大长径比不锈钢定子衬套液压成形方法研究

为了满足深部高温地层、地热井等恶劣钻井工况的需要,提出大长径比螺旋曲面等壁厚金属定子衬套与转子啮合的方法。研究了金属定子衬套外高压成形方法。考虑摩擦润滑、管件尺寸、材料性能参数、加载压力和加载路径等参数,建立了大长径比螺旋曲面金属定子衬套外高压数值模型。对金属定子衬套外高压成形过程进行了模拟,提出了"壁厚相对误差、圆角贴模系数、成形质量系数"三项等壁厚金属定子衬套成形质量评价指标。并利用熵权法确定了各个评价指标的权重,获得各内径管件成形质量综合评价值。结果表明:采用外高压成形工艺可以获得大长径比螺旋曲面状金属定子衬套,在给定成形参数下,内径86 mm的管件成形质量最优。     

螺杆钻具双等壁厚金属定子外高压成形方法研究

为了解决页岩气开采用螺杆钻具双等壁厚定子内螺旋曲面难加工的问题,建立双等壁厚定子的外高压成形数值模拟模型,研究管坯几何尺寸、液压力大小和回弹对定子成形质量的影响规律,通过实验和三维测量验证了数值模拟模型的准确性。结果表明：管坯几何尺寸与壁厚、等效塑性应变、位移、残余应力和间隙值成正比;成形液压力达到150 MPa及以上对等效塑性应变、壁厚几乎没有影响;定子胀型区域的回弹量大于过渡区域和接触区域;当成形液压力为210 MPa,管坯内径为88 mm,定子成形质量最优。     

多头螺杆钻具等壁厚定子衬套的性能分析

研究了多头螺杆钻具定子及其衬套的变形规律和应力分布,对其应力和应变的分布情况作了理论分析;研究了静压和压差耦合作用(实际工况)下,定子与转子啮合引起橡胶衬套的变形和应力的变化。对等壁厚定子及其衬套进行有限元分析,并与常规定子衬套的有限元结果对比,得出了其力学性能和密封性能优势的量化。结果表明:均匀压力下,等壁厚衬套的法相变形比常规衬套减小约50%且变化均匀;静压和压差耦合作用下,等壁厚定子衬套比常规定子衬套的临界接触压力大,减小速度慢;提高了螺杆钻具的工作性能和密封能力,为等壁厚定转子的优化设计提供了理论基础。     

组合摩擦对厚壁管件压弯成形的影响

在阐述了厚壁结构管件填充介质压弯成形工艺的基础上,建立了管件压弯成形过程有限元模型,研究了内外摩擦因数对管材弯曲成形过程中应力应变、成形载荷以及管壁厚度变化的影响。数值模拟结果显示:摩擦是影响管件成形的重要工艺参数。在管件的压弯成形过程中,摩擦力影响变形区的应力分布和金属流动,当选择适当的摩擦因数组合时,管件受到的应力与成形力均较小,壁厚均匀性较好。     

螺旋定子内曲面高压胀形方法研究

等壁厚橡胶层定子的出现大幅提高了螺杆马达和螺杆泵的整体性能,其定子金属壳内螺旋曲面具有多头、大导程、连续光滑的几何特征,该类零件的高效低成本制造是目前急需解决的关键问题。本文提出采用内高压充模胀形工艺方法实现其加工制造。采用计算机仿真、优化设计与胀形实验相结合的方法,研究了成形压力、管件壁厚、工件螺距和界面摩擦系数对成形的影响规律。胀形分析结果和实验结果一致性好,均达到了螺旋定子内曲面的加工要求,获得了壁厚均匀的内螺旋曲面。     

大尺寸薄壁瓜瓣构件的充液成形技术研究与应用

利用充液成形技术,对运载火箭上大尺寸薄壁椭球瓜瓣构件进行工艺改进。通过仿真分析,以壁厚分布、成形质量为指标,分析液室压力等关键工艺参数的合理范围,得到液室压力加载到2 MPa即可满足瓜瓣壁厚均匀性要求,减薄分布区间在3. 238%～5. 703%时,可以达到理想的减薄来抑制回弹,并保证产品性能。进一步通过现场试验分析零件拉深成形后缺陷形成机制和控制措施,研究各工艺参数对零件成形质量的影响,通过控制初期液室压力并配合法兰大量润滑方式可以有效改善成形过程中的拉裂及起皱缺陷,试制出满足技术指标的椭球瓜瓣构件,成形零件型面贴胎精度小于2 mm,减薄率分布区间为3. 4%～4. 94%,实现了大尺寸薄壁椭球瓜瓣构件的充液成形。     

TC4钛合金负角度零件正反向超塑成形

运用有限元方法,获得负角度零件超塑成形压力-时间曲线,并预测了模具磨损情况。根据实际加载情况,优化P-t曲线,完成正反向超塑成形实验,并对实验结果进行分析。结果表明,实际壁厚分布与仿真结果相吻合,单面正向成形最大误差为4.6%,正反向成形最大误差为12.5%,正反向成形提高了零件壁厚的均匀性及最小壁厚尺寸;尺寸精度最大偏差为0.7mm,符合公差要求;室温下的屈服、抗拉强度下降,但仍满足强度要求。     

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。     

多曲率截面TC4钛合金超塑性胀形工艺

为研究多曲率截面TC4钛合金超塑性胀形过程中成形气压加载速度对零件成形效果的影响，利用MARC有限元软件对TC4钛合金板材在应变速率为2×10^-3 s^-1条件下进行了超塑性胀形模拟，获得了气压-时间加载曲线。基于该曲线设计了3种不同成形气压加载速度曲线，并分别进行了超塑性胀形试验。试验结果表明，在3种不同成形气压加载速度条件下，气压加载速度越慢，零件成形效果越好。零件各个位置壁厚变化均匀且实际壁厚减薄趋势与模拟得到的壁厚减薄趋势大致相符，零件实际最大壁厚减薄率约为25%,满足零件使用要求。成形后的零件各变形区域的晶粒形状变化不大且均为等轴晶粒，晶粒尺寸随着板材形变量的增大而减小。     

加载路径对铝合金航空复杂薄壁构件主动式充液成形性能的影响

针对目前航空用铝合金复杂薄壁构件充液成形难度大的技术瓶颈,采用非线性有限元软件DYNAFORM对不同加载方式下的某铝合金大尺寸加强框零件的充液成形过程进行了数值仿真,其中液力加载路径包括线性加载、三角波脉动加载、梯形波脉动加载。采用单一变量控制法,重点分析了在脉动加载条件下振幅、频率以及波形等关键参数对零件成形性能的影响规律,并选取最优工艺参数进行了实验验证。结果表明,线性加载路径下零件开裂几率较大,成形困难,而脉动加载路径下零件成形性显著提高且易于贴模,采用梯形波脉动加载时,由于存在保压过程,成形后零件壁厚更加均匀,减薄率最小。此外,当振幅为4 MPa、频率为0. 3 Hz时,壁厚及减薄率的控制效果最好。最终获得的实际零件的成形质量优异,满足工程生产要求。