多点渐进成形工艺数值模拟及实验对比

针对成形大尺寸船板需要大设备的问题,以多点渐进成形方法为研究对象,该方法既有单点渐进成形的由局部变形累计成总体变形的特点,又有多点成形模具自由重构的特点。采用数值模拟法仿真了4种不同的成形工艺产生的成形效果,同时展开了相同工况的实验研究,将实验结果在三维扫描仪下进行测量,然后对比验证了数值模拟的仿真结果。研究结果表明:对于双曲率船板而言,两侧多点同步驱动的成形方案比一侧先调整好位置、另外一侧再依次驱动的方案要优越,成形路径对成形效果的影响不太明显,压头的驱动方式对成形力的历史变化影响显著。     

薄板渐进成形数值仿真研究进展

由于板料渐进成形过程的耗时性以及变形机理和接触模型的复杂性,数值仿真面临效率、精度和算法等方面的问题。分析了板料渐进成形数值仿真中显、隐式积分算法的优劣,归纳了网格划分中壳单元、实体单元以及实体-壳单元的不同特点,总结了渐进成形仿真中确定屈服函数、硬化准则和断裂模型的难点与规律。最后,从简化模型、自适应网格、结构对称性、虚拟速度和质量缩放等方面研究如何提高仿真效率,并分析了其中的关键技术、存在的问题以及未来的发展趋势,帮助在仿真的设定、优化与分析方面获得更进一步的理解,推动渐进成形专用仿真技术的发展。     

板材单点渐进成形工艺数值模拟与成形缺陷研究

工具头运动轨迹的动态加载是建立板材渐进成形有限元模型的难题。首先基于DYNAFORM建立基本的有限元模型,而后直接提取数控代码中工具头的位移坐标信息并添加至关键字文件,从而实现任意复杂运动曲线的加载;数控代码规划的加工轨迹存在起刀区域集中和加工方向单一的问题,容易造成破裂和失稳缺陷。起刀区域塑性变形大,累积效应使该区域板材严重减薄,采用均布策略,并保证均布后相邻起刀点的空间距离大于塑性变形区的最大半径可避免此缺陷。同时,运用顺逆相间的加工方式避免了单一方向加工方式存在的材料堆积引起的形状失稳和棱纹缺陷。     

基于多向无模渐进成形的薄板柔性卷边工艺

传统的薄板卷边工艺难以满足个性化定制、新品开发等的需求,为此研究了一种基于多向无模渐进成形的薄板柔性卷边新方法,利用改进的工具头对1 mm厚的A16061铝板和0.27 mm厚的SUS 304不锈钢板进行了卷边实验和数值模拟,探讨了加工工艺参数对力与变形的影响,分析了典型缺陷的形成与控制方法。研究表明,该方法能够实现板料的柔性卷边成形而无需专用模具,大大扩展了渐进成形的加工范围。对于渐进卷边过程中可能出现翘曲、折弯、表面划痕以及因“端部效应”引起的缺陷等,可以通过减小进给量、增加预成形、改善润滑条件、改进工具头形状等方法对变形加以控制,从而消除成形缺陷。     

板料单点渐进成形数值模拟研究

板料单点渐进成形过程变形复杂、影响因素多,工艺参数选择是提高成形质量和成形效率的关键。对单点渐进成形过程进行数值模拟,分析了成形件的应力分布和厚度变化以及成形路径、进给量等工艺参数对成形过程的影响。结果表明:成形件最大应力和最大厚度减薄发生在底面附近;采用螺旋进给方式可有效提高成形质量和成形效率。实验结果显示,实验结果与数值模拟结果基本吻合。     

钛板材单点渐进成形工艺数值模拟分析

单点渐进成形技术可以明显地缩短新产品的生产周期,对于加工小批量、多品种、形状复杂的薄板成形件有着一定的优势.运用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对钛板材的有模单点渐进成形过程进行了数值模拟,分析了不同板厚的钛板材对成形性能的影响,为后续实验研究奠定基础.     

TA1钛薄板激光冲击成形实验及数值模拟

采用最大输出激光脉冲能量为12.5 J的Thales Laser激光器,对TA1纯钛薄板进行激光冲击成形,并运用激光共聚焦扫描显微镜、透射电镜和有限元模拟等方法对冲击表层的残余应力和微观结构进行分析。结果表明:功率密度为6.11 GW/cm~2时,单次冲击成形效果更好;多次冲击工艺更适合于较小的功率密度3.06 GW/cm~2。冲击断口由大量的韧窝、少量的撕裂棱和层裂组成,断口呈韧性断裂,破裂表现为减薄机制和层裂机制。冲击层存在大量的孪晶、位错墙、周期性波纹等结构。激光冲击使钛薄板表面引入高幅值的残余压应力,呈"W"形分布,多次冲击中心区易形成残余拉应力。     

摇臂等温精密成形工艺数值模拟及实验研究

摇臂在实际开式锻造生产过程中容易出现裂纹,并且材料的利用率低于50%。通过对摇臂三维几何模型的建立,提出了等温精密成形工艺方案,结合摇臂的形状特点,设置一定的工艺补充部分。利用有限元数值模拟软件DEFORM-3D,分析预锻件对终成形效果的影响,研究了优化后的预锻件终成形过程局部速度场及可能产生的缺陷。通过数值分析和实验,得出合理的预锻件,使成形中出现的充不满、金属折叠等问题得到解决。锻件本体流线分布合理,内部组织均匀,没有出现裂纹缺陷,并能够预测裂纹产生的趋势,材料利用率可提高到95%。     

薄板振动渐进精密成形工艺及变形力分析

介绍了金属薄板振动渐进成形的工作原理,分析了成形工具的参数间的关系,得出了金属薄板变形区所需变形力的表达式。通过Matlab软件计算,对成形过程中金属薄板被施加振动载荷和不施加振动载荷的变形区所需变形力进行比较,在施加了振动频率10 Hz和振幅0.05mm的振动载荷情况下变形力可降低26.3%,从而可缩小成形工具的径向尺寸,提高成形零件的尺寸精度,降低加工能耗。     

数值模拟对薄板冲压成形工艺设计的优化

成形数值模拟是板料冲压加工领域中的虚拟制造技术。通过研究薄板冲压成形数值模拟关键技术(弹塑性本构关系、单元技术以及积分求解策略)，将一个简单零件的拉深模拟所进行成形工艺参数的优化设计，应用在某轿车结构件——风窗横梁加强板，根据数值模拟的计算结果，通过修改坯料尺寸、压边力和拉深模压料面形状等工艺边界条件，来实现复杂拉深件成形工艺参数的优化设计，最终获得符合质量要求的产品拉深件。     

斜齿轮冷精密成形工艺数值模拟及实验研究

为了降低斜齿轮精密成形力,利用了分流理论,提出了斜齿轮精密成形新工艺,并用有限元软件Deform-3D对成形过程进行了数值模拟分析和优化。对最优工艺进行了实验验证,实验结果与模拟结果基本吻合,从而为斜齿轮精密成形工艺的实用化提供一定的理论依据。     

成形工具转动渐进成形板料温升的数值模拟研究

基于数值模拟,通过成形工具转动渐进成形了"一"字型沟槽。研究了三种热源对板料温升的贡献。基于正交试验设计和数值模拟研究了成形工艺参数对板料温升的影响。结果表明,工具转动摩擦热是温升的主要因素;对板料温升影响程度顺序依次为:工具转速、板料材料、层进给深度、工具半径、水平进给速度和板料厚度。     

基于数值模拟的板材渐进成形过程研究

以圆锥台为例,运用ABAQUS/Explicit建立弹塑性有限元模型,研究了半顶角(α)、工具头直径(D)和下压量(△Z)对零件壁厚和成形质量的影响.结果表明,半顶角对制件厚度变化起主导作用,其值越小,厚度减薄越严重;大工具头直径和小下压量有利于获得厚度分布均匀的制件.     

直齿轮成形数值模拟及实验研究

此文针对塑性挤压成形直齿时，齿端局部的充角比较困难的问题提出了两种解决方案，一是采取一定的工艺措施，尽量减少单纯为了局部充角而产生的塑性变形；二是制造多向流动成形环境，使材料的多向流动改变局疗充角时的应力状态。为了比较准确的掌握各工艺参数之间的关系，此文采用上际元法（ＵＢＥＴ）对直齿轮的挤压成形过程进行了正－反向模拟并且进行优化计算，此文用工业纯铅对ｍ＝３，Ｚ＝１８的直齿轮进行了实验。     

板材渐进成形破裂分析与数值模拟

针对渐进成形过程中金属板材易破裂问题,以不同成形半锥角的圆台件作为研究对象,建立了渐进成型CAD模型,并进行数值模拟和试验验证。结果显示,成形半锥角越大,制件侧壁出现破裂问题的可能性越低,材料成形性能越好。同时,针对板材渐进成形破裂现象,结合破裂准则和对破裂的数值模拟,提出一种有效预测破裂的方法。     

低碳钢薄板激光焊数值模拟及工艺

在试验基础上,考虑了材料导热系数、对流换热系数、热焓等参数随温度的变化,通过有限元软件ANSYS建立激光薄板焊接的热源模型,模拟激光焊焊接过程,研究其温度场分布。对比试验和模拟结果,得出其焊缝形状基本一致。同时分析焊接电流、脉宽、频率对熔池熔深、熔宽的影响,结果显示,熔深、熔宽与电流成正比,与脉宽和频率成反比。对焊缝组织进行研究,发现焊缝主要由珠光体和铁素体构成,材料性能满足焊接要求。     

基于数值模拟的圆锥台件渐进成形过程研究

以典型圆锥台零件为例,介绍了板料数控渐进成形的基本原理和特点.描述了渐进成形工具轨迹的生成以及有限元数值模拟成形结果的分析.结果表明:Cimatron软件的CAM模块可生成分层螺旋进刀工具轨迹;渐进成形能提高板料的成形性能,但成形精度有待进一步提高.     

基于数值模拟的两种渐进成形对比研究

板料渐进成形技术是一种新型的钣金零件柔性制造技术,点压渐进成形相较于普通渐进成形,可以在一定程度上改善产品加工质量。通过数值模拟,对比了普通渐进成形和点压成形中板料的厚度变化、应变及成形过程中局部应力状态,分析了渐进成形中板料的变形方式和板料不同位置变形特征。该研究能指导点压渐进成形工艺的合理设计,以保证渐进成形的顺利进行。     

薄板多点成形与模具成形过程数值模拟及成形性比较

基于动力显式有限元方法,针对不同工艺参数对带压边薄板类零件的多点成形和模具成形过程的影响进行了数值模拟与比较分析。由于成形方式的不同,各参数对起皱、破裂等成形缺陷的影响也不尽相同。通过对比分析发现,相同条件下多点成形对破裂的抑制效果优于模具成形;只要参数选取适当,板材在多点成形方式下的成形质量可以达到或超过模具成形方式。这些结果对于认识多点成形方法的塑性变形特点、合理设置多点成形工艺参数具有指导作用。     

Al/Mg双层方管渐进扩径成形的数值模拟及实验研究

为了研究渐进扩径成形(Progressive expanding forming,PEF)工艺对Al/Mg双金属复合方形管材成形过程多物理场及微观组织的影响,根据PEF工艺的特点,采用DEFORM-3D软件建立了三维热力耦合的有限元数值模型并进行模拟,在PEF工艺实验中开展了微观组织表征及硬度测试,研究了预热温度对成形载荷及坯料形变的影响、挤压速度对坯料温度场及等效应力的影响,以及不同坯料预热温度对Al/Mg双金属微观组织的影响。结果表明：PEF工艺可以产生大塑性变形(Severe plastic deformation),有效地细化双层方管的微观组织,并且能够直接一次形成壁厚为3 mm的Al/Mg双金属复合方管;坯料预热温度从340℃上升到430℃时,成形载荷呈下降趋势,下降了约28.6%;挤压速度越快,挤压剪切扩径区的等效应力越大;在Al/Mg双金属复合界面过渡区会形成Mg₁₇Al₁₂、Mg Al、Mg₂Al₃三种铝镁的化合产物,结合层硬度较高;当挤压速度为10 mm/s、挤压温度为400℃、扩...