微小尺寸等壁厚不锈钢螺旋管充液压制成形方法研究

为了解决常规螺杆钻具寿命短与微小尺寸螺杆钻具等壁厚定子难加工的问题,本文采用充液压制成形工艺加工微小尺寸等壁厚螺旋管,基于304不锈钢拉伸实验,建立了充液压制成形等壁厚螺旋管有限元模型,用数值模拟方法研究管件外径、壁厚、液压力大小、液压力加载路径、压制速度、摩擦系数对螺旋管质量的影响。结果表明,管件外径为51.8 mm,壁厚为5.3 mm时,螺旋管质量较好,最大液压力为650 MPa,液压力加载路径为路径5,模具挤压速度为0.429 m/s,摩擦因数不超过0.125时,螺旋管加工质量较好,导程误差近似为0,壁厚误差小于8%,平均厚度为5 mm,螺旋管中部壁厚误差小于3%。研究结果可为生产实际中微小尺寸等壁厚不锈钢螺旋管的成形工艺提供参考。     

预成形管坯压制成形汽车桥壳的变形分析

介绍了小型汽车桥壳样件胀压成形的工艺,针对两端经过缩径、中部经过液压胀形得到的轴对称状预成形管坯,其内部充液后用模具压制成形桥壳样件的过程,定性分析了横截面、纵截面的变形,揭示了变形机理以及壁厚的变化规律,探讨了桥包部分横截面大小对其成形性的影响。通过有限元模拟和工艺试验,进一步考察了管坯压制成形工艺的成形性,并定量分析了壁厚的分布情况。研究结果表明：轴对称状的预成形管坯压制成形异型截面的汽车桥壳样件时,样件成形性好,壁厚分布较好,成形过程中所需液体压力低。     

大尺寸复杂形状汽车桥壳管件胀压成形机理分析及内外压施加准则的确定

胀压成形是制造大尺寸复杂形状汽车桥壳管件的新工艺,成形性好、所需内压低,但成形机理尚不明晰,尚未有明确的内外压确定方法。简介胀压成形工艺,分析了预成形管坯充液压制过程,揭示出横截面小圆角及大圆弧区的成形机理,推导出应力大小与内压、外压的表达式;提出内压、外压的施加准则,给出初始内压的计算公式及压制方式的数学表达式。针对某轴荷10 t桥壳管件的胀压成形过程进行了有限元模拟,结果表明横截面小圆角、大圆弧区的应力状态及其变化趋势同理论分析一致,揭示了小圆角两侧剪切应力的变化规律,得到了最佳内压系数nf、压制系数ks。进行了桥壳管件胀压成形工程试验,实测模具压制力及样件典型横截面的小圆角尺寸、大圆弧区壁厚,相同条件下的有限元模拟与试验结果吻合,最大偏差为6.81%。     

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。     

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。     

混合压边液体内向流动动态充液拉深

为抑制液体内向流动动态充液拉深中凸缘增厚而造成的拉深阻力急剧增长,提出混合压边液体内向流动动态充液拉深新方法。对定间隙下设定恒定压边力的混合压边充液拉深压边形式实质进行分析,采用有限元研究混合压边方式下压边间隙、压边力以及径向压力的变化对成形过程的影响。研究结果表明:定间隙下设定恒定压边力的混合压边充液拉深压边形式的实质是设定压边间隙和设定压边力压边方式的混合;采用混合压边方式可以降低实际最大压边力,降低凸缘区的摩擦阻力,减少第二个谷底点的减薄率;压边力影响零件直壁部分壁厚分布,较大的压边力得到的零件直壁壁厚较薄;压边间隙的变化影响成形零件直壁壁厚分布,较小的压边间隙成形零件直壁较薄,第二个谷底点越接近零件底部。     

凸环管件颗粒介质内高压成形工艺理论解析

离散体颗粒介质使颗粒介质内高压成形工艺中的传压具有非均匀性、颗粒介质与管件之间摩擦作用显著等特征,基于此,建立了颗粒介质非均匀载荷传压模型,对凸环管件胀形工艺过程进行了理论推导和数值解析,探讨了内压状况和摩擦条件对管件成形性能的影响,并通过工艺试验对理论分析结果进行了验证。分析结果表明,颗粒介质内高压成形工艺所具有的内压非均匀性、介质与管坯摩擦作用显著两大特征可有效减小胀形过程中的壁厚减薄和成形压力。对比试验与理论分析结果表明,壁厚分布和成形压力的理论计算结果与试验结果一致,颗粒介质非均匀载荷传压模型的构建策略可用于管件成形的预测和分析。     

多层多波Ω形波纹管液压成形的数值模拟

对某两层四波Ω形波纹管的液压成形过程进行了有限元数值模拟,分析各层管坯成形后的应力场和应变场分布以及波高方向鼓波高度和壁厚减薄率。结果发现,波纹管液压成形过程中,卸载前最大等效应力出现在大圆弧上,卸载后最大等效应力出现在大圆弧与小圆弧过渡处;波纹管在液压成形过程中,最大塑性变形出现在波峰上,最大塑性应变达27%;波纹管液压成形过程中壁厚减薄严重,波峰处可达17%以上。将模拟所得的波形参数与实际液压成形结果相对比,成形厚度、波高方向鼓波高度等参数的相对误差均小于5%,说明采用有限元法对Ω形波纹管液压成形进行数值模拟是有效、可信的。     

液压成形S500MC高强钢汽车轮辋疲劳性能的有限元模拟

以厚度为2.0 mm的S500MC微合金高强钢板为材料,采用液压成形工艺制造汽车轮辋,通过有限元方法分析该轮辋的疲劳性能,并与常规滚压成形2.3 mm均匀壁厚SPFH540中强度低合金钢轮辋和2.0 mm均匀壁厚S500MC微合金高强钢轮辋进行对比.结果表明:液压成形轮辋壁厚的最大减薄率为10.9％;液压成形轮辋的截面弯曲应力和径向应力变化趋势与2种滚压成形轮辋的一致,说明轮辋局部减薄不会使其所受应力发生明显变化;液压成形轮辋的最大弯曲应力和最大径向应力低于该钢的屈服强度,最大弯曲应变和最大径向应变均远小于屈服应变,且疲劳性能安全系数均大于1,表明壁厚局部减薄不会影响轮辋的弯曲和径向疲劳性能.     

筒形件充液拉深预胀作用仿真分析研究

利用有限元对不同预胀压力下的筒形件充液拉深过程进行仿真,指导该类筒形零件预胀压力的选取。结果表明:初始预胀形能够提高零件的成形质量,有效降低壁厚减薄;预胀压力过大导致零件壁厚分布不均匀,减薄率增加;最小壁厚随着预胀压力的增大,先增大后减小。     

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。     

内高压成形矩形断面圆角应力分析

采用力学分析和数值模拟方法对圆角部位在内高压成形过程中的应力分布和变形机理进行分析,揭示出圆角和直边过渡区的减薄以及开裂的力学机理。提出内高压成形中圆角和直边的过渡区材料最易满足塑性屈服条件, 并发生厚度方向的压缩应变,因此在过渡区易发生剧烈的减薄变形;并且当管材壁厚与圆角半径的比值大于0．5 时,直边区和圆角区的屈服条件差别较大,引起变形不均匀性增大,更易导致过渡区的过度减薄和开裂。分析结果有助于指导内高压成形零件设计和工艺设计,改善矩形断面零件内高压成形件产品质量。     

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。     

空心变截面构件内高压成形工艺与装备

介绍汽车轻量化的途径及内高压成形技术的应用趋势。阐述管材内高压成形基础理论、工艺模具关键技术以及产业化应用方面的最新进展。在内高压成形基础理论方面,揭示弯曲管内高压成形的环向应力、轴向应力及环向应变、轴向应变和厚向应变的分布规律。阐明内高压整形阶段圆角充填时存在极限圆角半径,并分析液体压力和摩擦条件对极限圆角半径的影响规律。在工艺模具关键技术方面,提出降低成形压力的内凹预制坯方法和大径厚比超薄异型管件内高压成形方法,解决多孔同步液压冲孔模具等关键技术。在工业应用方面,攻克超高压建立、高压水介质传输、超高压与多轴位移闭环实时控制等多项设备关键技术,为国内汽车主机厂及零部件厂研制了多台生产用大型内高压成形机,成功应用于奔腾轿车副车架、扭力梁和SUV车前支梁等汽车零部件的批量制造。     

拉弯辅助渐进成形直壁件试验研究

针对传统直壁件多道次渐进成形工艺存在的路径规划复杂、加工时间长、壁厚过度减薄的现状,提出了一种拉弯辅助渐进成形直壁件的新工艺。该工艺包含三个步骤:预成形、拉弯组合成形直壁和校形。基于此工艺进行了试验研究,结果表明:拉弯组合成形直壁件壁厚减薄程度小,壁厚分布均匀,加工时间明显缩短,更加符合实际生产的需要;预成角直接决定直壁件最终壁厚,预成形角越大,壁厚减薄越大;在周向压应力的作用下,直壁部分出现局部区域增厚现象,且预成角越小,增厚区域越大。     

汽车桥壳胀-压成形工艺压制过程的数值模拟

根据汽车桥壳胀-压复合成形工艺压制过程的基本步骤,通过ABAQUS有限元模拟软件对汽车桥壳压制过程进行数值模拟。研究了汽车桥壳压制过程中模具运动方式以及预制坯内部压强大小对桥壳成形件质量的影响,确定了最佳的桥壳压制模具运动方式以及预制坯内部压强的大小,并进一步分析了理想桥壳成形件壁厚分布情况。模拟结果表明:汽车桥壳胀-压复合成形工艺压制过程中,当压制模具同时运动且预制坯内部压强为30 MPa时桥壳成形件的成形质量最佳。在最佳成形条件下,桥壳成形件中间壁厚最薄,最薄壁厚为3.2 mm且大于初始设计最薄厚度,桥壳的轮廓清晰、过渡圆角大小合适且没有破裂或飞边失效,满足汽车桥壳的设计要求与使用要求。     

摩擦保持对充液拉深成形作用的仿真分析

通过非线性有限元软件DYNAFORM对具体不同摩擦系数凸模的充液拉深过程进行数值模拟,结果表明:凸模摩擦系数会影响充液拉深过程中成形件的壁厚均匀性,摩擦系数越大,摩擦保持效果越好,成形件的减薄率越小,壁厚分布越均匀。     

弯曲轴线薄壁焊管内高压成形壁厚与变形规律的研究*

为了揭示焊缝对弯曲轴线类管件内高压成形的影响及缺陷产生的机制,采用试验和数值模拟的方法研究弯曲轴线焊管内高压成形的主要缺陷及壁厚分布规律,并分析焊缝在不同工序间的综合影响。结果表明,即使焊缝远离圆角区域,焊缝仍然是缺陷易发部位,弯曲使焊缝塑性下降,并导致在后续的工序中发生起皱甚至开裂。对于弯曲轴线薄壁焊管内高压成形,壁厚主要受弯曲和高压整形工序的影响,预成形工序对壁厚影响不大,而且焊缝的壁厚变化量始终小于其他区域。由此可知,焊缝是导致弯曲轴线薄壁焊管内高压成形缺陷产生的重要影响因素,将焊缝置于轻微压缩变形部位,是克服焊接接头性能下降导致的成形能力不足和避免缺陷产生的有效手段。     

铝合金矩形截面内高压成形圆角充填行为研究

为了研究铝合金矩形截面内高压成形过程圆角充填行为,设计制造了专用试验装置,测试充填过程中圆角半径与内压的定量关系及其润滑条件影响,分析直边区与圆角区的过渡处开裂的机理,并对内压理论计算值与试验值进行对比。结果表明:充填过程中随圆角半径的减小,所需内压逐渐增大。当相对圆角半径大于5时,圆角半径变化趋势较快;而当相对圆角半径小于5时,变化趋势逐渐平缓。润滑条件对圆角充填影响较大,润滑的改善使成形相同圆角所需内压降低,极限圆角半径减小。从截面直边区的中点到直边区与圆角区的过渡点等效应力逐渐增大,所以过渡点附近最易发生壁厚过度减薄甚至开裂。对于硬化材料,未考虑材料硬化的内压理论计算值明显小于试验值,内压理论计算时必须使用材料硬化后的流动应力。     

AA5083管件颗粒介质非均匀内压温热胀形工艺性能解析

基于管件热单向拉伸试验、颗粒介质传压性能试验和外摩擦因数试验,分析了采用温热颗粒介质压力成形工艺时,在非均匀内压下AA5083管材自由胀形区的受力情况,探讨了颗粒介质与管件内壁摩擦作用对管件胀形区壁厚分布和胀形极限的影响。理论分析和工艺试验表明,温热颗粒介质压力成形工艺中颗粒介质与管坯之间存在的有益摩擦有效抑制了管件减薄,提高了管件胀形极限。