Experimental study of oil-filled high-speed spin forming micro-groove fin-inside tubes

This paper presents an oil-filled high-speed spinning process of manufacturing micro-groove fin-inside tubes. In spinning, a high-pressure oil-film, which squeezes the tube outer-wall, is formed as the spinning speed increases. A floating mandrel extrudes the tube inside wall to form the micro-grooves/fins continuously. By experiments of spinning micro-groove fin-inside tubes, this paper analyzes the influences of each process parameter on the formation quality, and optimizes each parameter. The experimental results show that the dynamic pressure can significantly improve the stability of spinning and the quality of finished surface; the minimum thickness of oil-film is decided by the spinning speed and the oil viscosity directly. In the case of full oil dynamic lubrication, there is no obvious scrape on tube surfaces. The main factors affecting the groove depth and the surface roughness are the ratio (α) of the wall thickness of the tube before drawing to the finished one, the material plasticity, the ratio (β) of drawing to spinning, the spinning speed (n), and lubricating state, etc. The axial drawing force mainly depends on the friction between the floating mandrel and the tube internal wall, the friction between the reducing mold and the outer surface, and plastic deformation resistance in the reducing mold area and spinning area as well.     

橡皮液压凸弯边成形试验与分析研究

橡皮成形是飞机制造业中的一种非常重要的加工方法.凸弯边成形是橡皮成形的主要形式之一,起皱是凸弯边成形过程的常见缺陷.采用正交设计方法对影响凸弯边成形过程的几个因素如模具半径、倒角半径、翻边高度和压力进行了试验研究,分析了不同因素和不同材料对凸弯边的起皱影响.发现对于不同材料,随着强度的增加,起皱趋势也增加.随着材料强度的增加,倒角半径对起皱的影响降低,压力和翻边高度对起皱的影响增加,模具半径对起皱的影响最大.     

厚壁管闭式镦粗有限元分析及实验研究

为解决厚壁管在单向加压的普通液压机上进行闭式敦粗后壁厚不均的问题,本文提出了一种浮动凹模芯模闭式镦粗法。首先,介绍了该工艺的成形过程及模具结构。其次,采用刚塑性有限元法对新工艺和传统工艺进行了有限元模拟,比较模拟结果发现新工艺可明显地提高管件壁厚的均匀性,最后,对该工艺及传统工艺进行了试验研究,试验结果和模拟结果吻合良好。     

汽车前轮罩板有限元模拟及成形性分析

采用板料成形三维有限元分析软件Dynaform对某车型前轮罩板的拉深成形过程进行了数值模拟.通过对前轮罩零件的成形工艺性能分析,发现在轮罩板件的产品型面上有部分破裂,为了消除破裂现象,将拉深筋设置和工艺圆角型面进行了工艺优化.优化前后的FLD图对比表明:优化型面和拉深筋参数可将板料变薄率控制到27%左右.采用优化后的工艺方案,生产出了合格的前轮罩零件产品.     

TC4合金流动旋压三维弹塑性有限元模拟

应用有限元软件MSC.Marc,建立了TC4合金筒形件流动旋压的三维弹塑性变形力学模型.研究了三轮同步热反旋过程中的三维变形图,管坯表面应力、应变以及旋压力分布规律.这对于优化TC4管材旋压工艺和缺陷的科学预报有重要的指导意义.     

基于有限元模拟的内螺纹铜管旋压成型参数确定

内螺纹铜管传热面积大,可以造成紊流效果,提高换热效率,是空调、冰箱的主要换热介质。旋压成型是制造内螺纹铜管的高效成型工序。为研究内螺纹铜管旋压成型过程中的材料流动规律,运用非线性有限元分析软件,对内螺纹旋压成型过程进行了仿真。结果表明,在旋压过程中,铜管经历了类似于行星辊轧的,从圆形到多边形,最后恢复圆形的过程;此外铜管除了发生横截面方向弯曲外,还发生轴向运动,两者叠加产生了羽片扭转;当铜管材料填满螺纹槽后,多余的材料沿旋压方向流动,将耗费过多的能量。减少管坯的直径和壁厚,可以减少截面方向弯曲,并可以减少壁厚过大导致多余材料周向流动的能量损失。文章讨论了旋压速度的选取,认为尽可能选用低的旋压速度,可以减少羽片扭转。     

复杂蒙皮拉形工艺有限元仿真与试验研究

拉伸成形是飞机蒙皮零件的主要成形方式之一。在蒙皮拉形工艺分析软件中设置主要工艺参数,并在有限元仿真软件中对各种参数组合下的蒙皮拉形过程进行仿真分析,根据仿真结果,优化工艺参数;针对优化结果,再进行有限元仿真分析和生产性试验。对试验中毛料的应变和厚度进行测量,并对比试验和仿真中零件的应变分布、减薄率分布等指标,两者符合较好。同时,针对仿真与试验中出现的起皱相差较大的现象,进行了初步分析。     

薄壁管管端成形的有限元分析

针对管端成形过程中金属塑性流动引起的轴向伸缩及卸载回弹导致的成形精度问题,研究金属的塑性流动和回弹对管端成形的影响。以不锈钢卡压式直通管件为研究对象,运用LS-DYNA的有限元显式算法和隐式算法对薄壁管管端成形进行数值模拟,得到管材的金属流动分布和卸载后的回弹结果,并进行了实验验证。研究表明,管端扩孔和缩孔中,在变形急剧处,金属出现一定程度的累积,壁厚有较明显地增加。金属的流动对管端的径向尺寸影响可以忽略,但是对管端的轴向尺寸影响较大,需对坯料进行补偿;管端卸载后的回弹尺寸影响成形的精度,需通过模具进行补偿。对金属塑性流动和回弹进行有限元分析,能有效地指导管端成形的模具设计及优化加工工艺,极大缩短产品开发和模具设计周期。     

板料成形摩擦特性的实验研究与有限元分析

采用MPX-2000盘-销式摩擦试验机研究了边界润滑条件下滑动速度与界面载荷对304不锈钢与SKD11模具钢之间摩擦系数的影响。运用Matlab软件对实验数据进行处理分析,得出摩擦系数随滑动速度与界面载荷变化的规律,建立了基于滑动速度与界面载荷的变摩擦系数模型。并对典型U形件进行了实际冲压实验与有限元仿真,比较了定摩擦系数模型和变摩擦系数模型的回弹预测结果与测量值之间的误差。分析结果表明:滑动速度为30.615~44.22 mm·s~(-1)时,304不锈钢与SKD11模具钢之间的摩擦系数随滑动速度的增加而逐渐减小;界面载荷为2.038~4.076 MPa时,摩擦系数随界面载荷的递增而递减,且随着载荷的增加,摩擦系数减小的趋势逐渐变缓。采用修正后摩擦模型的回弹预测结果与测量值之间误差较小,预测精度较高。     

Experimental study of forming and tightening processes with thread forming screws

Thread forming screws are being increasingly used, particularly in the automobile industry. They are designed to directly assemble two parts by displacing material to form their own thread. This specificity implies knowledge of the screwing torque needed for the thread to be formed in the lower plate of the assembly and of the tightening torque necessary so as to establish the preload in the assembly. The experimental study presented in this paper is divided into two parts.The first concerns the thread forming process and shows the influence of the geometrical parameters of the thread forming screw and of the work-piece, and the influence of the process parameters on the maximum forming torque. A compromise can be proposed for the choice of the lead hole diameter, which is the most important parameter to be considered in order to keep a reasonable forming torque while obtaining threads deep enough to avoid stripping problems.The second part concerns the tightening process. An original experimental device is used to enable an empirical formula to be proposed, based on the ISO standard screw formula giving the tightening torque according to the preload applied inside the assembly.     

薄壁管材激光弯曲过程热力耦合有限元分析

管材激光弯曲是一种柔性金属塑性加工方法,特别适合薄壁管材弯曲。文章对大径厚比薄壁管材的激光弯曲过程进行热力耦合有限元分析,建立了管材激光弯曲热力耦合有限元分析模型,并进行实验验证。对于薄壁管材激光弯曲,弯曲内侧局部凸起现象较为严重,激光光斑尺寸对凸起程度有一定影响,但不显著。     

ITER校正场线圈三辊成形及回弹的有限元分析

在理论分析的基础上,采用大型有限元分析软件ANSYS对国际热核实验反应堆(ITER)校正场线圈(CC)三辊成形和回弹过程进行了有限元分析。研究了不同成形半径下导体的变形、应力分布和当压下轮移除后的导体的回弹规律。设计了三辊成形设备,并在设备上完成了不同半径的成形,获得了导体回弹后的弯曲半径。试验结果和分析结果基本吻合,验证了所建立的有限元分析结果的正确性。根据试验和分析结果,确定了成形不同半径时的回弹补偿量。为ITER CC主体部分三辊成形提供了理论和实践指导。     

7050铝合金时效成形有限元模拟及回弹分析

针对7050铝合金建立蠕变时效本构模型,对ABAQUS软件进行二次开发,将本构模型嵌入到时效成形有限元模型中,通过模拟与试验验证了有限元模型的正确性。通过有限元模拟,对复杂壁板中的高筋整体壁板、变厚度壁板和球型面模具成形回弹进行分析和预测,获得了回弹的影响规律,为模具型面修正提供了可靠依据。     

连接管件内径滚压成形有限元模型的建立及分析

本文主要对V型连接管件内径滚压成形三维有限元模拟中的关键问题进行了研究。对实际加工中的模具进行了必要的简化, 建立起符合实际加工过程的有限元仿真模型, 对坯料网格进行合理的划分, 给出模具与坯料间接触区约束及速度边界条件的处理方法。结果表明, 有限元仿真能比较真实地反映实际加工情况; 变形区的速度场反映了金属产生塑性变形填入套管齿槽的成形行为; 得到了齿槽宽度对连接件的成形性及成形载荷的影响。该模拟计算对于探索复杂的内径滚压成形规律具有重要意义。     

空调离合器带轮腰形孔成形模设计及有限元分析

分析了小孔冲孔的工艺特点,考虑了冲头可能的失效形式。根据空调离合器带轮腰形孔的特征,分析并设计了腰形孔成形模。基于Deform-3D软件建立了冲孔有限元模型,分析了成形过程工件上的等效应力分布以及载荷曲线,并对冲头进行了承载分析。生产试验表明,模具结构合理,能加工出合格的产品,满足了批量生产的要求。     

飞行平台罩爆炸拉深实验研究及数值模拟

在简单介绍爆炸拉深基本原理的基础上应用ANSYS软件中的LS-DYNA模块,对具有复杂曲面的航天飞行平台罩建立了显性动力学弹塑性力学模型,并做了相应简化后,成功地进行了爆炸拉深成形过程的有限元数值模拟,获得了爆炸变形过程中不同时刻的应力、应变分布规律,以及变形过程中的危险截面等重要结果.该模拟结果与实验结果基本一致,对制定工艺参数、改进模具结构和坯料尺寸提供了重要依据.     

C型多点成形压机机架结构有限元分析和优化设计

本文根据C型多点成形压机机架结构、受力状况,以三维实体为单元,建立了压力机机身有限元模型和机身结构优化的数学模型。有限元分析表明,本模型行之有效,优化结果理想。     

管材流体压力成形三维成形极限图

成形极限图是一种评估单向拉伸到双向等拉应力范围内板料成形性能的有效手段。传统板料成形中,法向受到的应力远小于面内应力,所以,传统成形极限图是基于忽略法向应力而简化为平面应力状态的理论计算。该文论述了传统成形极限图以及现有的考虑法向应力影响的二维成形极限图在研究液压成形中流体压力影响时存在的缺陷与不足;同时,在二维成形极限图以及固体现实应力空间的基础上,建立了以法向流体压力p的函数f(p)为第三轴的三维成形极限图。该三维成形极限图不仅可以考虑液压成形中流体压力的影响,而且能够形象直观呈现出成形极限随流体压力的变化速率。     

铝合金7075马鞍外形蠕变时效成形数值模拟及试验

蠕变时效成形技术是利用金属的蠕变特性,将成形与时效同步进行的一种成形方法。文章针对铝合金7075T651进行温度在160℃下的蠕变拉伸试验,基于蠕变试验数据,采用非线性最小二乘法确定了7075T651铝合金蠕变本构方程中的材料常数,并应用有限元软件通过编写蠕变子程序,建立了该材料的蠕变时效成形过程有限元模型。针对马鞍典型外形零件进行蠕变时效成形-回弹分析,就成形过程中的应力应变分布进行分析。在相应条件下进行了蠕变时效成形试验,并对模拟结果进行验证。结果表明,采用该本构方程,可以较好的对蠕变时效成形过程及回弹进行模拟预测。     

Measuring forming limit strains with digital image correlation analysis

Digital image correlation (DIC) analysis methods can provide very accurate strain measurement that is useful for identifying the onset of localized necking and thus determining the forming limit strains of sheet metals. Several different DIC procedures to establish a forming limit diagram (FLD) are compared including both position dependent and time dependent measurement methods where the latter is found to be more accurate for an Al–Mg–Si alloy. Since FLD standards are still being developed to include DIC methods, a new DIC-based time dependent measurement method for the forming limit strains is proposed in this research: (1) Surface topography is extracted from the DIC data and changes in surface height difference are obtained, of the test specimen; (2) The onset of localized necking is identified by the limit of stable flow of the surface height difference or the first derivative of the surface height difference near the development of a local neck when using the Marciniak test procedure. Compared to existing methods, this new procedure more accurately defines the onset of necking and the boundary of safe deformation of an FLD.