大截面差空心件内高压成形研究

截面周长差较大的空心零件的内高压成形需要解决膨胀区的轴向补料问题和预成形问题,才能获得壁厚分布较为均匀的合格零件.以某轿车转向节臂零件的成形过程为例,对上述问题进行了试验研究.首先设计、试制了瓶形预制件,在预成形中利用"有益起皱"实现了大量的补料,获得了壁厚分布符合要求的预制件;然后在终成形前使零件截面具有合理的形状,再进行终成形,既保证了圆角部位的外形尺寸,又提高了壁厚均匀性.采用本文介绍的方法实现了截面周长差达70%的瓶形预制件的制备,从而获得了壁厚、外形尺寸均满足设计要求的转向节臂零件.     

利用有限元模拟螺旋叶片拉伸成形工艺的探讨

本文分析了钢板螺旋叶片的成形方法,选择了较为先进的拉伸成形工岂,但是由于拉伸过程中的不可控性,易造成一定的废品。通过利用有限元模拟仿真技术,说明拉伸过程中的应力并未超出材料的强度极限,同时能够提供与材料弹塑性变形的规律相。一致的拉伸力,为降低材料拉伸过程中的废品率,提供了有价值的工艺参考数据。     

高压喷水设备在空心叶片脱芯工艺中的应用

研究了内腔形状比较复杂的涡轮叶片铸件脱芯方法，结果表明：在化学腐蚀法脱芯的基础上辅之以高压喷水设备，可以较有效的清除叶片内通道的残芯，通过试验得出了合适的工艺参数。     

内高压成形技术现状与发展趋势

介绍了内高压成形原理,工艺分类、优点、应用范围和适用材料,综述了国外内高压成形在工业领域尤其汽车工业的应用情况,给出了用内高压成形制造的典型结构件、枝杈管件、异形管件和空心轴类件.详细介绍了国内研制的400MPa内高压成形机参数及在该设备上试制的铝合金管件、不锈钢管件、空心阶梯轴和轿车后轴纵臂等内高压成形件.最后指出内高压成形需要深入研究的课题和发展趋势.     

内高压成形技术现状与发展趋势

介绍了内高压成形原理、工艺分类、优点、应用范围和适用材料,综述了国外内高压成形在工业领域尤其汽车工业的应用情况,给出了用内高压成形制造的典型结构件、枝杈管件、异形管件和空心轴类件.详细介绍了国内研制的400MPa内高压成形机参数及在该设备上试制的铝合金管件、不锈钢管件、空心阶梯轴和轿车后轴纵臂等内高压成形件.最后探讨了内高压成形需要深入研究的课题和发展趋势.     

管状变截面汽车扭力梁内高压成形工艺

目的 研究管状变截面汽车扭力梁内高压成形过程及其成形质量的关键影响因素。方法 采用数值模拟和试验相结合的方法,重点研究了预成形件形状、内压力通入时机和初始压力值对扭力梁内高压成形的影响。结果 预成形件宽度过大或上模圆角处管坯壁厚过薄,将造成后续内高压合模过程中出现咬边或整形阶段发生破裂等缺陷;在内高压成形合模过程中通入适当内压,可有效避免扭力梁件出现圆弧过渡面塌陷、上下模圆角过度减薄等缺陷。结论 当预成形模具V面下模引导角а介于60°~70°之间、T面下模引导角β介于65°~75°之间时,可以取得较理想的预成形效果;合模过程中即通入32 MPa内压,此时所得扭力梁实体件外观无明显缺陷,成形精度较高。     

轻量化结构内高压成形技术

内高压成形适用于制造汽车 ,航空航天等领域中使用的各类轻体构件 .用其加工的零件具有重量轻 ,刚度好 ,零件数量少 ,可减少后继机械加工和组装焊接量 ,成本低等优点 .本文综述了内高压成形原理、优点、应用范围、适用材料、国内外工业应用情况及研究现状 ,并详细介绍了作者进行的部分研究结果 .     

轿车后轴纵臂内高压成形研究

用400MPa内高压成形机对轿车后轴纵臂进行内高压成形试验研究,设计了合理的模具结构,包括分模面和冲头密封形式.分析了矩形截面圆角成形特点和所需成形压力计算公式,制定出合理的内高压工艺和参数,成功地试制出轿车后轴纵臂,经检测尺寸满足设计要求.     

三台阶轴内高压成形中轴向补料的有限元分析

为研究内高压成形台阶轴过程中轴向补料参数对工艺的影响,利用大变形非线性塑性有限元方法对内高压成形三台阶轴工艺进行了分析,讨论了补料量在理论值的80%～120%变化时零件的壁厚及应变分布规律,并就其成因进行了讨论.研究表明,补料量低于理论值的90%及高于理论值的110%是轴向补料参数选取的危险区间,容易引起折叠或破裂失稳,按照理论计算值进行轴向补料,壁厚及应变分布最为理想.     

基于增材制造技术的空心涡轮叶片精准成形控制

目的 基于光固化快速成形工艺,将一体化陶瓷铸型技术与数值模拟技术相结合,采用型腔反变形方法补偿金属液凝固收缩,实现高复杂空心涡轮叶片的型面精准成形控制。方法 通过数值模拟分析了叶片各方向(叶宽、叶长和叶厚)的凝固变形规律,并建立了各截面的位移场模型。通过仿真迭代补偿凝固收缩,修正了叶身外型面,完成了叶片CAD模型重构。基于光固化快速精铸技术,快速制作了一体化铸型,并完成了叶片浇注实验。结果 对补偿前后叶片叶身外型面偏差进行统计可知,叶身主要部位偏差明显降低,尾缘偏差由−0.335 mm降低至−0.136 mm,前缘偏差由−0.246 mm降低至−0.111 mm,验证了该技术在叶片型面精度控制方面的有效性。结论 实现了涡轮叶片型面精度的有效控制,为高精度空心涡轮叶片的快速制造提供了新的途径。     

一种复杂空心叶片外形模具的改进

通过对某机一级涡轮叶片陶瓷型芯收缩的分析，介绍了一种在外形中调整型芯位置，从而达到调整蜡模叶片壁厚目的的机构，增加了壁厚调整机构的外形模具，在继承了原模具全部优点的基础上操作大为简化，壁厚调整准确，生产效率和蜡模叶壁厚合格率均有所提高。     

球形件液压胀形成形方案探究

目的解决球形件传统成形工艺冗余、困难的问题。方法提出了3种液压胀形成形方案,并利用有限元软件Dynaform,对每种方案进行了数值模拟。结果通过模拟分析,确定了各方案最佳模拟结果,获得了各方案壁厚分布情况,明确了成形缺陷形式以及产生的原因。最小壁厚位于球心横截面处,是危险区;当合模补料130 mm时,模拟结果显示最大壁厚减薄率最小,为16.5%。结论利用液压胀形可以成功成形球形件;补料方式对成形结果有很大的影响,合模补料成形质量最优,端头补料次之,无补料最差。     

铝合金薄壁波纹板充液成形工艺研究

目的解决航空铝合金薄壁波纹板爆炸成形工艺成形效率低且成形质量差的问题。方法提出了3种充液成形工艺方案,利用有限元分析软件对3种成形方案进行了对比分析,并且对最优方案进行了试验验证。结果有限元分析结果显示,双面加压充液成形方法能够使零件的各部分变形均匀,避免了在充液成形过程中因摩擦力作用导致的局部变形过大产生的开裂,有效地提高了材料的成形能力。结论双面加压充液成形方法能够成形出轮廓精度高、表面质量好的铝合金薄壁波纹板。     

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。     

铝合金矩形截面管充液成形工艺研究

目的研究低延伸率和低厚向异性指数的铝合金管,在充液成形过程中的材料变形行为。方法采用低压预成形的方法来改善管坯材料的流动,并与传统不带内压的预成形结果进行了对比。结合有限元分析手段研究了铝管弯曲过程管坯尺寸、弯曲半径的选择对零件壁厚分布的重要性。结果有限分析方法结合试验研究表明,低压预成形可以有效抑制铝合金弯曲轴线管件的开裂。结论初始管材截面外壁周长应等于或略小于模具截面内壁周长;弯曲半径的选取要兼顾弯曲工艺难度和管坯贴模度;低压预成形能够大大改善矩形截面过渡圆角区的材料流动,避免破裂、死皱等典型缺陷的发生。     

基于响应面法的平底筒形件充液成形工艺参数优化

目的在板材充液成形过程中,压边间隙与最大液室压力的数值选取具有较大的随机性,同时由于材料的不同、坯料形状的差异,需要进行大量的仿真模拟来寻求优化结果。对于尺寸大、形状复杂的零件,模拟时间较长,工作效率较低。基于响应面法,构造压边间隙、最大液室压力与最大减薄率之间的响应面模型。方法以法兰外缘起皱高度为约束条件,通过Design-Expert软件求解最优结果,将最优结果进行了有限元模拟。结果模拟结果、响应值与试验结果相吻合。结论响应面法能够较好地用于预测和优化板材充液成形过程关键工艺参数。     

拉拔速度对空拉拔锌合金微管的影响

运用deform-3D软件模拟了锌合金微管(Φ2.45 mm×0.13 mm)的空拉拔成形过程。研究了拉拔速度对锌合金微管表面质量、力学性能和尺寸精度的影响。结果表明:拉拔速度对微管的应变和应力影响非常大,进而直接影响其表面质量、力学性能和尺寸精度。适当的拉拔速度可使多道次空拉拔锌合金微管的应变较均匀、最大等效应力和损伤值较低,从而减少皱缩和拉拔裂纹等缺陷,降低断裂倾向。锌合金微管具有均匀应变、较小等效应力的拉拔速度为22 mm/s。实验结果很好地验证了模拟的结论:在模拟优化的拉拔速度下,空拉拔制备的锌合金微管具有较高的尺寸精度和力学性能,并且皱缩等缺陷较少。     

基于数值仿真的十字型内高压成形吸能盒优化设计

目的 实现吸能盒的高碰撞吸能性和低成本化设计。方法 以传统的方形冲焊结构吸能盒为研究对象,将其优化为十字型冲焊和十字型内高压成形结构吸能盒,并利用成形数值仿真技术对十字型内高压成形吸能盒进行了成形性研究,还利用碰撞数值仿真技术对3种吸能盒结构进行了碰撞性能研究。结果 为提高碰撞吸能性,将传统方形冲焊结构吸能盒的4条主吸能常规传力路径,优化为十字型冲焊和十字型内高压成形结构吸能盒的12条主吸能传力路径,十字型内高压成形吸能盒同时能实现减重6.4%;利用成形数值仿真技术对十字型内高压成形吸能盒进行了成形性研究,结果显示十字型内高压成形吸能盒通过一模十二件生产,能具备优良的可制造性和经济性,相比方形冲焊吸能盒,十字型内高压成形吸能盒可实现降成本5.7%;利用碰撞数值仿真技术对3种吸能盒进行正面100%碰撞和正面40%偏置碰撞性能研究,相比方形冲焊吸能盒,结果显示十字型内高压成形吸能盒吸收能量分别增加12.8%和32.0%,碰撞力峰值分别降低8.4%和39.2%,比吸能分别增加20.5%和41.0%。结论 相比方形冲焊吸能盒,十字型内高压成形吸能盒可实现轻量化、低成本和高碰撞吸能性,同时还兼具优良的可制造性的特点。     

结构尺寸对316L矩形波纹管液压胀形的影响

目的 掌握结构尺寸对矩形波纹管液压胀形的影响规律。方法 利用有限元平台Abaqus/Explicit建立316L矩形波纹管的三维有限元模型,对其液压胀形过程进行数值模拟分析,并利用实验验证有限元模型的正确性,基于单因素法研究长宽比、过渡圆角半径及波距对矩形波纹管成形质量的影响。结果 综合考虑成形波高、壁厚减薄率及周向轮廓3个指标,获得了长宽比、过渡圆角半径和波距对波纹管成形的影响规律,并给出了各参数对不同指标影响的显著性。结论 随着长宽比的增大,长边壁厚减薄率明显减小,圆角与短边的壁厚变化不大,并且不同长宽比波纹管的成形轮廓均在圆角段上低于设计值,在直线段上高于设计值;增大过渡圆角半径更有利于圆角段的贴合,且有利于降低周向壁厚减薄率;波距对波纹管的壁厚减薄率影响显著,波距较小时,波峰上有明显的增厚现象,随着波距的增大,波峰上的增厚现象逐渐消失并开始减薄,波纹管周向波高增大,直边波高容易超出公差范围,可以通过降低成形内压或减小模片间距将波高修正到公差范围内,获得合格的波纹管产品。     

Parametric Study of Hydroforming of Paper Materials Using the Explicit Finite Element Method with a Moisture‐dependent and Temperature‐dependent Constitutive Model

A moisture‐dependent and temperature‐dependent constitutive model for paper materials was proposed and implemented into a finite element model of the paper hydroforming process. Experimental hydroforming was conducted at temperatures of 23°C and 110 °C and moisture contents of 6.9 and 10.6 (respectively corresponding to 50 and 80% relative humidity). The proposed model, which also included the effects of drying, captured the extent of forming of all experimental results within reasonable accuracy. For the moisture content and temperature conditions in this study, the phenomenon of drying was found to be the reason why the application of temperature had a much greater effect on the degree of forming than hydroforming at various moisture contents. A simulation‐based parametric study was conducted in order to identify the importance of various process and material parameters. This parametric study confirmed many previous empirical findings and was capable of quantifying the extent to which these process and material parameters affect the three‐dimensional formability of paper. The coefficient of friction was identified as one of the most important factors when determining the extent of forming. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.