多点复合渐进成形与单点渐进成形的对比分析

为提高金属板材渐进成形的成形质量、成形精度、成形效率和成形极限,了解不同渐进成形工艺对制件成形性能的影响,本文以典型方锥台制件为研究对象,利用有限元软件MSC.Marc对2种渐进成形工艺进行了三维建模,对比分析了单点渐进成形和多点复合渐进成形对制件等效塑性应变、厚度分布和成形精度的影响.数值模拟结果表明:单点渐进成形的等效塑性应变和厚度减薄主要集中在制件相邻侧壁间的拐角处,而多点复合渐进成形的等效塑性应变和厚度减薄均匀地分布在制件成形区;相同成形工艺参数下,相比单点渐进成形,多点复合渐进成形更有利于制件的成形效率、成形质量、成形精度和成形极限的提高,更有利于抑制破裂等失稳现象的产生.2种渐进成形工艺的成形试验表明,数值模拟结果与试验相符.     

板料渐进成形数值模拟与实验研究

为提高渐进成形的成形效率和成形质量,了解板料渐进成形的变形规律及工艺参数对成形的影响,采用有限元方法对板料渐进成形过程进行了数值模拟研究,分析了斜壁盒形件渐进成形过程应力分布和厚度变化趋势,通过对不同进给量和不同成形路径进行数值模拟,分析了工艺参数对成形的影响.结果表明,斜壁盒形件最大应力和最大厚度减薄发生在底面拐角处;成形过程中工具头运动轨迹应尽量采用走螺旋线的方式,可以提高成形件的成形能力和成形质量.渐进成形实验表明,数值模拟结果与实验结果基本吻合.     

2024铝合金异形孔渐进成形工艺研究

目的 研究材料的渐进成形翻边性能。方法 使用一种硬铝合金AA2024-O,进行渐进成形圆孔翻边实验和异形孔翻边实验,并且研究了不同成形路径的多道次渐进成形对异形孔翻边零件的影响。结果 AA2024-O渐进成形翻边的极限翻边系数是0.89,材料渐进成形的翻边成形性能高于冲压翻边成形性能;异形孔翻边零件各段的高度和减薄率存在差异。结论 压缩类翻边区域和直线段翻边区域的翻边高度较高,减薄率较小,不易发生破裂;而内曲圆弧部分属于伸长类翻边,在厚度方向减薄严重,容易破裂;内曲圆弧半径越小,变形越大,越容易破裂;成形角改变的多道次异形孔翻边件破裂严重,而成形深度改变的多道次异形孔翻边件质量比单道次翻边的翻边件质量要好。     

多点成形时工艺方式与工件压痕的关系研究

多点成形是一种先进的制造技术,但其成形特点与传统的冲压成形方式相比具有很大差别.本文采用有限元数值模拟手段针对多点成形过程中产生的压痕现象以及消除压痕的措施进行探讨,主要是对比多点模具成形和多点压机成形两种不同工艺,分析不同成形工艺条件下对压痕的影响.本文用显式动力学软件对1mm与3mm厚度的马鞍型曲面件进行数值模拟,结果表明,在相同条件下,用多点模具工艺成形的板材比用多点压机工艺成形的板材压痕深度大3-15倍,而且在成形过程中出现压痕的时间早.多点压机成形方式比多点模具成形方式具有成形效果好,缺陷少(可以减小或消除压痕和起皱等缺陷),并且有利于板材的流动,能够得到更大的变形量.     

板厚对08Al薄板单点渐进成形中成形极限的影响

目的 针对渐进成形中成形极限测量难的问题,提出一种新的评定成形极限方法.方法 选用08Al为实验材料,通过模拟和实验相结合的方法,研究不同板厚下成形极限角和减薄率的关系,提出利用成形极限角和最大减薄率2个参数组合的方法判断薄板的成形极限,并通过数控实验验证提出方法的准确性,分析板厚对单点渐进成形工艺成形极限的影响.结果...     

AA5B02 铝合金三通管充液成形工艺研究及参数优化

目的基于有限元数值模拟软件Dynaform对三通管的成形工艺进行优化。方法分析不同的初始压力、成形压力、轴向进给力、背压平衡力和合模力等对三通管成形的影响。根据成形过程进行模拟,得到分布应力图、厚向应变图、成形极限图等结果,根据模拟结果对零件的成形性进行分析,预测减薄破裂、起皱和回弹等缺陷。结果初始压力在防止侧推头将管坯推皱的前提下,取值应越小越好。成形压力和最大压力能保证减薄率、增厚率和成形度的要求即可。轴向进给对最终的成形质量影响较大。随着摩擦因数的增大,零件的减薄率不断增加,但是增厚率是先减小后增大。结论根据数值模拟的结果能够很好地优化三通管的成形工艺方案。     

单点渐进成形工艺参数对正五边锥形件壁厚的影响

目的 利用数值模拟方法研究单点渐进成形工艺参数对制件成形区最小壁厚的影响规律,得出最优工艺参数组合,提高制件的成形质量。方法 在对2024铝合金正五边锥形件建立有模单点渐进成形数值仿真模型的基础上,对进给率、层间距、成形工具头直径和摩擦因数对制件成形区最小壁厚的影响进行单因素和正交试验分析,并通过物理试验对仿真优化后的工艺参数组合进行验证。结果 正五边锥形件单点渐进成形加工过程中,最小壁厚与进给率、层间距成反比,与成形工具头直径成正比,而摩擦因数对最小壁厚的影响较小;各工艺参数对最小壁厚的影响程度为进给率＞层间距＞成形工具头直径＞摩擦因数;最佳工艺参数为成形头直径9 mm、进给率200 mm/min、加工层间距0.2 mm和摩擦因数0.1。结论 通过有限元仿真得出了单点渐进有模成形工艺对制件最小壁厚的影响规律,通过正交试验分析得出了正五边锥形件单点渐进有模成形最佳工艺参数组合,利用该参数组合可以得到壁厚较为均匀的正五边锥形件。     

高强钢变厚板汽车B柱热成形数值模拟及主要参数分析

目的 研究热成形过程中冲压件温度场、应力场的变化规律,探究主要工艺参数对冲压件成形的影响规律。方法 利用Abaqus软件建立热力耦合模型,对汽车B柱的热冲压成形过程进行数值模拟,分析板料及模具的温度和应力变化,确定主要工艺参数对冲压件的影响规律,利用得到的规律指导B柱模具的设计与制造,最后对B柱进行冲压试验。结果 在热成形前的物料转移阶段,板材厚度差的存在使过渡区产生了温度梯度和内应力的变化;在热成形阶段,以减薄率为评判标准,确定了摩擦因数为0.35、冲压速度为100 mm/s时B柱的成形效果最好;对B柱的成形结果进行了分析,由局部减薄率的变化得到了模具缺陷的位置,由过渡区的偏移量得到了模具等厚区的长度,由板材温度变化确定了最佳保压时间为8 s。结论 基于Abaqus软件,构建了B柱的热冲压有限元模型,对板材出炉至成形结束阶段进行了数值模拟与分析,在此基础上对B柱制件进行了冲压试验,发现制件的质量缺陷明显减少,对制件的指定点进行了面检测,合格率达到了95.83%,表明了分析结果的可靠性,同时也验证了有限元分析的准确性。     

工艺参数对AZ31B镁合金单点渐进翻边精度的影响

目的 以AZ31B镁合金板为研究对象,研究初始成形角、工具直径、成形温度及层间距对单点渐进圆孔翻边精度的影响规律。方法 使用有限元软件对2 mm厚的镁合金板材进行数值模拟,通过计算翻边直壁处的平均回弹量,得出不同工艺参数对单点渐进圆孔翻边直壁轮廓的影响规律。通过正交实验分析了交互作用下工艺参数对圆孔翻边直壁处平均回弹量的影响,通过极差分析确定了最优工艺参数组合,并通过实验对所得结果进行了验证。结果 随着初始成形角的增大、工具直径的增大、成形温度的升高及层间距的减小,圆孔翻边制件直壁处的成形精度提高,各因素按影响程度由大到小的顺序依次为:成形温度、初始成形角、工具直径和层间距。成形精度最高的工艺参数组合如下:初始成形角为30°、工具直径为10 mm、成形温度为275 ℃、层间距为0.5 mm。结论 采用仿真模型模拟单点渐进圆孔翻边过程具有较高的准确性,使用优化后的工艺参数得到翻边零件直壁区域的最小厚度以及平均回弹量与仿真结果误差均在3%以内,升高温度可以明显提高单点渐进圆孔翻边的制件精度。     

预拉深对气胀钛合金筒形件壁厚均匀性的影响

以钛合金筒形件为研究对象,针对传统气胀成形存在减薄率过大问题,开展了预拉深-气胀复合成形方法研究。采用数值模拟分析了传统气胀成形中筒底减薄率过大的原因,实验研究了不同加载路径对TA15筒形件减薄率的影响。结果表明:气胀成形的加载速度对减薄率有一定的影响,慢速气胀和快速气胀成形件最大减薄率分别为63.2%、54.2%,仅提高加载速度并不能满足壁厚均匀性要求;在有一定预拉深的情况下,通过热拉深-气胀复合成形,最大减薄率可减小到36.7%。热拉深-气胀复合成形工艺可有效改善成形件的壁厚分布均匀性.     

多点成形中压痕的数值模拟及极限成形力的分析

压痕是多点成形中特有的成形缺陷之一,对压痕形成过程进行模拟时,采用实体单元比壳单元计算更准确.但是板料较薄时,采用实体单元划分的有限元很多,计算时间极长.为获得最佳的计算效率及模拟结果,对不同材料和不同厚度的球面和马鞍面样件进行了对比的数值模拟.结果表明,当板厚与板宽的比值小于0.015时,采用壳单元模拟压痕也能得到比较准确的结果,而当比值大于0.015时,则应采用实体单元.在此基础上,对不同板厚、不同曲率半径下的马鞍面和球面件出现压痕时的极限成形力进行分析,得到了厚向压应变为1%和5%的压痕对应的成形力极限图.     

基于灰色关联分析的轧制差厚板盒形件充液拉深成形工艺参数多目标优化

目的 将充液拉深工艺引入轧制差厚板零件的成形,为了进一步掌握差厚板的充液拉深成形性能,对差厚板盒形件充液拉深成形过程进行研究。方法 通过理论推导获取临界液池压力公式,在此基础上运用数值模拟方法分析液池压力比对差厚板厚度减薄率和厚度过渡区移动量的影响,采用正交试验和灰色关联分析获取成形参数对差厚板盒形件成形性能的影响规律和最优参数组合,实现对差厚板盒形件充液拉深成形工艺参数的多目标优化。结果 随着薄-厚侧液池压力比的增大,差厚板最大厚度减薄率先减小后增大,过渡区移动量先增大后趋于平稳,薄-厚侧液池压力比为2较为合理。厚侧压边力、摩擦因数、薄-厚侧液池压力之比、薄-厚侧压边力之比、厚侧液池压力对差厚板盒形件充液拉深性能的影响程度依次减小。结论 采用灰色关联分析得到的最优工艺参数组合来完成差厚板盒形件的充液拉深成形,能够有效地抑制差厚板零件厚度的过分减薄及厚度过渡区的过度移动,进而提高差厚板的成形性能。     

PEMFC金属双极板冲压成形数值模拟与实验

目的 研究金属双极板冲压成形过程中各工艺参数和模具结构参数对成形质量的影响。方法 采用Dynaform有限元分析软件对SS304双通道蛇形流道双极板冲压成形过程进行模拟。研究模具圆角半径、模具锥度、压边力、拉延筋等因素对双极板成形质量的影响。结果 增加模具圆角半径和模具锥度可防止双极板破裂。适当增大压边力能有效消除起皱缺陷,设置拉延筋能有效改善坯料流动情况,必要时需设置多重拉延筋使零件成形完全。当模具圆角半径为0.25 mm,模具锥度为0°,拉伸深度为0.5 mm,压边力大小为60 kN,并采用双重拉延筋的情况下,所成形的金属双极板质量良好,无破裂、起皱、成形不足等缺陷。结论 模拟结果与实验结果一致,验证了模拟结果的正确性,可见采用冲压工艺成形金属双极板是可行的。     

基于随动支撑的板料渐进成形数值模拟

目的 提出了基于随动支撑的板料渐进成形方法,研究基于随动支撑的渐进成形在刀具与随动板之间距离不同时成形精度、厚度、轴向力、等效应变和等效应力的变化情况。方法 通过对厚度为1 mm的6061铝合金板料分别进行普通渐进成形数值模拟、刀具与随动支撑板距离为1 mm和0.8 mm的随动支撑渐进成形数值模拟,分析了板料在成形过程中成形精度、厚度、轴向力和等效应变的变化情况,并将普通渐进成形数值模拟的结果与刀具和随动支撑板距离为1 mm和0.8 mm的基于随动支撑渐进成形数值模拟结果进行对比分析。结果 与普通渐进成形相比,随动支撑渐进成形能够提升成形精度,但当刀具与随动板之间的距离较小时,成形精度较差;随动支撑渐进成形板料侧壁厚度更薄,轴向力的数值及波动范围都更大,且随着刀具与随动支撑板之间距离的减小而增大。此外,当刀具与随动支撑板之间的距离为0.8 mm时,随动支撑渐进成形板料的等效应变会明显增大。结论 基于随动支撑的板料渐进成形在一定程度上可以提高板料成形精度。     

Assessment of forming parameters influencing spring-back in multi-point forming process: A comprehensive experimental and numerical study

Like all sheet metal forming methods, one of the main characteristics of parts formed by multi-point forming is dimensional deviation caused by elastic recovery that is known as spring-back. In this paper the effects of material property, sheet thickness and anisotropy ratio along with process parameters such as elastic layer thickness, elastic layer hardness and number of punch elements on spring-back are studied utilizing finite element simulations and experimental tests. Experimental tests are carried out under various conditions by forming V-shaped and Sin-shaped geometries. Aluminum alloy 3105, stainless steel 304 and pure copper were used as sheet materials for experiments. Likewise, black rubber with shore A hardness of 50 and polyurethane with hardness of 65 and 85 were allocated as elastic layers. The Abaqus® commercial code is employed for finite element simulations. The definition of yield behavior of utilized sheet materials is fulfilled by using three yield criteria of Barlat-89, Hill-48 and Von-Mises. Since the Barlat-89 is not adopted in Abaqus, VUMAT and UMAT user defined subroutines are provided and integrated with explicit simulation of forming process and implicit simulation of spring-back phenomenon respectively. The results indicate that parameters such as material property, blank thickness and anisotropy affect spring-back in multi-point forming. Also the thickness and hardness of elastic layers are novel ideas that should be considered in order to minimize the spring-back. In general, using the elastic layer with minimum possible thickness and greater hardness beside the maximum number of pins leads to minimum spring-back.     

大型筒体对轮强力旋压成形特征与规律研究

目的 研究大直径薄壁筒体在对轮强力旋压过程中的应力–应变分布情况和材料流动特征,探明减薄率、进给比和主轴转速等工艺参数对成形结果的影响规律。方法 利用Forge仿真平台建立2.25 m级5052铝合金筒体对轮强力旋压的有限元模型,分析筒体成形过程中的应力–应变状态和主要工艺参数对成形精度与旋压成形力的影响规律。结果 在对轮旋压成形过程中,筒体内外侧应力–应变呈对称分布,成形区域内材料呈扇形流动。工艺参数对成形工件壁厚精度和旋压成形力的影响主次顺序为:减薄率＞进给比>主轴转速。结论 各工艺参数的增大均会降低工件的壁厚精度,减薄率和进给比的增大会引起旋压成形力增大,而主轴转速增大会使旋压成形力轻微减小。     

金属板材渐进成形工具头运动策略与成形质量分析

目的 研究渐进成形不同工具头运动策略对零件质量的影响,获取最佳运动策略,从而提高渐进成形零件的成形质量。方法 选取3种典型的渐进成形工具头运动策略与改进的运动策略进行有限元仿真,比较成形后的零件质量。结果 采用不同的运动策略均出现侧壁回弹、底部鼓包和厚度减薄缺陷,其中定间隔-下压点分散层切法轨迹成形后的零件缺陷最严重,侧壁最大回弹量和底部鼓包最大高度分别为11.5mm和3.9 mm,采用定间隔-交替运动层切法成形后的零件厚度减薄最严重,达到75.3%。改进的定弦长层切法轨迹成形件侧壁最大回弹量为9.2 mm,底部鼓包最大高度为2.7 mm,厚度减薄率为70.7%。结论 提出的定弦长层切法轨迹的成形策略能够有效避免零件底部出现压痕缺陷,获得的零件具有最好的形状精度和最小的厚度减薄率,相较于定增量-同方向进给轨迹成形,其侧壁最大偏差减小了14.8%,底部最大偏差减小了30.8%,相较于定轴向增量-交替进给轨迹成形,其厚度减薄减小了4.6%。     

纯钛燃料电池双极板软模成形工艺研究

目的 研究软模成形过程中塑性应变比r值对双极板成形深度及壁厚的影响,探究不同工艺参数对双极板尺寸的影响规律。方法 通过单向拉伸实验得到纯钛极薄带的力学性能参数,然后采用橡胶软模成形方法制备纯钛燃料电池双极板,利用光学显微镜对制备的双极板尺寸及壁厚进行测量并深入分析。结果 TD取向的r值最大为2.56,沿该方向成形时,纯钛极薄带在载荷为300 kN、软模硬度为77HA条件下得到的双极板深度最大,为0.293 mm;同时,其壁厚减薄较小,在减薄最严重的位置壁厚减薄率仅为13.52%。结论 较大的载荷与适宜的软模硬度能得到较好的双极板深度,对双极板周期无影响;双极板深度、壁厚与r值有关,r值越大,纯钛极薄带抵抗壁厚减薄的能力越强,成形深度越大。