带筋薄壁构件成形制造技术的发展与展望

作为空天和武器等高端装备关键结构的带筋薄壁构件,其整体化成形制造是实现装备轻质化并提升其性能的有效途径。根据带筋薄壁构件的发展,对其进行分类,以壁板类与筒/环类构件为出发点,归纳了2类带筋构件成形制造工艺与研究进展。针对筋板类构件,概述了传统制造技术、整体加载近净塑性成形技术和局部加载近净塑性成形技术的发展历程,进一步从加工原理、技术和工装等方面对3类技术进行了综述,并对比了几种主要成形工艺的特点与构件性能的差异。对筋筒/环类构件,综述了挤压、旋压、包络成形等典型塑性成形制造工艺的最新进展,并对比了各类工艺的技术特色与拓展潜力。基于研究进展分析,总结了带筋薄壁构件成形制造技术的发展趋势与所面临的挑战。     

单榫头叶片叶身精锻成形规律

利用自行开发的叶片锻造过程三维刚粘塑性有限元模拟系统对单榫头叶片精锻过程进行了模拟分析,揭示了其叶身精锻成形规律,并以塑泥为模拟材料,采用物理模拟的方法对其进行了试验验证。三维有限元数值模拟结果与物理模拟结果的良好吻合表明了单榫头叶片精锻过程三维数值模拟结果的可靠性。该研究对叶片精锻过程的预成形毛坯的优化设计具有重要的指导意义。     

适用于三维有限元网格显示的逐步消隐法

在分析现有消隐方法及三维有限元网格划分特点的基础上,提出了一种将外法线法与线面比较法相结合的消隐方法──逐步消隐法,快速有效地实现了三维网格的可视化。结果表明,用于三维有限元网格划分的消隐是简便实用的。     

分形旋压成形技术研究进展

综述了分形旋压成形技术的国内外研究现状,分析了分形旋压的成形特点,总结了分形旋压可能的变形失效形式,提出了该领域亟待解决的瓶颈问题,并对分形旋压有限元建模过程中的关键技术难题进行了探讨和展望.     

板料电磁成形顺序耦合三维有限元仿真

电磁成形有限元模拟涉及多场耦合作用,其中结构场与电磁场之间的不同耦合方法对模拟结果影响显著。与松散耦合方法相比,顺序耦合方法考虑了板料变形对电磁场的影响,从而能够更精确的描述电磁成形过程。以ANSYS仿真软件为平台,建立板料电磁成形的顺序耦合三维有限元模型。通过不同耦合方法的模拟结果与实验结果对比表明,采用顺序耦合模型得到的板料变形与实验接近,而采用松散耦合模型得到的板料变形明显大于实验值。由此可见,顺序耦合模型是适合于电磁成形模拟的可靠模型。采用顺序耦合模型研究发现,放电电流的加载时间对板料电磁成形中板料变形的影响显著。当取放电时间为电流曲线的1.5个周期时,模拟结果与实验数据吻合最好。综合考虑计算效率与精度,板料电磁成形中放电电流的加载时间取1.5个周期为宜。     

TA15钛合金板材在不同加载条件下的热剪切旋压变形机制(英文)

采用考虑了各种热效应而建立的TA15钛合金加热剪切旋压多场耦合模型,研究揭示了TA15钛合金在各种热载荷和机械载荷条件下的变形机制。结果表明,高的工件加热温度和芯模预热温度可以减小工件厚向温度梯度,偏离率对变形区厚向温差的影响复杂,对贴模性影响显著且大的偏离率会恶化贴模性。工件和旋轮间的摩擦对温度差有显著影响。增加旋轮进给比会加大厚向温差但有助于贴模性的改善,这与冷旋的结果相反。大的旋轮安装角有助于减小厚向温差和改善贴模性。     

筒形件旋压有限元分析中芯模和旋轮相对运动的处理方法

以ABAQUS仿真软件为平台,建立芯模自转与旋轮公转的两种筒形件正旋有限元模型,介绍了2种不同模型分析边界条件的设定。采用Python语言开发子程序提取模拟结果的三维坐标值,然后导入逆向工程软件Geomagic中还原为云图的方法,分析了2种模型模拟结果的贴模性、壁厚均匀性、径向应力应变,并比较了2种模型的计算时间。结果表明：芯模自转模型的模拟计算时间明显小于旋轮公转模型,芯模自转模型的贴模性与壁厚均匀性较旋轮公转模型更均匀,因此芯模自转模型较旋轮公转模型更适合于筒形件流动旋压的模拟分析。     

Numerical simulation of influence of material parameters on splitting spinning of aluminum alloy

During the splitting spinning process, the material parameters of disk blank have a significant effect on the determination of forming parameters and the quality of deformed blank. The influence laws of material parameters, including yield stress, hardening exponent and elastic modulus, on splitting spinning force, splitting spinning moment, degree of inhomogeneous deformation and quality of flange （average thickness and average deviation angle） were investigated by 3D-FE numerical simulation based on elasto-plastic dynamic explicit FEM under ABAQUS/Explicit environment. The results show that, the splitting spinning force and the splitting spinning moment increase with the increase of yield stress, hardening exponent and elastic modulus. The degree of inhomogeneous deformation increases with the decrease of yield stress and hardening exponent and the increase of elastic modulus. The average thickness of flange increases with the decrease of yield stress and the increase of hardening exponent and elastic modulus. The average deviation angle of upper surface increases with the increase of yield stress and the decrease of hardening exponent and elastic modulus. The average deviation angle of lower surface increases with the decrease of yield stress, hardening exponent and elastic modulus. Meanwhile, the corresponding variation ranges are given. The achievements may serve as an important guide for selecting the reasonable processing parameters of splitting spinning based on different aluminum alloys, and are very significant for optimum design and precision control of the splitting spinning process.     

圆管压扁-压弯连续变形过程有限元模型的建立及截面畸变研究

为研究圆管压扁-压弯连续变形过程中的截面畸变,基于有限元软件ABAQUS建立了该过程的三维有限元模型,并实验验证了其可靠性。分析了圆管压扁过程中的截面变化规律及弯曲下模圆角半径、模具与管材间的摩擦系数对成形过程截面畸变的影响。结果表明,圆管压扁过程中形成扁管直壁部分的材料在外层周向压应力、内层周向拉应力的合力作用下出现塌陷。形成扁管圆弧部分的材料在外层周向拉应力、内层周向压应力的合力作用下出现扁化。在无芯轴、有芯轴压扁成形前期,圆弧部分均出现扁化,且无芯轴压扁成形中期,直壁部分出现塌陷。但有芯轴压扁过程中芯轴的支撑作用不但抑制了直壁部分的塌陷,而且还矫正了成形后期圆弧部分的扁化。由于圆管压扁-压弯过程中模具与管材的接触区域始终不大,因此成形过程中弯曲下模圆角半径,及模具与管材间的摩擦系数,对截面畸变影响不显著。     

基于正交优化的异型薄壁壳体强力旋压成形有限元分析

为了揭示工艺参数对异型薄壁壳体强力旋压成形过程的影响,采用正交试验优化设计方法安排模拟仿真方案,基于ABAQUS/Explict平台对不锈钢1Cr18Ni9Ti曲母线形件旋压成形过程进行了三维弹塑性有限元模拟研究。分析了旋轮进给比、旋轮圆角半径、旋轮安装角和旋轮与芯模之间的间隙对该成形过程壁厚差、切向拉应力和周向压应力的影响显著性次序以及影响规律,并获得了优化的工艺参数。结果表明,旋轮与坯料之间的间隙是决定工件壁厚均匀性的最重要因素;旋轮进给比和旋轮圆角半径分别对工件的起皱和拉裂倾向影响最显著。减小上述工艺参数的值均可使工件壁厚分布更均匀;随着进给比的增大,拉裂和起皱倾向逐渐减小;增大旋轮与坯料之间的间隙,起皱倾向增大,而拉裂倾向先增大后减小;旋轮圆角半径增大,拉裂和起皱倾向均增大;增大旋轮安装角,起皱倾向逐渐增大,拉裂倾向逐渐减小。