使材料完全达到塑性状态而产生较大回弹,最终导致较大的几何尺寸精度偏差;而较大的旋轮进给速度容易在旋轮前方产生金属堆积,易使已旋区发生过度减薄从而影响成形质量。     

基于板料电磁翻边的电磁力分布及成形质量影响

本文针对铝合金板料电磁翻边工艺过程,采用数值模拟方法,研究板料上的电磁力分布特性以及几何参数对电磁力分布的影响规律,并揭示电磁力分布对翻边件成形质量的影响。结果表明,铝合金板料电磁翻边中,预制孔的存在使板料上形成电磁力边缘积聚效应,板料预制孔径和成形线圈内径参数通过改变线圈投影面积比影响电磁力分布;随着线圈投影面积比的减小,电磁力边缘积聚效应更加显著,边缘电磁力密度增大;电磁力分布较均匀时,圆角区材料塑性流动更显著,成形件能获得更高的成形高度与更小的边缘减薄率,变形区厚度分布较均匀,成形质量更好。     

特厚板坯单辊重压下铸坯温度与应力的分析

为获得特厚板坯重压下过程中不同压下量对铸坯温度、应力及应变的影响,从而评估铸坯出现角部以及内部裂纹的倾向,使用板坯连铸二冷软件建立了连铸过程特厚板凝固传热模型,并借助Abaqus有限元软件建立了特厚板单辊重压下应力应变模型,对连铸重压下过程中特厚板温度分布以及应力应变行为进行了数值模拟研究。结果表明,重压下会导致铸坯表面降温,中心温度降幅约为角部的1.4倍。铸坯的应力分布在厚度方向上沿中心呈现出对称性,应力由内、外弧向中心递减;角部区域温度最低,应力最大;压下量从5增加到30mm,铸坯角部最大应力从84增加到170MPa,角部裂纹倾向增加。压下量在5~30mm内,铸坯凝固前沿的最大等效塑性应变均小于临界应变,所以铸坯不会出现内裂纹。     

基于感应加热的镁合金带内筋筒形件热强旋旋前温度场研究

对于镁合金带内筋筒形件的热强旋成形,旋前管坯的温度场分布对成形过程中的材料流动及旋压件的成形质量具有重要影响.基于多物理场耦合软件COMSOL,建立了ZK61镁合金带内筋筒形件热强旋旋前管坯电磁感应加热模型,模拟分析了不同感应加热参数条件下管坯温度场的分布情况,并通过实验验证了模型的可靠性.研究结果表明:相比电流强度,...     

线圈-薄板体系中线圈参数对电磁力的影响

基于电磁力随焊控制焊接应力应变新思想,采用ANSYS软件模拟了平面螺旋线圈一薄板体系的电磁力,分析了线圈几何参数对电磁力的影响。结果表明,电磁力主要作用于线圈在板坯的投影处。随线圈外径的减小,电磁力峰值增大,轴向力峰值位置呈线性内移。随线圈内径的增加,径向电磁力峰值增大,轴向力峰值先增大后减小,轴向力峰值位置先不变后外移。径向力换向位置随内外径的变化规律与轴向力峰值位置相似。随着导线宽度的增加,电磁力增大。在电磁力随焊控制焊接应力应变时,应该选择具有较小外径和合适内径的线圈,并需要引入磁介质,以增大电磁力。     

电磁铆接各参数对线圈放电电流的影响

线圈放电电流是影响铆接质量的主要参数,而放电电流由众多参数所决定。利用通过有限元方法建立的电磁铆接电磁场耦合模型,系统地研究了各参数对线圈放电电流的影响。研究结果表明,放电电压、放电电容量、线圈匝数、系统电阻、驱动片材料、驱动片厚度和放电线圈与驱动片间隙对放电电流的幅值和周期均有较大的影响。通过线圈放电电流的分析,为电磁铆接成形参数的选择及工艺参数的设计奠定基础。     

细长管内表面镀Cu过程中的空心阴极辉光电

为了在细长管内壁获得质地均匀的Cu膜层,采用射频耦合直流空心阴极放电的方法,研究在长度200 mm、内径6～12mm的细长管内沉积Cu薄膜时的放电情况。通过探究改变耦合直流电压、射频电压、中频电压以及管内径和测量管内轴向不同位置带来的放电影响情况,获得最佳的放电参数。研究发现,耦合直流电压越高、射频功率越高,则放电过程中的Ar~*、Ar⁺、Cu⁺活性粒子数量越多;增大中频电压,Ar~*和Cu⁺光谱峰值强度呈现“V”字形,即先降低后升高,Ar⁺光谱峰值强度在0～40 V时处于稳定的状态,在40 V开始上升,并且在60 V之后快速上升;管内径10 mm时放电效果最佳,在内径为6 mm到10 mm的管内Ar~*、Ar⁺、Cu⁺粒子数目增多,当内径到达12 mm,三种活性粒子迅速减少。通过对200 mm长、10 mm内径管内不同轴向位置的测量,发现细长管中部(100 mm)放电强度高于管口(10 mm)和管尾(190 mm)。     

调心滚子轴承感应淬火工艺与组织性能的数值模拟

基于电磁场-温度场-组织场-应力应变场耦合模型,利用DEFORM软件模拟双列调心滚子轴承内圈感应淬火过程,并提出分段电流密度的淬火工艺,研究了轴承内圈感应淬火过程中温度变化、组织演变以及表层与次表层硬度、残余应力和残留奥氏体等。结果表明:分段电流密度的感应淬火方法能够使轴承内圈淬硬层均匀分布;加热效率随线圈电流密度增加而增大,且尖角位置温度会出现突变;淬火后滚道表面残留奥氏体含量约为6.97%,马氏体含量约为92.3%,表面硬度约为60.9 HRC,滚道淬硬层约为2.97 mm;深冷处理后残留奥氏体含量与残余应力降低,马氏体含量与硬度均提高;残余应力沿内圈中心径向平面对称分布,且次表层残余应力最大;数值模拟结果与试验具有一致性。     

磁脉冲冲孔试验研究

磁脉冲冲孔是一种高能率成形方式,特别适合于薄板加工.采用试验的方法,在3种不同成形方式下,研究放电电压对冲孔成形性能的影响.研究结果表明：冲孔所需最小成形电压随着板料厚度的增加而增加;对于同一厚度的铝板,当电压大于最小冲孔电压时,电压越大,断面质量越好;在3种成形方式中,板坯上下放置弹性传压介质的成形方式毛刺区域最小,断面质量最佳,但所需能量最大.     

螺杆钻具双等壁厚金属定子外高压成形方法研究

为了解决页岩气开采用螺杆钻具双等壁厚定子内螺旋曲面难加工的问题,建立双等壁厚定子的外高压成形数值模拟模型,研究管坯几何尺寸、液压力大小和回弹对定子成形质量的影响规律,通过实验和三维测量验证了数值模拟模型的准确性。结果表明：管坯几何尺寸与壁厚、等效塑性应变、位移、残余应力和间隙值成正比;成形液压力达到150 MPa及以上对等效塑性应变、壁厚几乎没有影响;定子胀型区域的回弹量大于过渡区域和接触区域;当成形液压力为210 MPa,管坯内径为88 mm,定子成形质量最优。     

镍基高温合金锥筒形件拉深旋压成形机理研究

针对镍基高温合金因加工硬化严重成形时极易产生破裂和起皱等典型缺陷的问题,以锥筒形壳体类零件为对象,提出了一种由锥形预制坯经过真空固溶处理后拉深旋压成形锥筒形件的方法,并对其成形机理进行了研究。基于Abaqus/Explicit平台,建立了锥筒形件拉深旋压有限元模型,分析了成形过程中的瞬态等效应力、等效塑性应变、切向应力、壁厚及三向应变分布规律。结果表明:在旋压成形过程中,最大瞬态等效应力位于旋轮接触区及附近区域、最大瞬态等效塑性应变位于坯料口部;瞬态切向压应力最大值位于旋轮接触区,而瞬态切向拉应力最大值位于旋轮接触区附近的两侧区域。筒形段中部壁厚减薄,而坯料口部壁厚增厚。旋压成形试验表明,锥形预制坯经拉深旋压后可获得壁厚均匀的锥筒形件。