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。     

工艺参数对杯形内啮合齿轮旋压成形影响的数值模拟研究

基于金属塑性变形原理和旋压工艺的特点,提出了杯形薄壁内啮合齿轮旋压成形技术,建立了齿轮旋压三维弹塑性有限元模型并进行了数值模拟,分析了齿轮旋压成形时各变形区不同方向应变分布和金属流动规律,定性分析了主要工艺参数对齿轮旋压成形的影响规律。结果表明,压下量对齿轮成形起关键作用,并对齿根减薄影响大于齿顶增厚的影响,进给比对齿轮成形影响不大,大的旋轮圆角半径有利于齿顶增厚。     

五边形横截面零件旋压成形壁厚变化规律研究

为探讨非圆截面零件旋压成形时壁厚变化规律,采用MSC.Marc有限元软件对五边形横截面锥形件旋压过程进行数值模拟,获得了工件厚度减薄率沿圆周及母线方向的分布规律;通过分析对比几种不同截面形状的五边形及圆形横截面锥形旋压件的厚度减薄率变化,获得了不同工件截面形状对厚度减薄率的影响规律。结果表明,厚度减薄率沿圆周方向的分布大小与截面圆周方向的轮廓曲率有关,曲率越大的位置厚度减薄率越大,反之亦然。     

工艺参数对双层304不锈钢波纹管液压胀形的影响

为提高波纹管的成形质量以及合理选取胀形工艺参数,基于有限元分析软件ABAQUS模拟304不锈钢双层波纹管液压胀形过程,并利用实验验证了有限元模型的正确性。基于建立的模型,研究了内压力、模具行程、挤压速度和加载路径对波纹管成形的影响。结果表明,影响双层波纹管液压胀形壁厚减薄和波高的主要工艺参数为内压力和模具行程;随着内压力和模具行程的增大,最大壁厚减薄率和波高均线性增大,且内外层壁厚差值增大;过大的内压和挤压速度会导致波高不均匀性增大;降低起波阶段内压力及在成形初期施加轴向进给的加载路径有利于减小波纹管的减薄率。最后,通过双层波纹管的液压胀形实验验证了数值模拟的正确性。     

工艺参数对杯形内啮合齿轮旋压成形影响的数值模拟研究

基于金属塑性变形原理和旋压工艺的特点,提出杯形薄壁内啮合齿轮旋压成形技术,建立了齿轮旋压三维弹塑性有限元模型并进行了数值模拟,分析了齿轮旋压成形中各变形区不同方向应变分布和金属流动规律,定性地分析了主要工艺参数对齿轮旋压成形的影响规律。结果表明,压下量对齿轮成形起关键作用,并对齿根减薄影响大于齿顶增厚的影响,进给比对齿轮成形影响不大,大的旋轮圆角半径有利于齿顶增厚。该项研究为提高生产效率、优化产品质量提供了理论依据,同时也为进一步研究齿轮旋压技术奠定了坚实基础。     

铝合金Ω形波纹管轴向低压压形工艺

为了得到具有大直径大膨胀率且壁厚减薄小的铝合金Ω形波纹管,提出了一种轴向低压压形工艺,其核心思想是通过合理匹配成形内压与轴向进给间的关系来提高波纹管的成形质量。同时,通过实验与数值模拟分析结合的方式,基于ABAQUS有限元分析软件,建立了波纹管轴向低压压形过程的有限元模型,并基于波纹管轴向低压压形过程中的等效应力及壁厚分布情况,分析了3种不同加载路径对波纹管成形过程的影响,获得了成形内压与轴向进给间最佳的匹配关系。结果表明,由加载路径3阶梯形匹配关系所得波纹管的形状精度高,最大减薄率为12.1%,验证了工艺的可行性。     

波纹管无模成形中不锈钢管材变形行为研究

利用实验和有限元模拟的方法,研究了无模成形工艺参数对金属管变形行为及波纹管尺寸的影响规律。研究采用SUS 304不锈钢管为坯料,并利用不同参数的无模成形工艺成功地获得了具有良好形状的波纹管。首先,建立了金属波纹管无模成形的有限元模型,通过对比轴向温度分布及波纹管轮廓尺寸的模拟值与实测值,验证了所建立模型的可靠性。其次,应用该模型计算了不同工艺参数对波纹管成形行为的影响。结果表明,在成形过程中,两端速度比、变形区宽度等参数对金属管的波峰高度、波峰间距、壁厚和变形行为具有显著影响,通过控制合理的参数可以制备出具有预期形状的金属波纹管。     

铝合金强力旋压变形区温度变化规律

建立了铝合金薄壁精密筒形件三旋轮强力旋压变形区温度变化数学模型,计算并分析了变形区温度变化规律及其对旋压工艺的影响。研究结果表明:多道次强力旋压时,变形区温度最高升温约160℃,变形区金属的变形抗力明显降低约40 MPa;在分析变形区温度变化对壁厚减薄率影响规律的基础上,提出了壁厚减薄率一致性的概念,为薄壁高精度铝合金筒形件旋压提供了理论参考。旋压变形区温度变化导致旋压坯料在厚度方向上产生热膨胀,最大热膨胀量达85μm,名义减薄率与实际减薄率不一致,壁厚减薄误差率达12%。     

金属波纹管旋压-辊压联合成形过程变形行为分析

以国内某厂旋压-辊压联合成形DN10金属波纹管为研究对象,基于MSC.MARC商业有限元软件建立了波纹管联合成形过程非线性有限元模型,模拟分析了薄壁波纹管的波形演变过程、内外变化规律和壁厚精度影响机制。结果表明,波峰外径主要受辊压道次影响,波谷内径演变与各成形道次都相关。辊压过程中通过微压下量可确保模具对波谷的张紧限制作用,从而有效提高波形成形效果。在旋压成形时,在径向和周向双重压应力作用下,波谷壁厚出现增加。为满足壁厚均匀化调控需求,根据成形工艺特点及体积不变原理,给出了波纹管壁厚预测公式。     

梯形内齿旋压成形过程数值模拟及试验研究

采用有限元数值模拟和试验验证的手段对三旋轮杯形薄壁梯形内齿轮旋压过程进行了研究,讨论了齿形角、减薄率、进给比、旋轮圆角半径等工艺参数对杯形薄壁梯形内齿旋压成形质量的影响。结果表明,在旋压成形过程中,金属的流动与齿廓侧面的倾斜程度有关;梯形齿各截面壁厚分布较矩形齿均匀。随着减薄率、进给比及旋轮圆角半径的增加,工件轮齿部分的相对齿高也随之增加。     

管材多点成形过程中壁厚减薄的数值模拟

基于动态显式有限元ABAQUS/Explicit,建立了管材多点成形过程的三维有限元模型,模拟分析管壁厚度、曲率半径和管坯的材料参数对管件壁厚的影响规律。结果表明,管壁厚度的增加和曲率半径的增大,有助于控制管件壁厚减薄,但管壁厚度对壁厚减薄的影响不显著,而随着曲率半径的增大,壁厚减薄率变化比较明显;在管件的截面畸变发生前,壁厚减薄量增大较快;合理地选择材料,可以有效地预防管件破裂的产生。该研究结果对管材多点成形参数的确定,具有指导作用。     

小口径薄壁筒形件变薄旋压工艺及实验

根据单轮旋压工作原理,采用一种变薄旋压工艺成形小口径薄壁筒形件,并通过有限元模拟软件分析了旋轮成形角、减薄率和进给量对金属变形的影响,确定了旋压成形工艺参数。采用模拟结果对小口径铝合金管进行变薄旋压实验,产品的机械性能、内外表面质量和椭圆度都得到了显著的提高,充分证明了该工艺的可行性,为进一步深入研究和推广小口径薄壁筒形件的变薄旋压工艺奠定了基础。     

筒形件强力旋压成形本构关系研究

通过不同壁厚减薄率的筒形件旋压的单向拉伸试验获得了应力—应变关系曲线。在弹性变形和塑性变形工艺的基础上,分析了减薄率对屈服强度、弹性模量以及切线模量的影响。并且通过修正双线性弹塑性本构关系,获得了强力旋压成形的本构关系。结合宏观增量本构关系和拉伸试验结果,采用Mises屈服准则和随动强化模型建立了适合强力旋压成形的弹塑性增量本构方程,这为筒形件强力旋压成形奠定理论研究和实际应用的基础。     

对轮旋压的正交试验数值模拟

为研究对轮旋压工艺参数对壁厚差及扩径量的影响,根据对轮旋压的工艺特点并结合有限元平台ANSYS软件,对筒形件旋压过程进行数值模拟,建立了三维有限元模型。采用正交试验法对对轮旋压成形工艺参数进行分析,获得了影响壁厚差和扩径量的因素主次顺序。研究结果表明,对轮旋压成形过程中,影响旋压件壁厚差因素的主次顺序为:减薄率进给比旋轮圆角半径;影响旋压件扩径量因素的主次顺序为:减薄率旋轮圆角半径进给比。     

超薄壁不锈钢波纹管件液压成形工艺研究

为了解决传统拼焊制造超薄壁不锈钢波纹管弹性差、寿命短、易破裂等问题，采用液压成形技术成形超薄壁不锈钢波纹管件。针对超薄壁不锈钢波纹管件截面形状复杂以及管壁易失稳起皱破裂的成形难点，设计了不同的加载路径。利用CATIA进行建模，使用Dynaform有限元分析软件进行数值模拟。基于波纹管成形过程中的波高与壁厚减薄情况研究了模具间隙、预胀形内压和整形压力对成形质量的影响规律。试验结果表明，对于复杂异形截面的填充，管内压强和轴向进给的增大有利于材料流动进入圆角区域以及管坯与模具的贴合。对于内径Φ50 mm,壁厚0.4 mm的复杂截面波纹管，预胀形内压7.5 MPa,整形压力20 MPa,轴向进给为20 mm为最佳参数匹配。开展了相关试验，验证了模拟结果与试验结果相符，获得的波纹管满足尺寸与性能的需求。     

波节管液压成形过程的数值分析与实验研究

通过理论计算和有限元模拟的方法计算了液压成形波节管的成形压力,并进行实验验证。通过液压成形实验研究了波节管壁厚分布,并分析了适当提高成形压力对波节管尺寸精度的影响。通过爆破实验分析了液压成形波节管的内压爆破性能。结果显示:理论计算、数值模拟得到的成形压力与实验结果较为一致,提高成形压力不能明显的改善波节管的尺寸精度;成形后的波节管直管段管壁最厚,波峰处壁厚减薄量最大;波节管壁厚从波峰到直管段并不是单调增大,在过渡段边缘,壁厚局部减薄严重;经过液压成形得到的波节管内压爆破性能要优于原始光管。     

筒形件强力旋压工艺模拟及实验研究

采用有限元与工艺实验相结合的方法,对筒形件强力旋压工艺进行了研究。对于旋压加工工艺,利用有限元模拟软件建立三维弹塑性模型并进行数值模拟,然后在此基础上分析进给比、减薄率2个工艺参数对筒形件强力旋压成形过程的影响规律。根据数值模拟结果,设计并制造了工装与模具,同时进行了工艺试验,成功试制了壁厚减薄效果良好的筒形件强力旋压样件。     

大型薄壁筒形件对轮旋压成形数值模拟及成形精度分析

为了研究对轮旋压成形机理,突破对轮旋压成形精度控制技术,采用有限元方法分析了道次减薄率、进给比、旋轮成形角以及内旋轮圆角半径等工艺参数对旋压件圆度、直线度及壁厚差的影响。结果显示:当道次减薄率Ψt=20%~30%、进给比f=1.5~2.0 mm·r-1、旋轮成形角αρ=25°、内旋轮圆角半径rρ内=10 mm时,旋压件成形精度最高。同时,分析了在总压下量为9 mm时,内、外旋轮在不同压下量下对成形精度的影响。结果表明:当外旋轮压下量为5 mm、内旋轮压下量为4 mm时,旋压件精度最高。最后,通过工艺实验验证了有限元仿真结果的准确性,结果显示两者偏差小于15%。     

滚珠旋压圆孔翻边成形力分析

针对滚珠旋压翻边过程中成形区的特点,将滚珠与板材的接触变形区分为减薄变形区和翻边变形区,在此基础上,建立了滚珠旋压力解析模型,通过投影方法分别计算了减薄变形区和翻边变形区的投影面积,同时对两个区域的接触应力进行分析,推导出滚珠旋压翻边的旋压力计算公式。同时,建立了滚珠旋压翻边的有限元模型,进行了旋压翻边过程的有限元分析,并将旋压力解析模型结果与滚珠旋压翻边有限元旋压力模拟结果进行对比分析,分析的结果表明滚珠旋压力解析模型可为滚珠旋压翻边力快速初步评估提供一种新计算方法。     

空心轴穿孔旋压复合成形的有限元仿真

针对空心轴加工工艺复杂、材料利用率及加工效率低等问题,将某型空心轴穿孔及旋压成形工艺复合为穿孔旋压成形工艺,对其成形原理进行了分析。运用有限元软件Simufact建立了穿孔旋压复合成形仿真模型,对其在不同成形时间下的等效应力、等效应变等参数进行了有限元仿真,得到等效应力、等效应变的变化规律。结果表明:随着穿孔旋压成形的不断进行,最大等效应力及应变都逐渐向加工成形部位移动;不同成形时间下,最大等效应力及应变分布不同;随着距成形起始点的空心轴长度距离及距内侧厚度方向距离的增加,最大应变都先减小后增加。该研究能为空心轴穿孔旋压复合成形模具设计和工艺参数优化提供参考。