热力耦合数值模拟往复挤压AZ31成形过程

采用刚-粘塑性有限元法对AZ31镁合金往复挤压变形过程进行热力耦合(温度与位移相互作用)数值模拟,分析2道次往复挤压过程中等效应变速率场、等效应变场、等效应力场以及温度场的分布及变化情况。模拟结果表明:凹模细颈区与紧缩区的交接区域应变速率最大,呈弧线状分布;等体积往复挤压过程中,大变形区主要集中在细颈区靠近凹模内壁处以及镦粗一侧紧缩区靠近凹模内壁区域;挤压一侧紧缩区与细颈区的交接处应力较大,随变形的增加,应力最大值有所上升;温度场分布以细颈区中心为圆心,由高到低向外分布,在工件内形成温度梯度,高温区主要分布在细颈区中心区域。     

基于应变分布均匀性的镁合金内环筋壳体旋转挤压成形工艺优化

以AZ80镁合金内环筋壳体为研究对象,针对一种新型旋转挤压成形工艺,通过有限元数值模拟研究热力耦合条件下成形过程中应变分布规律,以及在轴向、径向多运动复杂应力状态下工艺参数对AZ80镁合金内环筋壳体金属流动及应变分布均匀性的影响,获取最佳工艺参数组合。建立基于累计分布概率的应变均匀性评价指标,设计正交试验,研究不同工艺参数对AZ80镁合金内环筋壳体应变分布均匀性的影响。结果表明:轴向速度和旋转速度为应变分布均匀性的显著影响因素;最佳旋转挤压工艺参数,挤压温度为380℃,下压速度为0.001 m/s,凹模转速为1 rad/s,径向挤压速度为0.01 m/s。模拟结果与实际成形尺寸匹配良好,成形后的AZ80镁合金内环筋壳体尺寸精度合格,环筋尺寸及质量满足要求。     

履带车辆传动系统主轴抗疲劳结构设计研究

为解决起步工况下履带车辆传动系统主轴低周疲劳失效的问题,基于主轴材料力学性能试验获得了塑性变形阶段真应力应变关系;以主轴实测扭矩为输入载荷分析了初始设计主轴的Mises应力分布状态,进一步研究了主轴结构参数对Mises应力、等效应变的影响规律;基于考虑平均应力效应的Morrow修正模型对主轴低周疲劳寿命进行了预测.研究结果表明:主轴最大Mises应力发生在右侧花键与退刀槽过渡区齿根位置,且最大Mises应力超过了材料的平均屈服极限,与主轴实际裂纹萌生位置一致.随着右侧光轴外径和圆角半径的增加,最大Mises应力和最大等效应变整体呈现递减的趋势.当主轴右侧光轴外径等于48 mm且圆角半径为10 mm时,最大Mises应力和等效应变最小,较初始设计主轴分别降低了8.3％和32.4％,主轴的低周疲劳寿命提高了5.5倍,最大应力位置发生在光轴与花键的过渡圆角位置.     

基于有限元分析TC4筋包超塑成形工艺优化

在Abaqus/Standard平台建立TC4钛合金飞机壁板典型筋包结构超塑成形的三维有限元模型,探究表面缩沟和圆角破裂机理.结果表明:产生缩沟的主要原因为止焊剂涂覆范围偏小,尤其偏小2 mm以上时;圆角破裂的主要原因为圆角半径过小,最佳圆角半径与板料壁厚及理想减薄率相关,分析得到最佳圆角半径-壁厚预测方程.通过对TC4钛合金飞机壁板筋包超塑成形工艺优化,成功避免了缩沟和破裂的产生.     

某复杂盒体的挤压成形方案比较分析

针对一种非对称多筋盒体零件,设计3种不同形状的铝合金毛坯进行等温挤压,利用有限元模拟分析软件分别对其进行数值模拟,分析比较3种方案中的挤压结果、凸模的载荷-行程曲线、挤压过程中的缺陷、挤压件的等效应变-应力分布等因素,获得优化的挤压方案,并对模拟结果进行试验验证。结果表明,用带有凸起的曲面坯料进行挤压为最优方案,并获得理想的产品,验证了此方案可行。     

工业雷管薄壁壳环矢缩径力学性质模型研究

为研究工业雷管薄壁壳环矢挤压缩径成形工艺的力学性质，采用微元法结合弹塑性理论对环矢缩径成形工艺力学性质进行理论分析，并建立工业雷管薄壁壳环矢缩径有限元模型，利用ANSYS软件对缩径成形过程进行数值模拟，探究了管壳缩径成形的应力应变分布规律，并通过试验对仿真模型的准确性进行了验证。结果表明：薄壁壳变形区最大等效应力出现在模具锥角与管壳接触的边线处；成形区的应力应变沿中心截面对称分布，随着位移进给量增加，应力应变沿纵截面线呈缓-快-缓的趋势增大，沿横截面线呈先减小再增大分布，内壁的最大应力及最大应变均略大于外壁。     

基于数值模拟的起落架锻模温度场、应力场分析

为解决某起落架锻模服役后出现严重塑性变形的问题,采用有限元数值模拟技术模拟实际模锻成形过程,并结合实验手段,研究锻模服役过程中的应力场、温度场分布,解决起落架锻模锻后出现的黏模、变形等问题。结果表明:有限元模拟结果与实际较吻合;锻模温度与应力随距型腔表面距离的增加而减小;最大等效应力值集中在型腔底部圆弧处,最大温度场分布在锻模桥部;锻模型腔表面及以下25 mm内区域温度波动较大,等效应力值在824 MPa以上。通过在此区域堆焊高性能焊材制备再制造锻模,能够提高锻模使用寿命。     

新型药型罩温压扭成形模拟与实验研究

高压扭转工艺可以显著提高金属粉末的固结效果,有效细化晶粒并改善组织分布的均匀性。以薄壁锥形件为研究对象,采用MSC.Marc软件对铜粉锥形件温压扭成形进行了有限元模拟及实验研究,分析了其变形行为和致密化规律。结果表明：温压扭铜粉锥形件等效应力、等效应变及相对密度的轴向分布规律相似,均是由口部到锥部递减;剪切应变为靠近模壁的区域较大;同一水平位置的相对密度总是外壁大于内壁。实验制备的铜粉锥形件相对密度达到0.960 5,与模拟结果接近;不同部位晶粒细化程度在52%~66%之间,组织分布均匀性较好;显微硬度HV0.1为70~116. 实验与模拟结果具有较好的一致性,验证了有限元模型的可靠性。     

基于空心坯料挤压AZ80镁合金轮毂组织与性能研究

为有效提升镁合金轮毂的综合力学性能,提出空心坯料挤压方法。采用数值模拟及试验的方法,对比研究空心坯料挤压及传统挤压AZ80镁合金轮毂的主要成形工艺,分析轮辐部位的显微组织和力学性能。结果表明:空心坯料挤压显著提高变形量,轮辐部位等效应变较传统挤压提高2倍;与传统工艺相比,空心坯料挤压AZ80镁合金轮辐的晶粒细小均匀,第二相分布也更均匀,其硬度、屈服强度、抗拉强度及伸长率均得到明显提升。该方法为提升轮毂性能提供新思路。     

杯形件径向-反向复合挤压成形的应变分析

在圆柱体坐标系下,根据质点的流动规律将变形体划分成7个特征区,建立每个特征区的动可容速度场,进而获得各变形区的等效应变速率与平均等效应变速率;计算各变形区的变形时间,将变形区的平均等效应变速率与变形时间相乘,获得各变形区的平均等效应变。将各变形区的平均等效应变值与有限元模拟结果相比较,验证了各变形区平均等效应变计算公式的准确性。开展纯铝件的挤压成形实验,对挤压件各个变形区的硬度进行测试,由于细晶强化与加工硬化效果显著,大变形区硬度值明显大于小变形区。     

铝合金齿轮泵泵体半固态挤压成形的数值模拟研究

采用半固态挤压方法生产零部件,可以消除铸造方法产生的气孔或疏松。通过线性回归的方法建立半固态A356铝合金在570～580℃高固相率温度范围内,不同应变和应变速率下的刚粘塑性本构关系。采用商业有限元模拟软件Deform-3D对A356铝合金材料半固态挤压成形齿轮泵泵体的成形过程进行数值模拟,得到成形过程的流动速度场、有效应力应变场、压力-行程曲线等,并对其进行简要的分析,得出成形过程中的金属流动情况。     

6062铝合金等径角挤压有限元模拟

采用Unigraphics.NX4.0建立了等径角挤压的几何模型,使用有限元软件DEFORM—3D对铝合金6062在不同摩擦因数、不同挤压速度下的ECAP过程进行模拟。获得相应的载荷时间曲线、等效应力应变分布、速度场分布和挤压后晶粒分布,并进行分析,为以后的研究提供理论指导。     

镁合金板料热拉深成形数值模拟研究

分别利用用户子程序二次开发方法和直接输入应力应变实验数据方法,在ABAQUS软件中获得镁合金材料模型进行镁板热拉深成形极限数值模拟研究。研究得出:镁合金板料极限拉深高度在一定范围内随凸凹模圆角的增大、凸模与板料间摩擦因数的增大、温度的提高而增大,随凹模、压边圈与板料间摩擦因数的增大、拉深速度的提高而减小,而随压边力的增大先是增大后来减小,最佳压边力为7500N左右。研究结果表明:本文提出的含非常软化因子的镁合金高温流变应力数学模型能较好地预测流变应力,通过二次子程序开发方法在ABAQUS软件中加入自己的材料模型是切实可行的。     

镁合金等径角挤压过程有限元模拟

通过等径角挤压可以细化镁合金晶粒。利用非线性有限元软件MSC.Marc对镁合金的ECAE变形过程进行有限元模拟,获得等效应变和等效应力分布规律,分析挤压力随变形时间的变化和摩擦对ECAE变形的影响。结果表明:挤压力-变形时间曲线可以分为快速增加阶段,慢速增加阶段和稳定阶段;等效应力分布很不均匀,模具拐角对应的区域等效应力最大;试样中部的等效应变值,大于顶部和底部;摩擦会导致变形不均匀。     

双向挤压与螺旋复合变形有限元分析

以AZ31镁合金为研究对象,对双向挤压与螺旋复合变形模型进行工艺参数的数值模拟运算,分析工艺条件对AZ31镁合金在成型过程中等效应变和挤压力的影响。结果表明:双向挤压与螺旋复合变形可显著提高坯料变形过程的等效应变,随着挤压比的增加、挤压温度和挤压速度的升高,坯料所获得的等效应变值显著升高,双向挤压与螺旋复合变形AZ31镁合金的等效应变值可高达3.2。工艺条件的有限元分析为镁合金在双向挤压与螺旋复合变形的实际生产应用提供了重要参考价值。     

超高强铝合金尾翼架形性一体化控制成形

面向新型装备对轻质构件的迫切需求，以实现新型高强铝合金尾翼架形性一体化控制成形为目标，设计了累积剧塑性变形制备尾翼架（大口径带外纵筋筒形件）工艺，用Deform-3D软件对成形过程进行模拟，分别以变形均匀性和成形精度为优化目标，优化工艺、模具结构参数。结果表明：当变形温度为440℃、挤压速度为1 mm/s时，构件变形均匀性最佳；凸模促流角为10°时，外纵筋填充最好；用循环镦挤和精确反挤压工艺成功制备尾翼架，外筋充填饱满，壁厚差≤1mm；热处理后构件抗拉强度达725 MPa，伸长率为15.3%，实现了尾翼架形性一体化控制。该工艺整体应变为2.52，大塑性变形诱发的晶粒细化和强化相的弥散析出是尾翼架获得强韧性的主要原因。     

接套体多向挤压成形工艺数值模拟研究

针对接套体的结构特点和性能要求,采用多向模锻工艺对该件进行近净成形,用三维有限元仿真软件模拟成形过程,通过分析其变形的应力、应变、温度场和加载曲线等,运用分流法成形原理,提出两种改进成形缺陷的措施,从零件成形质量、模具寿命等方面综合考虑,用增加局部余量法能够得到符合要求的锻件。从而为实际生产选用合理的工艺方案提供参考依据,具有工程实际应用意义。     

基于热加工图的深盲孔筒体热冲压工艺优化

针对厚壁、深盲孔筒体传统生产过程壁厚差较大造成材料利用率较低、生产成本高等问题,以降低承载载荷,减小壁厚差为目标,通过热加工图及有限元数值模拟对热冲压工艺进行优化.开展热模拟试验获取50SiMnVB真应力-应变曲线,建立热加工图,确定工艺参数选择范围;有限元数值模拟,以冲头速度、始锻温度、摩擦因数为参变量,以最小成形力为目标,进一步对工艺参数优化,进行验证.结果表明:冲头速度为50 mm/s、始锻温度为1150℃、摩擦因数为0.3是最佳工艺参数;用该工艺参数制备的20件构件壁厚差均小于1 mm,证明优化工艺有效降低成形载荷、减少壁厚差、提高利用率.     

镁合金往复挤压过程的有限元模拟

运用刚粘塑性有限元法对AZ31镁合金3道次往复挤压过程进行热力耦合数值模拟,模拟分析往复挤压过程的变形规律。结果表明:往复挤压过程中,大变形区主要集中在从动冲头一侧的紧缩区中贴近凹模内壁的区域以及细颈区中贴近凹模内壁的区域;随着挤压道次的增加,变形体的累积应变明显增大;细颈区中贴近凹模内壁处以及细颈区与主动冲头一侧紧缩区的交界处应力较大;温度场分布以细颈区为中心,从高到低在变形体形成温度梯度。     

有限元分析等通道-螺旋挤压中螺旋参数的影响

对等通道挤压-螺旋成型模型进行数值模拟计算,分析转角剪切与旋转剪切对AZ31镁合金在成型过程中等效应力、应变和挤压力的影响。结果表明:经等通道挤压-螺旋成型后,随螺旋长度、螺旋角度和螺旋凹槽深度的增加,试样所获得的等效应变更大,分布更均匀,AZ31镁合金的塑性应变值最高达2.1;随螺旋长度、螺旋角度增加,试样获得的等效应力更大,但随螺旋凹槽深度的增加,等效应力无明显变化,在等通道的转角区和螺旋变形的旋转区出现明显的应力集中。