平板件电磁成形用线圈的设计

通过对线圈产生的磁感应强度的推导，并结合实验结果分析，得出线圈形状选择时遵循的原则：长形工件采用椭圆形线圈要优于圆形线圈，中心部位变形要求较高的工件应尽可能采用圆形线圈。通过对平板件上电磁力分布特点的分析，确定在成形特定尺寸的工件时，存在一个最小线圈尺寸，若线圈最外圈尺寸小于该尺寸，则工件边缘部分所受磁场力垂直向上，不利于工件的变形。从设备能量利用率的角度进行分析，得出在设备能量相同的情况下，板料厚度等于趋肤深度时，设备能量利用率最高，板料变形程度最大。在设备电容确定的情况下，可以通过改变线圈导线的材料、规格、线圈的匝数、匝间距等获得最高的设备能量利用率．     

电磁力作用下平板变形的实验研究

通过平板件的电磁无底凹模成形、有底凹模成形的实验研究，发现不同形式的压边圈可以导致不同的工件变形高度。有底凹模成形时，在设备能量足以使工件变形达到凹模底部的情况下，工件的最大变形高度小于凹模深度，并且电压越大，工件的变形高度越小，而且在较大电压的情况下，工件底部还会出现反向变形。对实验现象进行了分析，认为不同形式的压边圈，板料所受径向拉深力不同，导致不同的工件变形高度；板料受撞击产生的反向运动是导致工件最大变形高度小于凹模深度的主要原因。     

板料数控渐进成形变形区厚度变化规律的研究

板料数控渐进成形工艺是一种柔性的成形工艺,这种工艺非常适合于加工小批量、多品种和复杂的板料产品。通过数控机床进行圆锥台及直壁筒形件数控渐进成形,对成形零件变形区厚度进行测量,并对所得数据进行分析。试验结果表明,数控渐进成形中材料厚度变化遵循正弦定律。相同厚度的板料,材料不同,成形极限厚度不同。成形极限厚度不仅与材料有关,而且与板料初始厚度有关,即板料初始厚度越大,允许的变形区厚度减薄越大。对于必须采用多道次成形方法的直壁筒形件成形,工具路径不同,变形区厚度变化也不同。采用平行直线型工具路径,直壁部分厚度比较均匀。利用厚度变化规律指导翼子板成形并试验验证其正确性。厚度变化规律对于复杂零件的数控渐进成形具有一定的指导作用。     

TC4钛合金板料激光冲击成形过程的有限元仿真

激光冲击成形集板材成形和材料改性于一体,利用激光诱导高幅冲击波的力效应使板料产生塑性变形,是一种无模、柔性成形新工艺。本文使用商业有限元分析软件ABAQUS进行了钛合金板料激光冲击成形过程的仿真研究,分析了钛合金板料厚度、激光能量、约束孔径、激光光斑间隔四种因素对材料变形量和应力应变的影响。研究表明:随着板料厚度的增加,板料变形范围逐渐减小,变形量先减小后增大;随着激光能量的增大,材料的变形量线性增加;激光约束边界孔径越大,板料变形量越大;适当的光斑间隔并不会对零件成形精度造成较大影响,在满足精度要求的条件下,为提高效率可以考虑采用间隔光斑进行冲击成形。     

钛合金板料激光冲击变形的数值模拟和实验

实验研究了激光能量和不同的冲击路径、冲击次数对TA2钛合金板料变形的影响，并用ABAQUS软件进行了有限元模拟。结果表明：随着激光能量的增加，板料的变形量增大；板料几何尺寸和厚度越大，板料越难变形；冲击次序不同，板的变形量也不同，板的变形以沿板的长度方向且对称冲击为最大。通过数值模拟可优化激光冲击的相关参数，预测板料变形。     

柔性压边和刚性压边技术在薄板类件多点成形中的对比分析

对比分析刚性压边和柔性压边两种不同工艺,探讨不同的成形工艺条件对起皱模拟、破裂以及成形极限的影响.用显式动力学商用软件LS-DYNA对两种厚度的马鞍型曲面件进行数值模拟.模拟结果表明,在刚性压边成形方式下,变形量较大时成形件起皱,压边力较大时成形件破裂;但在相同条件下,用柔性压边成形工艺的成形件结果良好,而且减小压边面的宽度到原来的1/2时,通过增加压边力的方法,还可获得良好的成形效果.柔性压边工艺可大大提高板料的利用率,改善板料的成形极限,减少各种不良缺陷发生.     

激光冲击金属板料变形的 最小激光能量估算及其实验研究

介绍了激光冲击板料变形的机理和冲击波产生的原因,提出了激光冲击板料变形中激光－能量转换体－靶材系统的爆轰波压力估算式。根据此压力估算式和材料的动态屈服强度,对激光冲击板料变形中所需的最小激光能量进行了估算,板料厚度为0.5 mm,约束凹模孔径Φ20 mm,在光斑直径6 mm,脉宽25 ns条件下的不锈钢靶材变形所需的最低脉冲能量大约为11 J。实验结果表明估算的最小激光能量与板料变形所需的能量阈值基本一致,且板料变形量随激光能量的增加呈非线性增大。最小激光能量的估算以及能量与板料变形的实验研究为板料变形的精确控制和预测提供了理论依据。     

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.     

不同硬化模型对铝合金板冲压成形模拟结果的影响

研究不同塑性变形硬化模型对汽车5182-O铝合金板材冲压成形模拟结果的影响。采用材料单向拉伸试验得到应力应变关系曲线,基于Hollomom、Krupskowsky与Power方程对曲线进行拟合,建立材料室温下塑性变形硬化模型,对厚度为1.5 mm和0.85 mm的5182板材进行冲压试验和有限元模拟分析,对比分析冲压试验与模拟结果。试验与模拟结果显示,当板料厚度为1.5 mm时,板料冲压试验的成形力最大为42.95 kN,板料拉深深度为30.58 mm,基于Power方程计算得到的最大成形力为41.5kN与试验结果比较接近,Hollomom方程计算得到的拉深深度为30.546 mm,板材成形厚度分布与试验结果比较接近;当板料厚度为0.85 mm时,板料冲压试验的成形力最大为34.47kN,板料拉深深度为33.792 mm,基于Power方程计算得到的最大成形力为34.27 kN与试验结果比较接近,Hollomom方程计算得到的拉深深度为33.636 mm,板材成形厚度分布与试验结果比较接近。基于三种硬化模型铝合金冲压成形过程的计算模拟分析结果,并通过与试验对比得到不同硬化模型对铝合金板材冲压成形计算模拟的影响,进一步为汽车铝合金覆盖件在成形工艺的研究分析提供理论指导。     

数控渐进成形中的鼓包问题分析

针对渐进成形过程中的鼓包问题,分析了该现象的形成原因,利用简单试验法分析了零件成形角度、成形深度、成形零件直径、零件形状对鼓包问题的影响规律;并采用三因素两水平的正交试验方法分析了工具头直径、板料厚度、每层进给量及其交互作用对成形结果的影响。结果表明:板料成形角度越小鼓包高度越大,通过优化成形工艺参数可以减小鼓包高度,采用渐进成形正成形方法可以从根本上解决鼓包问题。     

平板件电磁成型的变形模式研究

通过实验及ANSYS／LS-DYNA程序的有限元模拟，对平板件的电磁自由成型及有模成型的变形模式进行了研究。发现在载荷幅值相同、加载时间不同时，无论是自由成型还是有模成型，都存在着几种不同的变形模式。并通过变形模式的研究，分析了为获得所需的变形深度及底部形状需考虑的因素。     

板料成形仿真中冲模速度的确定方法

从板料变形和能量角度研究汽车薄壳类板料深冲压成形的计算机仿真情况,以及冲模速度对计算时间、板料变形的影响,提出以板料动能占总能量的比值及板料减薄率的变化量为参考确定冲模速度的方法,这种确定方法可避免由惯性效应引起的网格畸变,同时还能极大地缩短汽车薄壳类板料深冲压成形仿真计算时间。对于宝钢ST16材料的深冲压成形仿真,在确保板料动能占总能量的比值小于19%,板料减薄率的变化量的相对误差小于3%时,尽可能提高冲模速度会极大地缩短仿真时间,同时可获得满足工程精度要求的仿真结果。将冲模速度的确定方法应用到某新车型油箱的深冲压成形仿真中,取得了良好的效果。     

Study on the driver plate for electromagnetic forming of titanium alloy Ti-6Al-4V

In order to improve energy efficiency, a driver plate made from high-conductivity material is normally used in the electromagnetic forming process of high-strength but low-conductivity sheet metal. The choice of driver plate significantly influences final deformation of the workpiece. In this paper, the electromagnetic free bulging process of Ti-6Al-4V titanium alloy sheet, widely used in aerospace, was studied by both experimental means and numerical simulation. The forming efficiency and quality of the workpiece under different types of driver plates were investigated in detail. The results show that by using high-conductivity and easily deformed materials such as aluminum alloy, with a skin depth in thickness, high efficiency and uniform deformation can be achieved. The results of this study can provide guidance on the choice of process parameters such as the material and thickness of a driver plate.     

AA7075-T6圆筒形零件热态颗粒介质压力成形过程的力学分析

基于颗粒介质传压性能试验和AA7075-T6板材材料性能试验,对采用热态颗粒介质压力成形(HGMF)工艺拉深成形圆筒形件的法兰区、传力区和自由变形区进行了塑性力学分析,求解得到内压非均匀分布条件下成形压力的函数关系式,并与实测数据进行比对。分析结果表明,在成形中后期产生较大的偏差,理论求解最大成形力低于实测值24.6%。工艺试验研究表明,在成形温度为250℃条件下,采用HGMF工艺可一道次成形AA7075-T6圆筒形零件(底部为自由变形区)的极限拉伸比(LDR)为1.71。HGMF工艺操作便捷,装置简单,可在通用压力设备上实现轻合金板材件热成形,适用于航空、航天和军工等领域中小批量产品。     

Effects of process parameters on electromagnetic forming of AZ31 magnesium alloy sheets at room temperature

In this work, the effects of process parameters on AZ31 magnesium alloy sheets were investigated by electromagnetic bulging experiments. The bulging height increases with increasing discharging energy, which is adjusted by tuning discharge voltage and capacitance. The limit dome height of electromagnetic forming is markedly improved as compared to quasi-static forming. In order to improve the efficiency of the energy, 0.5- and 1-mm thick Al driver sheet were used to accelerate the magnesium alloy sheets. For rupturing the AZ31 sheet, the discharging energy can be reduced from a maximum value of 4.356 kJ (no driver) to 2.304 kJ (with1-mm Al driver sheet). The numerical simulation for the electromagnetic forming of AZ31 sheet is performed by means of ANSYS FEA software. The change of velocity, strain rate, and plastic strain energy were analyzed by simulation. Compared with quasi-static forming limit results, increases in the major and minor principal strains of approximately 68 and 72 % were achieved, respectively.     

Effects of driver sheet on magnetic pulse forming of AZ31 magnesium alloy sheets

In this work, the formability of AZ31 magnesium alloy sheets was investigated by electromagnetic bulging experiments with driver sheet. Al (0.5 mm, 1 mm, and 2 mm thick) and Cu (1 mm thick) driver sheets were used to accelerate the AZ31 sheet in electromagnetic forming (viz magnetic pulse forming) process. In order to evaluate the effect of impact induced by driver sheet, the electromagnetic bulging experiments with gap between AZ31 sheet and driver sheet were investigated. Compared with quasi-static forming limit results, increases in the major and minor principal strains (with 0.5 mm, 1 mm driver sheet, and without driver sheet) of approximately 68 % and 72 % were achieved, respectively. However, the major and minor principal strains with 2 mm Al driver sheet increased about 148 % and 184 %. When the energy is up to 2.788 kJ after the first crack (with 1 mm Al driver sheet) producing, the major and minor strains increase about four times compared to the quasi-static condition.     

基于响应面法的单点增量成形过程变形能优化

单点增量成形过程中的变形能对加工成本控制及工具头与材料之间的热效应和摩擦效应有直接影响。以典型圆锥形制件为研究对象,采用BBD实验方法,设计四因素三水平实验方案,利用响应面法研究工具头直径d、层间距Z、板厚t和成形角α对变形能的影响,并得到变形能的多元二次预测模型,最后以变形能最小为目标对该模型进行优化。实验结果表明：板厚对变形能的线性影响最显著,随着板厚的增大变形能增大,工具头直径越大所需变形能越大,成形角增大时所需的变形能增大;变形能最小的工艺参数组合是工具头直径4.0mm、层间距0.95mm、板厚0.57mm、成形角45°。