十字形钢管拉拔成形的三维有限元模拟

异型钢管拉拔成形是一种高质量、高效率和低消耗的管材成形加工工艺.以十字形钢管为研究对象,采用有限元技术对拉拔成形过程进行数值模拟,得到了成形过程中管料的变形规律.研究发现：在应力分布上,轴向、周向和径向应力随管料在模具中位移增加而增大,三者最大值均出现在减径带与定径带连接处;沿壁厚方向,中心层应力分布较均匀.在应变分布上,塑性变形主要发生在管料与模具初始接触处及减径带与定径带连接处,周向应变沿拉拔轴向分布有较大变化,在模具入口端部分数值为负,在出口端部分数值为正.同时,模拟讨论了周向压缩系数η、拉拔速度v和摩擦系数μ对拉拔过程的影响,当η在1.05～1.14之间变化时,拉拔过程较稳定,应力-应变曲线分布平稳;拉拔应力随着μ的增加而增大;当v=250mm/s时,拉拔应力取得最小值.     

AZ31镁合金小直径薄壁管拉拔工艺及性能研究

实验研究了多道次拉拔过程中拉拔速度、拉拔变形量对AZ31镁合金小直径薄壁管材组织和性能的影响。研究结果表明,温度为300℃、拉拔速度为0.30 mm·s-1时,管材壁厚减薄均匀,可以保证镁合金管材的拉拔顺利进行。多道次拉拔可以成功制备Φ4 mm×0.2 mm的AZ31镁合金小直径薄壁管材。且随着累计变形程度的增加,镁合金的晶粒显著细化,当累积变形量达到95.4%时,平均晶粒尺寸从开始的22μm减小到8μm左右。最终小直径薄壁镁合金管材的抗拉强度达到了247.3 MPa,相应的伸长率为16.8%。     

管材拉拔力实测与理论分析

实测了管材连续拉拔时的拉拔力。通过对拉拔过程中的应力和应变分析，建立了管材拉拔力理论计算公式，并将该公式与其他公式进行了比较。比较结果表明，采用本文提出的理论公式计算拉拔力，计算值与实测值最接近。     

用长芯棒拉拔薄壁软铝管的试验研究

叙述了用长芯棒拉拔薄壁软铝管的实验设备、材料及工艺，研究指出，用长芯棒拉拔ＬＦ２１铝合金管壁厚可薄到０．１ｍｍ。在专用脱棒机上脱棒，管材表面无压痕等缺陷，同固定芯头相比，拉拔力可降低２５％左右，比游动芯头降低拉拔力５％￣１０％，变形区内轴向拉应力也可大大降低，因此，道次延伸系数高达２．９左右。     

芯棒伸出量对0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲成形质量的影响

利用有限元模拟软件ABAQUS建立了0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管材的数据弯曲、抽芯及回弹全过程有限元模型,并对其可靠性进行了验证;研究了芯棒伸出量e对横截面畸变、壁厚变化、起皱趋势和回弹角的影响规律。结果表明,随着芯棒伸出量的增大,管材横截面畸变率和回弹角减小,当芯棒伸出量大于2.5 mm时,管材出现"鹅头"现象;外侧壁厚减薄率随着芯棒伸出量的增大而增大,内侧壁厚增厚率随着芯棒伸出量的增大而有所减小,但减小趋势不明显;弯管内侧起皱趋势随着芯棒伸出量的增大先减小后增大;最后获得了合适的芯棒伸出量范围为1.5~2 mm。     

芯模参数对高强度薄壁管数控弯曲成形质量的影响

薄壁管数控弯曲成形中的柔性芯模是影响薄壁管成形质量的关键因素。利用有限元分析软件Dynaform建立了高强度薄壁管数控弯曲过程的有限元模型,并对其可靠性进行实验验证。研究了芯棒与管材间隙、球芯棒个数、球芯棒与管材间隙、芯棒与管材摩擦条件等芯模参数对高强度薄壁管数控弯曲过程中壁厚变化和截面畸变的影响规律。结果表明:随着芯棒与管材间隙的增大,壁厚减薄率减小,截面畸变率增大不明显,芯棒与管材间隙主要影响管材弯曲结束位置;随着球芯棒个数的增加,壁厚减薄率增大,截面畸变程度减小;随着球芯棒与管材间隙的增大,壁厚减薄率减小,截面畸变率增大;芯棒与管材内壁的摩擦越小,越有利于降低壁厚减薄率。     

间隙对TA18高强钛管数控弯曲成形截面畸变及壁厚变化的影响

基于ABAQUS/Explicit平台,建立了TA18高强钛管数控弯曲成形过程三维有限元模型,并验证了模型的可靠性;采用该模型模拟分析了模具与管材之间的间隙对TA18高强钛管数控弯曲成形截面畸变和壁厚变化的影响规律。结果表明:减小芯棒/管材的间隙、弯曲模/管材的间隙和压块/管材的间隙可以降低截面畸变程度;减小弯曲模/管材的间隙、压块/管材的间隙或增加芯棒/管材的间隙可以减小壁厚减薄率;增大弯曲模/管材的间隙、芯棒/管材的间隙和压块/管材的间隙可以降低壁厚增厚率;防皱块/管材的间隙对截面畸变和壁厚变化影响不大。获得了较佳的芯棒/管材的间隙值、弯曲模/管材的间隙值、压块/管材的间隙值和防皱块/管材的间隙值,分别为0.075、0.1、0.1和0.1 mm。     

芯棒位置对管材内径尺寸精度影响的有限元模拟

利用MSC.MARC有限元仿真软件模拟了固定短芯棒拉拔时芯棒在变形区中不同位置时的管材拉拔过程,研究芯棒位置不同对管材内径尺寸精度影响的规律.结果表明,芯棒在变形区中位置不同,拉拔管材的内径尺寸缩小量不同,这种变化还与芯棒与模子的配合类型有关.本模拟反映了拉拔过程中管材变形的近似过程,为研究和开发新工艺、新技术提供了有效的工具.     

拉拔工艺参数对微型直齿沟槽铜管成形的影响

利用高速充液旋压技术加工出直径为6mm的沟槽管;然后,采用多级拉拔成形方法加工出直径为3～6mm的微型直齿沟槽铜管。在分析其加工成形机理的基础上,重点研究拉拔工艺参数对沟槽管成形的影响规律。结果表明：在微型直齿沟槽铜管成形过程中,随着拉拔成形直径的缩小,壁厚增加,槽深和槽宽均减小;同时,壁厚随着拉拔模具角的增加而减小,而槽深和槽宽随着拉拔模具角的增加而增加;随着拉拔级次压缩率的增大,拉拔力增大,过大的拉拔级次压缩率会导致微型直齿沟槽铜管拉拔成形轴向沟槽产生断裂。随着拉拔模具角的增大,拉拔力先减小后增大,并且存在一个最小值区域。当拉拔模具角α=16°时,拉拔力最小,此为最佳拉拔模具角。     

基于弹性-幂强化材料模型的金属管材弯曲回弹分析

对金属管材在弯曲条件下的应力-应变关系进行分析,基于弹性-幂强化材料模型,在中性层附近的弹性变形区采用线性关系描述应力-应变关系,在塑性变形区采用幂函数形式描述应力-应变关系。根据回弹理论,计算时考虑了管材壁厚,推导了金属管材弯曲回弹角的近似计算公式。计算结果表明,弹性变形区产生的回弹量占整体回弹量的比值非常小。回弹角的大小与材料的自身参数相关,随着弹性模量E、材料硬化系数n的增大而减小,随着塑性系数K、管材壁厚t的增大而增大。回弹角的大小与弯曲时的弯曲角度和曲率半径相关,随着弯曲角度α、曲率半径ρ的增大而增大。     

无模拉拔成形连续柱状晶BFe10-1-1合金管材的残余应力

在拉拔温度850℃、拉拔速度0.7mm/s、进料速度0.5mm/s的条件下,对连续柱状晶组织BFe10-1-1合金管材进行无模拉拔成形,采用X射线法测定管材的残余应力,采用TEM进行微观组织分析,探讨了残余应力产生的机理。结果表明,沿着拉拔方向,无模拉拔合金管材的变形区外表面残余应力分布呈先升高后降低的趋势;已变形区残余应力值较为均匀;各点残余应力均为压应力,最大值为135MPa。无模拉拔成形过程中,连续柱状晶组织BFe10-1-1合金管材的晶界变得曲折,晶界周围出现不同密度的位错塞积,变形区沿拉拔方向的位错密度呈先增大再减小的趋势,这一趋势是导致产生不同程度残余应力的根本原因。     

外螺纹铜管拉深成形过程的有限元模拟

利用非线性有限元仿真软件MARC,研究了外螺旋凸筋管成形过程的三维弹塑性有限元模拟技术.对外螺纹铜管的拉深成形过程进行了模拟,得到了成形过程中工件内部的应力和应变分布规律.结果表明,拉拔过程中,管料发生轴向延伸,但各部分延伸量不均匀,最大延伸变形发生在筋底中心部分.在周向,整体上管料发生压缩变形,但在筋底部分产生一定的延伸,应变为正;径向发生压缩变形.在定径区及铜管离开定径区后,轴向应力均为拉应力,但沿壁厚分布不均匀;同样,拉拔周向应力沿壁厚方向也呈不均匀分布,出定径区后在筋底区的外表面为负,内表面为正.     

Investigation of the formability limit of aluminium tubes drawn with variable wall thickness

Structural aluminium tubes have very important industrial applications, particularly in automobile industry. Tube drawing process is widely used to reduce the outer and inner diameters of tubes. An important issue in the tube drawing process to obtain variable wall thickness is how to determinate and predict its formability limits. Previously published works generally deal with the formability limit of conventional tube drawing based on experimental analysis, analytical method and finite element method. However, in the case of variable wall thickness tubes, there is a lack of knowledge and data in order to predict their limit of formability. In the present study, both theoretical and experimental methods are proposed for estimating the formability limit of the variable wall thickness aluminium tubes used for the transportation purposes. A modification of a conical mandrel was proposed and a special control system for mandrel displacement during the process was used to carry out the drawing tests. During the drawing process, the tube pulling axis was controlled at constant speed while the mandrel was moved to achieve the continuously variable wall thickness. The formability limit in term of minimum wall thickness and maximum area reduction was obtained before tube rupture. These values are useful data for the determination of the extent of deformation during a drawing process that a material can experience without failure. The maximum drawing stress ratio was also determined experimentally. Further, an extension of an upper bound solution developed in previous publications is proposed to predict the drawing stress field. The maximum drawing stress ratio was used as a criterion for fracture analysis. It was shown that the analytical model with its new extension combined to the fracture criterion predicts quite well the thickness and area reduction limit. The experimental studies were completed by examining the microstructure and strain field at the limit state.     

A new method for production of variable thickness aluminium tubes: Numerical and experimental studies

Tube drawing is one of the mostly used techniques for producing tubes in various sizes. In this method, tube passes through the die and mandrel to produce constant wall thickness tube. In some applications like transportation industry, design necessities cause requirement for these kinds of tubes. Furthermore some manufacturing processes like tube hydroforming dictate have a tube with variable thickness. In this study, with a modification made to the classical tube drawing process, the sinking and fixed-mandrel tube drawing methods were mixed together to produce tubes with variable thickness in the axial direction. An optimization method, namely the leapfrog optimizer for constrained minimization, was coupled with a finite element model to study design specifications i.e. effect of initial tube geometry on this new process. The obtained results from finite element method (tube drawing force, the minimum and maximum final thickness of tube) were compared with the experiments performed in the designed and manufactured machine and acceptable agreement was observed. Based on these results, the maximum and minimum thicknesses in the final produced tube are mostly dependent on the thickness and outer diameter of initial tube respectively.     

管材拉拔中的不均匀变形与残余应力

为评价管材拉拔中的不均匀变形 ,提出用管材拉拔前后截面形状变化指数Q描述截面变形的不均匀性。用电阻应变片测试了黄铜管材变形后的表面残余应力 ,用管材截面小圆环法计算了截面径向和周向变形的分布 ,确定了管材拉拔中Q值对管材截面上变形分布及表面残余应力的影响规律。     

盒形件增量拉深成形数值模拟及工艺试验

为了探索板料增量拉深成形的特点和规律,设计了增量拉深成形轨迹,用Deform-3D模拟软件,对盒形件增量拉深过程进行了数值模拟,分析了凹模圆角半径和凸模进给速度对成形件质量的影响,获得了成形过程中的等效应力和等效应变;并设计了具有双向调节机构的增量拉深模,在Gleeble1500D热模拟试验机上进行了工艺试验验证.结果...     

高精度管材拉拔过程计算机模拟研究

开发了一种适用于生产高精度管材的新型芯棒形式,利用MSC.MARC/AUTOFORGE有限元仿真软件,模拟了高精度管材的拉拔过程,分析了变形区金属变形规律、应力分布状况及拉拔力变化规律及芯棒形式与模具尺寸参数对高精度管材尺寸精度的影响规律,得出了合理的模具参数,为科研和生产提供有效的帮助。     

药芯焊丝的拉拔力计算模型

通过药芯焊丝拉拔应力分析,建立了冷轧钢带法制造药芯焊丝的拉拔力计算模型,分析了影响拉拔力的因素。影响药芯焊丝拉拔的因素很多,其中钢带的力学性质、焊丝的变形程度、拉丝模的内孔尺寸、拉拔速度、摩擦与润滑条件对拉拔应力影响较大。在低速拉拔时,拉拔应力随拉拔速度的增加而增大。中速拉拔时,拉拔应力随拉拔速度的增大而下降。继续增大拉拔速度,拉拔应力变化不大。     

薄壁铜管固定芯头拉拔和游动芯头拉拔的对比分析

为提高薄壁铜管拉拔后的成形质量,探讨不同拉拔工艺对薄壁铜管成形性能的影响,利用有限元软件MARC分别对两种拉拔成形工艺建立有限元模型,对比分析薄壁铜管固定芯头拉拔和游动芯头拉拔对拉拔力、铜管拉拔后等效应力、应变和残余应力的影响。结果表明:在相同工艺参数下,与固定芯头拉拔相比,游动芯头拉拔所需拉拔力明显更小,等效应力也相对更小,等效应变相等,残余应力在轴向和周向更小,且分布更均匀,在径向都趋近于0。在不考虑其他因素下,游动芯头拉拔更有助于提高薄壁铜管的产品质量。     

无模拉拔成形过程中金属氧化动力学模型

为提高无模拉拔制品的表面质量,优化无模拉拔工艺参数,并预测氧化膜厚度,通过分析变形温度、变形程度等因素对金属氧化过程的影响,针对无模拉拔成形金属锥形管,建立了无模拉拔成形时金属的氧化动力学模型,并与304不锈钢的实验结果进行对比。结果表明,无模拉拔成形过程的氧化动力学曲线呈抛物线-直线复合规律,变形程度增大,变形温度升高,金属的氧化速度加快,氧化膜厚度增加;304不锈钢锥形管无模拉拔成形时,随着拉拔的进行,变形程度逐渐增大,表面氧化膜厚度逐渐增厚,理论预测值和实测值之间的最大相对误差10%;降低感应加热温度、缩短冷热源距离,可以减小金属的氧化程度,有利于提高金属表面质量。