弯曲轴线薄壁焊管内高压成形壁厚与变形规律的研究*

为了揭示焊缝对弯曲轴线类管件内高压成形的影响及缺陷产生的机制,采用试验和数值模拟的方法研究弯曲轴线焊管内高压成形的主要缺陷及壁厚分布规律,并分析焊缝在不同工序间的综合影响。结果表明,即使焊缝远离圆角区域,焊缝仍然是缺陷易发部位,弯曲使焊缝塑性下降,并导致在后续的工序中发生起皱甚至开裂。对于弯曲轴线薄壁焊管内高压成形,壁厚主要受弯曲和高压整形工序的影响,预成形工序对壁厚影响不大,而且焊缝的壁厚变化量始终小于其他区域。由此可知,焊缝是导致弯曲轴线薄壁焊管内高压成形缺陷产生的重要影响因素,将焊缝置于轻微压缩变形部位,是克服焊接接头性能下降导致的成形能力不足和避免缺陷产生的有效手段。     

内高压成形技术与装备

在汽车零部件制造中,对于承受弯扭载荷为主的结构,采用空心变截面构件,既可减轻质量,又可充分利用材料强度。国外主要车型均采用内高压成形制造空心变截面轻量化构件,欧美年产均达5000余万件,新型轿车50%结构件为内高压成形件。内高压成形件     

差厚激光拼焊板的成形极限

为了进一步了解不同厚度钢板拼焊在一起后组成的板料(差厚激光拼焊板)在各种应变路径下的成形极限,通过试验检测了0.8,1.2,1.5 mm三种厚度的ST16板料在不同组合激光拼焊下组成的板料以及其各自母材的成形极限,并研究了不同加载情况下焊缝附近的应变分布.结果表明:差厚激光拼焊板焊缝附近的成形极限低于母材的成形极限,主要取决于较薄一侧母材的成形极限;厚度差越大焊缝两侧的应变梯度越大,成形性能越差.     

变径管内高压成形有限元模拟

变径管是航空、汽车工业领域常用零件,用来输送压力油、冷却等。通过建立相应的内高压成形有限元模拟模型,用M SC.M arc有限元分析软件进行模拟分析,研究了变径管成形过程的基本变形特征、成形参数的影响规律。模拟分析得知适当地提高变形速率、减少减薄区变形持续时间有缓解该处过度减薄的作用,轴向进给应在减薄前进行补料,而不应在变形的同时补充所需金属。     

内高压成形的应用进展

介绍了内高压成形原理、特点、应用范围、适用材料、国内外研究现状和工业尤其在汽车工业的应用情况，并综述了内高压成形领域实验研究、数值模拟、专用设备、模具结构和润滑等方面的情况。     

内高压成形机理研究及其应用

分析内高压成形常见缺陷形式,用弹塑性稳定理论给出起皱条件及主要影响因素,讨论如何确定最佳加载路径等机理问题,用数值模拟探讨了皱纹的利用和控制,简要介绍在国产首台内高压成形机上进行的铝合金和不锈钢内高压成形试验研究结果.结果表明随着内压力增加,起皱临界轴向力逐渐提高;加载比例参数 λ=1.0,即使管坯处于纯剪状态,是理论上最佳加载路径,能保证管坯不发生起皱现象,同时能保证壁厚不变.实际工艺控制应尽量靠近该加载路径.提出并非所有皱纹都是缺陷的观点,利用有益皱纹可以减少壁厚减薄.     

汽车轻量化中的内高压成形技术

汽车轻量化是汽车未来发展的主流趋势,内高压成形技术就是在这种趋势下发展起来的轻量化制造方法,它是利用液体压力作用于管坯内部,使管壁在内部液体压力的作用下贴覆模具型腔,由此制造出在轴线方向具有不同截面形状的管状部件。传统的制造方法是用板坯冲压成两个半槽,然后焊接到一起。这种制造方法会导致零件焊接变形,重量增加,零件设计方法单一。     

脉冲GMAW焊接极性对高压环境下焊缝成形的影响

高压环境会造成焊接电弧收缩,焊接过程较不稳定。鉴于脉冲熔化极气体保护焊(Pulsed gas metal arc welding,GMAW-P)具有热输入量可控、电弧挺度较好等特点,将其应用于高压环境下是一个有益尝试。开展压力在0.1~1.0 MPa范围内不同极性下的干法GMAW-P试验,分析随着环境压力升高电流电压波形图的变化趋势,由此确定焊接极性不同时焊接过程稳定性随环境压力升高的变化规律;在此基础上,对比分析不同极性下GMAW-P焊接飞溅及焊缝成形随压力升高的变化规律。随着环境压力增加,在直流反接情况下,电流电压波形周期性逐渐减弱,焊接过程趋于不稳定,飞溅逐渐增多,焊缝成形变差;而采用直流正接方式时,高压下电流电压波形的周期性虽然不及常压下稳定,但相较于同一压力下的直流反接方式,周期规律性有所增强,焊接过程相对稳定,且焊接时产生的飞溅比采用直流反接方式时的飞溅少且颗粒小。另外,随环境压力增加,两种极性GMAW-P焊缝宽度均有变窄的趋势,余高也随之增加。对高压环境下不同焊接极性GMAW-P的电弧形态及相应电弧力进行深入探讨,明确了上述现象出现的原因,为高压环境下焊接工艺的改进提供有效的理论依据。     

光纤激光功率和焊接速度对6061铝合金焊缝成形的影响

利用10 kW光纤激光器对2.5 mm厚6061铝合金进行了焊接试验,探究激光功率和焊接速度对焊缝成形的影响。对比分析了不同激光功率和焊接速度获得的焊缝表面形貌、焊缝横截面形貌。试验结果表明:激光功率焊接速度对6061铝合金激光焊缝的熔深和熔宽具有显著影响,熔宽在一定范围内随着激光功率的增加而增加,最终达到某一数值不再增加。激光功率的大小影响激光自身的稳定性,从而影响焊缝的成形。     

基于改进的多体系统误差建模理论的激光拼焊生产线运动误差模型

采用改进的多体系统建模理论对激光拼焊生产线运动误差进行研究。用低序体阵列描述多体系统拓扑结构,用特征矩阵表示多体系统中间体的相对位置和姿态。在基于多体系统理论的误差建模基础上提出位置误差传递函数的概念,用来描述各个误差源对位置精度的影响。根据激光拼焊生产线的结构特点,运用改进的多体系统理论精度分析理论,对激光拼焊生产线运动精度进行系统、全面的分析。采用Leica激光跟踪仪对激光拼焊线的运动误差进行检测,并将检测结果与误差模型分析结果进行对比,结果表明所建立的模型能有效预测激光拼焊线的运动误差。     

管状液压成型件CAD系统的方案设计

介绍了管状液压成型件的过程和特点,应用设计方法学理论阐述了CAD系统的方案设计,并探讨了在UG开发平台上的实现路径.     

直缝焊管液压成形极限理论预测模型

直缝焊管广泛应用于汽车车身管状零件液压成形中,焊接区影响着焊管塑性变形规律,准确评价焊管缩颈或破裂现象是工程上倍受关注的问题。基于金相分析法和显微硬度测量法分析高频感应焊管的结构特征,并根据液压成形条件下高频感应焊管的变形特点,提出一种用于计算直缝焊管液压成形极限的理论方法。基于该方法,选用Swift硬化方程和Hill屈服准则推导出直缝焊管液压成形极限理论预测模型,在已知焊管(包含焊接区和基体区)材料性能参数条件下可获得直缝焊管液压成形极限图。运用此理论预测模型,计算出QSTE340高频感应焊管的液压成形极限图。成形极限的计算结果与试验对比表明,二者吻合较好,这证明所建立的直缝焊管液压成形极限的理论预测模型是正确的。     

Investigation of T-Shape Tube Hydroforming with Finite Element Method

In this paper, the finite element method is used to investigate the cold hydroforming process of a T-shape tube. A series of simulations on hydraulic expansion, axial feeding and the counterforce of the tubes was carried out using the program DEFORM-3D. The influences of the process parameters such as the internal pressure, the fillet radius, and counterforce on the minimum wall thickness of formed tube are examined. A suitable range of the process parameters for producing an acceptable T-shape tube that fulfils the industrial demand was also found. ID="A1"Correspondance and offprint requests to: Dr C.-T. Kwan, Department of Mechanical Manufacturing Engineering, National Huwei Institute of Technology, 64 Wunhua Road, Huwei, Yunlin, 632, Taiwan. E-mail: ctkwan@sunws.nhit.edu.tw     

大型激光叠焊系统研究与开发

介绍一种新型激光叠焊系统,利用该系统可将尺寸范围为12.0 m×1.5 m厚度不等的两块不锈钢板重叠焊接在一起.针对大尺寸不锈钢板尺寸大、易变形等特点提出了主-辅式压紧机构,有效地控制了焊接过程中大尺寸板材的变形并消除了板材间隙;设计了ufxyz型四轴联动方案:u轴与x轴同向,u轴驱动钢板进行大范围运动,x轴驱动激光头小范围运动.u轴与x轴的复合运动提高系统精度的同时提高了系统焊接动态响应速度.对实际焊接板材进行试验验证,结果表明使用该系统进行焊接的钢板可承受压强最大能达到6.1 MPa.     

双向螺旋轴建模及其有限元分析

双向螺旋轴在水稻钵苗移栽机移箱横向送秧机构中起着至关重要的作用,也是目前水稻种植机械中常见的一种换向机构。文中综合考虑国内外插秧机螺旋轴各自的特点,设想对国内现有螺旋轴的螺旋槽进行改进,并绘制螺旋轴外径的平面展开图,阐述了一种更简单的螺旋轴建模方法,最后为了分析移箱螺旋轴振动对横向送秧的影响,对其进行模态分析。     

有限元分析建模知识表示及重用技术研究

鉴于传统有限元建模过程对相关知识处理与组织能力上的不足,没有建立有效机制,保障这些知识的可重用性。本文结合UG/KF提出了基于工程规则的有限元分析建模知识表示及知识重用方法。该方法借助知识表示语言UG/KF,以类的形式对产品有限元分析建模中的工程规则进行表示,满足了分析建模过程中知识管理的需要,并对有限元分析建模过程中的知识重用提供支持。该方法能较好地重复利用以往的建模知识与专家经验,从而提高有限元分析建模效率和质量。     

基于有限元技术的塔式起重机建模分析

基于有限元技术,利用有限元分析软件ANSYS对某塔式起重机进行有限元建模分析,对建模中的结构简化、单元选择、边界条件处理等进行了探讨和分析.并在此基础上对塔式起重机进行有限元求解分析,将分析结果与该塔机现场试验结果进行比较,验证了模型的可行性.     

超声波检测焊点质量的建模方法及应用分析

介绍了两层板焊接时焊点的有限元建模方法：通过金相实验得到焊点尺寸参数,利用超声检测的回波衰减理论及超声波传播衰减信号得到焊点阻尼系数。首先建立了材料为BLD的两层板多类型焊点有限元模型,然后通过与设备检测对比的方法验证了模型的准确性,最后研究了探头在曲面检测工况下角度定位的灵敏度问题,并通过实验进行了验证,实验结果表明：对曲面焊点质量进行检测时,探头角度偏离法线10°范围内,检测结果受到的影响很小。     

斜齿轮的精确建模及有限元分析

利用Pro/E强大的参数化设计功能，精确地实现了斜齿轮的三维建模。通过Pro/E与ANSYS的连接，运用有限元方法对斜齿轮进行了应用分析。