椭圆截面管件充液压制变形与应力分析

预成形是内高压成形的关键工序,预制坯的形状直接影响到后续内高压成形的缺陷与壁厚分布。针对管件无内压支撑压制时因失稳导致的预制坯截面凹陷与尺寸不可控等问题,提出管件充液压制成形方法。对椭圆截面管件充液压制成形过程进行应力分析与试验研究,将充液压制与传统压制进行对比,分析充液压力和下压量对管件截面应力、壁厚及尺寸的影响。结果表明:管内充液可有效改善压制管件等效应力分布情况,充液压力越大,等效应力分布越均匀;相比于传统压制,充液压制过程中椭圆截面的壁厚变化并不明显,最大减薄处位于直壁部分中间区域,当充液压力为15 MPa时,其最大减薄率为2%;随着充液压力的增大,管件直壁部分的凹痕缺陷逐渐平复消失。     

基于管件液压成形工艺的汽车吸能盒改进设计及成形分析

汽车吸能盒是整车重要的缓冲吸能结构。管件液压成形零件具有重量轻、刚度和强度高、耐撞性能好等优点,设计管件液压成形吸能盒替代原始冲压吸能盒。采用数值模拟方法分析吸能盒吸能性评价指标,比较管件液压成形吸能盒与冲压吸能盒缓冲吸能的性能。设计吸能盒的管件液压成形加载路径,通过成形分析得到加载路径对吸能盒的壁厚分布影响较大。故以吸能盒成形后的最小壁厚最大化作为优化目标,选取加载路径上的压力控制点作为设计变量,采用部分因子方法设计试验,然后采用克里格空间局部插值法构建近似模型,最后利用遗传算法求解得到优化后的加载路径,成功增加了吸能盒成形后的最小壁厚。     

摩擦润滑对金属定子衬套外高压成形结果的影响

大长径比金属定子衬套成形管件需要保证较高的贴模质量和成形质量,而摩擦对成形管件的成形质量的影响较大。综合考虑成形管件内径、材料性能参数、加载路径和成形压力等参数的影响,建立金属定子衬套外高压成形数值仿真模型,研究摩擦润滑对等壁厚金属定子衬套成形质量的影响。结果表明:随着摩擦因数增大,成形管件轴向材料塑性流动增幅较大,但成形管件中间截面等效塑性应变沿路径的分布规律基本相同,数值变化幅度也较小。综合分析成形管件过渡处对角距离、壁厚分布标准差和相对壁厚误差3项成形质量评价指标,结果表明,管件成形质量随摩擦因数增大而降低,所以在等壁厚金属定子衬套成形过程中,需要尽量改善管件与模具之间的摩擦润滑条件。     

模具型面及冲头对304不锈钢三通成形效果影响研究

利用数值模拟研究了不同形式模具型面及冲头对采用液压胀形工艺制备的三通管件成形质量的影响,并研究了不同成形压力加载路径对应的成形效果。根据数值模拟结果,采用新型润滑涂层及相应的成形装置进行了管件冷成形实验。在支管高度、壁厚减薄率分布方面,管件实验结果与模拟结果非常一致。研究结果表明,采用较优的模具型面及冲头可以有效提高三通管件的成形质量。     

等壁厚螺杆钻具定子管挤压成形的有限元分析

螺杆钻具定子的橡胶厚度不均匀是导致螺杆钻具的使用寿命较低和工作性能较差的主要原因之一,因此提出了等壁厚螺杆钻具定子滚压成形技术。建立了等壁厚螺杆钻具定子管挤压成形的有限元模型,并利用有限元分析软件对加工过程进行分析,得出工件温度、滚轮外形、进给速度对定子管轮廓线和加工载荷的影响,为今后等壁厚螺杆钻具定子滚压成形设备的研制提供参考依据。     

板材充液拉深动态加载系统开发与应用

液室压力和压边力加载路径是充液拉深工艺中决定零件成形质量的关键工艺参数。针对传统被动加压方式加载路径单一,液室压力较低,不能满足复杂结构零件和高强度材料的成形要求,提出采用闭环控制技术实时调节液室压力和压边力的动态加载方式。设计可控压边和高压增压系统,并应用基于上、下位机的检测控制系统实时调节凸模速度、压边力和液室压力满足设定的工艺参数。在动态加载系统上进行异型结构不锈钢零件的充液拉深试验,动态加载路径下试验件一次整体成形,且表面质量好,贴模精度高。结果表明,充液拉深动态加载系统能够实现复杂加载轨迹和局部高压,适用于复杂结构和高强度材料零件的成形制造。     

双曲度蒙皮零件主动式充液成形技术研究

双曲度蒙皮零件在航空制造领域应用广泛,基于截面尺寸变化较大,具有局部特征的复杂蒙皮类零件提出了主动式充液成形技术。液室压力的加载是主动式充液成形的关键参数之一,通过数值模拟分析了不同液体加载速率条件下2A12-O铝合金双曲度蒙皮零件底部破裂危险点与两端起皱危险点的应变轨迹的变化规律,同时讨论了不同液体加载速率下对壁厚分布的影响。结果表明:合理的液体压力加载速率可以明显的改善应变路径,有效的降低纵向应变,抑制双曲度蒙皮零件底部的过渡减薄,改善了零件的表面质量。     

汽车副车架内高压成形模拟分析

为探索工艺参数对汽车异型管件内高压成形的影响,借助非线性有限元软件,对副车架多道次内高压成形全过程进行仿真研究。基于此,分析内压力加载路径及退火处理对成形件典型截面壁厚分布的影响规律。研究结果表明,在成形前期施加一定的内压力并在一段时间内进行保压,后期再继续施压至整形压力的加载路径所得成形效果最好。经过退火处理的副车架,其壁厚分布更为均匀。     

薄壁不锈钢管环压接头成形模拟与分析

为对薄壁不锈钢管环压接头软膜胀形的成形过程进行分析,以ANSYS中LS-DYNA模块为基础进行模拟,分析了凸模不同加载速度和位移对管件的影响,与实验所得的数据进行对比分析可知,在加载过程中,凸模位移加载量一定的条件下,凸模的加载速度与管坯成形后的最小壁厚呈反比关系。薄壁不锈钢管的最小壁厚出现在承口起包处,最大壁厚出现在管件根部,而且在凸模以40 mm/s速度加载40 mm的位移量时,薄壁不锈钢管环压接头能够在成形质量上达到最佳。     

盒形件无模充液拉深液压加载路径的研究

凹模型腔内的液体预胀形压力和工作压力是决定充液拉深过程中能否拉深出合格零件的重要工艺参数.通过采用Dynaform软件,对无模充液拉深盒形件工艺进行数字仿真,就液体压力参数对板料成形性能影响进行分析与研究.结果表明,合理地控制凹模型腔内液体加载路径和压力参数可以有效地提高板料的成形性能和成形件质量.并由液体压力所带来的摩擦保持效应可使成形件壁厚分布均匀,一次拉深的盒形件最大相对高度可达到4.25.     

Optimization of loading path in hydroforming T-shape using fuzzy control algorithm

The loading path is crucial to the quality of forming parts in the process of tube hydroforming, and thus the design and optimization of loading path is an important issue for tube hydroforming. Wrinkling is a catastrophic defect for thin-walled tube hydroforming. In order to avoid wrinkling, an adaptive simulation approach integrated with a fuzzy control algorithm is used to optimize the loading path of hydroforming a T-shaped tube. The tubular material used is stainless steel and has an outer diameter of 103 mm and the wall thickness of 1.5 mm. The controlled variables are the axial feeding, the counterpunch displacement, and the internal pressure. A code is developed to make the optimization automatically, which works together with LS-DYNA. Six evaluation functions are adopted for identifying geometrical shape and quality of T-shape. Failure indicators obtained from the simulation results are used as the input of the fuzzy control, and then process parameters are adjusted according to the expert experiences in the fuzzy controller. In this way, a reasonable loading path for producing a sound T-shape is obtained, and also a T-shaped product is successfully hydroformed by experiment. The result shows that the fuzzy control algorithm can provide an adequately reliable loading path for hydroforming T-shaped tubes.     

[材料绿色成形技术]异形排气管多向局部加载液力成形工艺

针对某乘用车异形排气管整体制造的难题,开展4系列不锈钢管材包括多向局部加载液力成形新方法的全流程液力成形工艺研究。基于Dynaform有限元模拟软件,建立绕弯成形及液力成形的有限元模型,监测管材壁厚分布的演化规律,进而优化成形工艺参数,开展实验验证。研究结果表明：初始管材直径对液力成形管材壁厚分布影响显著,初始管材直径为54 mm时能很好地满足工艺要求;在纵向加载液力成形阶段,可通过在上模具设计凸筋来实现对管材的局部加载成形,而在横向加载液力成形阶段,内压为48 MPa时可避免管材破裂、折叠等缺陷的产生;此外,局部加载液力成形可导致管材的应力应变状态发生明显改变,变形区管材的壁厚呈现增大趋势,最大减薄率由27.43%降至24.65%,最终零件的最大减薄率为28.05%。实验结果与模拟结果基本吻合,最大偏差值仅为2.89%。     

径压胀形中管材的填充性及成形性分析

通过对不锈钢管材径压胀形过程进行有限元数值模拟，对成形管材断面对角线长度变化趋势及壁厚分布规律进行了分析与比较，探讨了加载方式、管端约束条件（管端自由与管端固定）及摩擦条件对管材填充性及成形性的影响规律。结果表明，自由胀形直径或内压力越大，则管材的填充性越好，但成形性越差；管端固定时会使管材的填充性及成形性变差；摩擦使胀形管材断面形状不完全对称，且随着自由胀形直径或内压力的增大而显著。     

液力惯容器螺旋管内流场数值模拟

采用Fluent建立液力惯容器螺旋管内流场的数值模型,得到螺旋管的速度场和压力场分布。通过建立对照组与6个实验组的数值模型,研究螺旋管相关参数对压差和摩阻系数的影响。结果表明:螺旋管的速度场和压力场均呈C形分布,外侧速度和压力均高于内侧,表明产生了二次流现象;压差与流体速度是正相关,与螺旋管内直径和螺距是负相关,螺旋直径影响较小;摩阻系数与螺旋管内直径是正相关,与流体速度和螺旋直径是负相关,与螺距无关。研究结论为螺旋管式液力惯容器的设计提供了理论依据。     

A study of process and die design for ball valve forming from stainless steel tube

In this paper, two process and die design methods for ball valve forming from stainless steel tubes are compared: one is the tube hydroforming method (THFM), and the other is the tube nosing method (TNSM). Simulations on hydraulic expansion, axial feeding, and tube nosing of the ball shell forming with the two methods using the program DEFORM-3D are carried out. The influence of the two methods on workpiece formability and wall thickness distribution of ball valve forming is examined. A tube nosing experiment is carried out with a SUS304 stainless steel tube at room temperature. An accepted product of ball valve satisfying the industrial demand is obtained using TNSM.     

[成形过程仿真优化与集成计算材料工程]限动芯棒连轧管机轧制过程轧件变形行为及规律仿真

基于ABAQUS有限元软件建立了180 mm限动芯棒连轧管机组钢管连轧过程仿真模型。通过仿真模拟展现了连轧各机架连续轧制过程中轧制区钢管横截面上应力、应变及位移的分布和壁厚形成演变过程,揭示了轧制压力分布和轧辊上总轧制力的变化规律以及轧件温度与轧制区摩擦因数对壁厚与轧制力的影响。使用三次样条插值方法从仿真结果数据中提取钢管壁厚和直径,通过研究对象机组的工业生产实测数据验证了有限元模型的正确性。仿真发现:连轧过程中,金属在纵向上先发生减径变形后发生减壁变形,横向上金属主要从孔顶区流向开口区;前三机架接触压力主要集中在孔顶区,变形量较大,是主变形机架,第四五机架接触压力最大在侧壁区,变形量较小,主要起到精整和归圆作用;随着轧制温度的升高,出口壁厚增大,轧制力减小,随着芯棒与轧件之间摩擦因数的增大,壁厚减小,轧制力减小。仿真研究结果支撑了针对该机组的关键轧机结构参数设计、轧制工艺参数确定以及工程调试中工艺参数优化。     

旋转钻机螺旋钻杆的优化设计

旋转钻机的螺旋钻杆是实现快速优质钻进的重要部件。为了提高钻进效率,选择螺旋钻杆的输煤能力为优化设计的目标建立数学模型.以螺旋钻杆结构参数(螺距、钻杆轴径)及螺旋转速为变量,并利用MATLAB优化工具箱进行计算获得螺旋钻杆结构参数的最优值。提高了螺旋钻杆的输送能力。优化结果对螺旋钻杆的设计、对钻机的改进具有重要的指导作用和工程应用价值。     

无缝钢管双向等长缩径时壁厚变化的试验研究

利用普通液压机对初始直径为φ102mm、壁厚为4.5mm的20号热轧无缝钢管试件进行四次双向等长缩径,管坯试件上端润滑,下端不润滑.通过测量试件周向四个方向上的初始壁厚以及缩径后端部及均匀区的壁厚及外径,揭示出缩径后管坯壁厚在周向上变化不均匀的现象,给出了管坯初始壁厚偏差、润滑条件对各次缩径后管坯壁厚变化的影响以及管坯法向应变与周向应变比值的变化规律,解释了缩径中出现的管坯内壁周向起皱及管端轴向开裂等特殊现象,以利于实际生产中合理限定无缝管坯的初始壁厚偏差并对其进行正确润滑,从而得到壁厚变化较为均匀的合格制件.     

Determining frustum depth of 304 stainless steel plates with various diameters and thicknesses by incremental forming

Nowadays incremental forming is more popular because of its flexibility and cost saving. However, no engineering data is available for manufacturers for forming simple shapes like a frustum by incremental forming, and either expensive experimental tests or finite element analysis (FEA) should be employed to determine the depth of a frustum considering: thickness, material, cone diameter, wall angle, feed rate, tool diameter, etc. In this study, finite element technique, confirmed by experimental study, was employed for developing applicable curves for determining the depth of frustums made from 304 stainless steel (SS304) sheet with various cone angles, thicknesses from 0.3 to 1 mm and major diameters from 50 to 200 mm using incremental forming. Using these curves, the frustum angle and its depth knowing its thickness and major diameter can be predicted. The effects of feed rate, vertical pitch and tool diameter on frustum depth and surface quality were also addressed in this study.     

热轧钢管坯料的选择

依据热轧无缝钢管的外径和壁厚允许偏差,提出了合理选择镗滚压加工液压缸筒所用热轧无缝钢筒坯料的方法,并给出了常用缸筒坯料选择表。