渐进成形A3003铝板减薄带分析及数值模拟研究

研究渐进成形过程中板料减薄带的变化,可以提供合理的加工参数,提高板料的成形性能和加工利用率,减少零件破裂失效.基于渐进成形过程中金属板料轮廓的变化与理想情况下轮廓的区别,对渐进成形初始成形阶段A3003铝板减薄带的产生原因和剪切力的变化过程进行了理论分析,并通过有限元模拟分别从未变形区金属板料的长度和强度两个角度对板料渐进成形过程中未变形区下沉的影响,以及成形角度和杨氏模量对变形区回弹的影响两个方面,对减薄带的产生原因进行研究.结果表明:板料未变形区的下沉和变形区的回弹使板料在初始加工阶段形成一段平缓区域,工具头在平缓区域的变形性质发生了变化,平缓区域发生剪切变形导致了板料在初始加工阶段形成了减薄带;渐进成形时减小板料未变形区的长度,增大板料与垂直方向的角度可以一定程度上阻碍减薄带的产生,模拟结果与理论分析相符合.     

工艺参数对多点复合渐进成形厚度减薄的影响

为提高成形质量、预防破裂等缺陷,在金属板材多点复合渐进成形的基础上,通过建立三维有限元模型,对不同工艺参数成形方锥台制件进行了数值模拟和分析,探讨了制件成形过程中厚度分布和变化情况及不同工艺参数对厚度减薄率的影响.数值模拟结果表明,制件成形区对角线上的厚度减薄相比中线上的更严重,工具头直径和板材初始厚度越小、成形角和进给量越大,制件所能达到的最大厚度减薄率越大,制件越易破裂.多点复合渐进成形试验表明,数值模拟结果与实验相吻合.     

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.     

加载路径对不锈钢球形件内高压成形过程影响

为了研究加载路径对不锈钢球形件内高压成形过程的影响,采用实验方法分析了加载路径对成形过程中缺陷形式的影响,获得了80%膨胀率成形管件的壁厚分布规律.结果表明:当初始内压与屈服强度比值小于0.21时,管坯形成两个皱纹,在整形阶段发生开裂;当初始内压与屈服强度比值大于0.25时,管坯在轴向进给阶段即发生开裂.在初始内压与屈服强度比值为0.21～0.25时,可以成形出合格管件,合格管件最大减薄点位于球形件的最大截面处,最大减薄率为24.5%.本文所成形不锈钢球形件内高压成形区间,合理初始内压与屈服强度比值范围为0.21～0.25.     

某型号汽车波纹管液压胀形工艺参数优化研究

目的 探究波纹管液压胀形成形技术及液压成形过程,优化波纹管成形效果和减薄率.方法 基于正交试验方案,利用有限元技术对成形过程进行数值模拟分析,研究成形内压、轴向进给路径以及保压力对成形效果和减薄率的影响.结果 综合考虑成形高度、减薄率2个指标,得到的较优工艺参数为成形内压为2 MPa,保压力为1.25 MPa,轴向进给路径为在前0.1 s进给5 mm、后0.9 s匀速进给至模具闭合,此时成形高度为12.01 mm,减薄率为9.9％.结论 通过正交试验设计分析,轴向进给路径既是成形高度的显著性影响因素,又是减薄率的显著性影响因素;同时,单独优化一个指标(成形高度、减薄率)时,另一个指标性能会下降,根据正交试验优化结果选取最优参数组合进行模拟验证,得到的试验结果其综合成形质量较高.     

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.     

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%。     

非对称管件内高压成形过程研究

为了改善两端不对称形状管件内高压成形后的壁厚均匀性,提高管件内高压成形极限,采用Dynaform有限元模拟软件并结合实验,研究了补料压力、轴向补料量对管件成形过程中起皱和破裂的影响.结果表明:当补料压力低于32 MPa时,失效形式为死皱;当补料压力高于42 MPa时,失效形式为破裂,适宜的补料压力区间为34~42 MPa;当左右补料量分别为42和22 mm,整形压力126 MPa时,可得到合格非对称瓶形管件,管件最大膨胀量为70.75%,壁厚最大减薄率为27.12%。通过控制管材在内压和轴向力的作用下发生合理的预成形,包括管材两端的合理补料量以及合理的起皱形状和数量,可在最终的内高压成形中实现更好的壁厚均匀性,提高成形极限。     

铝合金马鞍形件充液成形工艺模拟分析

目的研究板材充液成形柔性制造高精度、高质量马鞍形件的工艺方法。方法利用有限元动力学显示分析方法,对充液拉深和液压胀形两种成形工艺方案进行分析,并对比分析减薄率和成形极限图判断工艺方案的合理性。结果针对铝合金马鞍形件,通过对比分析2种方案,充液拉深工艺中的最大减薄率达到14.3%,液压胀形最大减薄率为7.2%,位置均在型面补充件的顶部,2种方案的成形极限都在安全区域内,未见破裂现象。结论通过工艺模拟分析,得到对铝合金马鞍形件,采用一模两件液压拉深成形工艺较合理,成本较低,加工周期短,加工效率高,成形精度高。     

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。     

Cu/Al双金属复合管旋压复合成形规律研究

目的 探究双金属管材在复合过程中的受力变化以及关键工艺参数对覆管和基管壁厚分布的影响。 方法 通过有限元仿真技术和实验相结合,对铜和铝两种材料的双金属管进行旋压复合成形过程受力情况以及壁厚变化进行研究。结果 覆管由于受力面积小于基管,导致各自承受的应力具有明显差异。另外,在双金属管旋压复合时,覆管屈服强度需大于基管,否则基管不会发生减薄塑性变形。在Cu/Al双金属管旋压过程中,随着压下量的减少,双金属管的减薄以覆管为主;随着旋轮安装角的减小,双金属管的减薄以基管为主。结论 通过对压下量和旋轮安装角的优化,可实现对覆管和基管壁厚分布的良好控制。     

基于数值模拟的管材平面弯曲成形几何加工精度规律

目的 建立高精度的有限元仿真模型可以有效地指导实际加工生产,在减少实验成本及结构件制造开发周期的同时提高成形效率。提高数值模拟中金属管材平面弯曲成形的几何加工精度,同时探究关键工艺参数对几何精度的影响规律,确定最佳工艺参数组合。方法 以管材平面弯曲成形构件为研究对象,建立了基于自由弯曲技术的管材弯曲成形有限元仿真模型,并通过实际加工实验验证了仿真精度,随后针对仿真模型的几何误差进行了参数补偿。将使用较高精度的仿真模型模拟得到的数据作为数据来源,研究关键工艺参数对仿真成形几何精度的影响机制,采用熵值法确定最佳工艺参数组合。结果 通过实际成形实验对比分析,在不同成形条件下,有限元仿真结果与实际加工结果高度吻合,两者之间的加工误差不超过2%,针对规格为32 mm×2 mm的20号碳钢管材,当轴向推进速度为5 mm/s,管材与弯曲模间隙值为0.25 mm时加工精度最高。结论 优化改进后的有限元仿真模型具有较高的几何成形精度,可有效指导实际成形工艺参数的优化工作。     

火箭筒托架零件一体化成形分析及轻量化设计

目的 研究某型号火箭筒托架零件一体化成形及工况载荷下的结构轻量化设计方法。方法 提出了基于3D打印制造的铝合金一体化快速成形方法,并结合有限元分析和理论公式,得出了一体化托架在冲击载荷作用下的结构强度评估方法,进行了变形、应变及应力分析,在此基础上对托架进行了轻量化优化设计。结果 在满足强度要求的情况下,一体化托架相对传统成形整体质量减轻了153.535g,减少了41.76%,效果明显。结论 实现了托架的一体化成形,完成了托架的轻量化设计,研究结果为火箭筒零件一体化成形及冲击载荷下结构的轻量化设计提供了参考。     

复杂连接块成形工艺有限元分析及模具设计

目的采用理论分析、计算机有限元分析和物理实验的方法对某复杂连接块温挤压成形技术进行研究,根据有限元分析结果设计出模具并成形该零件。方法通过调节不同的参数,对该零件的成形进行数值模拟。结果有限元分析结果表明,该零件在成形过程中等效应力应变分布不均匀,两端凸台位置较难充填。结论根据以上分析结果,在设计模具和实验的时候,提高成形温度及成形速率,优化润滑条件,降低了成形载荷,并在实验室现有的1000 t液压机上进行了物理实验。实验结果与数值模拟结果相吻合,为该零件的批量化生产提供了指导。     

增量成形内凸螺旋波纹管研究

目的 研究增量成形螺旋波纹管过程中,工具头的单次压下量与摩擦因数对成形质量和极限的影响规律,优化成形工艺参数。方法 通过ABAQUS有限元模拟和实验相结合,对各个成形工艺参数进行有限元模拟;使用前端直径为8 mm的成形工具头对外径40 mm、壁厚0.8 mm的304不锈钢进行增量成形螺旋波纹管实验研究。结果 不同摩擦因数对成形极限影响较小,对成形质量有较大影响。单次进给量为0.1 mm,摩擦因数为0.02时,螺纹深度极限可以提高10.5%。模拟和实验都验证了工艺参数的合理性。结论 摩擦因数一定的情况下,单次压下量越小,成形力越小,螺纹深度极限越大。     

利用无胶热压成型技术的新型制管机设计及其工艺参数确定

设计了一种适用于生产的新型环保连续热压塑化制管机。该机器以农产品加工废弃植物原材料(茶渣、花生秸秆等)为原料,利用无胶热压成型技术,制成可替代传统纸管的新型热压塑化管。研制的机器经过反复研究与试验,结果表明:在实际生产中,该机器可实现连续化生产且生产过程无废水、废料、废气,实现无三废生产;纤维管生产速度可达7.2 m/h;产品抗压强度可达2 000 N以上;相对于市面纸管的生产,该机器大大降低了能源损耗和人工成本,具有广阔的市场前景,以及较好的社会效益和经济价值。     

External Pressure Forming and Buckling Analysis of Tubular Parts with Ribs

Buckling and forming processes of tubes with varying slenderness ratio （ratio of length to diameter） under external hydraulic pressure were analyzed with three-dimensional finite element method （FEM） for studying tube external pressure forming （EPF）. Buckling pressures for different tube blanks without mandrel were predicted, and an EPF of a carbon steel tube onto a mandrel with six ribs was simulated. Both thickness distribution and buckling pressure from the simulations were found to be in agreement with those from experiments. Buckling pressures are shown to be a function of the slenderness ratio. The tubular part with six ribs produced by EPF has a uniform thickness distribution, whose maximum thinning rate is only 5.9%.     

带横向内筋张紧轮旋压成形分析

目的解决某型号带横向内筋张紧轮旋压成形困难的问题。方法运用有限元模拟软件,建立了张紧轮的有限元模型,选取了不同的坯料壁厚和旋轮圆角半径,对张紧轮旋压成形过程进行了数值模拟。结果获得了旋压成形过程中坯料壁厚大小和旋轮圆角半径大小对旋压力和成形质量的影响,并对结果进行了总结。结论通过分析壁厚和预成形轮形状对张紧轮旋压成形质量的影响,得出了最优的工艺参数值,对实际生产具有指导意义。     

高精度17-4PH不锈钢隔碗拉深液压胀形复合成形工艺参数优化

目的 针对17-4PH不锈钢冷成形回弹大、贴模性差等问题,研究17-4PH不锈钢隔碗零件的拉深成形和液压胀形规律,确定隔碗零件拉深液压胀形复合成形的最佳工艺及参数.方法 利用有限元方法确定并优化了拉深预成形和液压胀形中的工艺参数.基于优化后的结果设计并制造了相关的模具,最终通过试验验证了有限元方法的有效性.结果 结合数...     

基于TRIZ理论的纸盒成型机主轴结构的优化设计

目的运用TRIZ理论对纸盒成型机主轴结构进行优化设计。方法利用TRIZ理论的冲突解决原理对纸盒成型机主轴结构进行分析归纳,得到相应的创新设计原理和优化方向,通过分析对比选择最佳的创新原理,以解决设计中的矛盾,并利用TRIZ理论提供的优化方向对主轴结构进行有限元分析。结果通过TRIZ理论得到了纸盒成型机主轴结构的优化方案和方向,利用有限元仿真软件进一步分析得到了纸盒成型机主轴结构的的最大变形为0.1796 mm,通过对纸盒成型机主轴结构最终优化方案的实验验证,得到主轴结构的最大变形为0.18 mm,满足使用要求。结论利用TRIZ理论和有限元相结合的方式为纸盒成型机主轴结构的优化设计提供了一种新的思路,同时也为纸盒成型机主轴结构的进一步优化设计提供了依据。