渐进成形A3003铝板减薄带分析及数值模拟研究

研究渐进成形过程中板料减薄带的变化,可以提供合理的加工参数,提高板料的成形性能和加工利用率,减少零件破裂失效.基于渐进成形过程中金属板料轮廓的变化与理想情况下轮廓的区别,对渐进成形初始成形阶段A3003铝板减薄带的产生原因和剪切力的变化过程进行了理论分析,并通过有限元模拟分别从未变形区金属板料的长度和强度两个角度对板料渐进成形过程中未变形区下沉的影响,以及成形角度和杨氏模量对变形区回弹的影响两个方面,对减薄带的产生原因进行研究.结果表明:板料未变形区的下沉和变形区的回弹使板料在初始加工阶段形成一段平缓区域,工具头在平缓区域的变形性质发生了变化,平缓区域发生剪切变形导致了板料在初始加工阶段形成了减薄带;渐进成形时减小板料未变形区的长度,增大板料与垂直方向的角度可以一定程度上阻碍减薄带的产生,模拟结果与理论分析相符合.     

激光冲击圆杆曲面诱导的残余应力数值模拟

采用有限元分析方法对激光冲击2024铝合金圆杆圆周曲面诱导的动态应力波及其残余应力进行了数值模拟。首先,在ABAQUS/Explicit显式分析模块中模拟了峰值压力为2 GPa激光冲击波在16 mm杆中诱导的应力波的传播过程。随后,在ABAQUS/Standard隐式分析模块中进一步计算在圆杆曲面上诱导的残余应力。在此基础上,分析了圆杆直径的大小对应力波峰值衰减和残余应力分布的影响,并进行了相关的试验验证。研究结果表明,峰值压力为2 GPa冲击波在16 mm的杆中诱导的弹塑性的应力波,应力波的峰值压力在400 ns时间内迅速衰减至250 MPa。冲击后,在距光斑中心小于0.5 mm冲击区域内分布不均匀残余应力,在光斑中心处形成了残余拉应力,轴向S11值为42 MPa;在半径为0.5~1.5 mm的冲击区域分布着残余压应力,S11值大约在250 MPa。应力波在传播过程中,其压力峰值衰减的速率随着杆径的增大而减慢,表面形成的残余压应力均随杆径的增大而增加。     

铝合金2A12-O的动态充液拉深

针对铝合金板材成形性差的特点,提出液体内向流动动态充液拉深新技术。采用铝合金2A12-O板材对成形过程进行了初步实验验证后,运用有限元方法探讨不同的径向压力和不同的预胀路线对成形零件壁厚分布的影响。结果表明,采用该方法可以显著提高铝合金2A12-O的成形极限,成功拉深出拉深比达2.85的杯形件;径向压力显著影响杯形件壁厚的分布,通常较大的径向压力下的壁厚也较大。     

5A02-O铝合金锥底筒形件充液拉深有限元模拟

锥底筒形件由锥底和较高的直壁筒组成,其充液拉深过程中液压加载路径既不同于筒形件,也有异于锥形件。利用DYNAFORM有限元软件对锥底筒形件充液拉深过程进行模拟,研究了不同液室压力加载路径对充液拉深锥底筒形件壁厚分布、破裂与起皱等的影响规律,分析了锥底筒形件液压加载路径控制策略。研究结果表明:采用2拐点的液压加载路径适合锥底筒形件充液拉深成形,第1个拐点位置为凸模底部圆角圆心,与凹模圆角圆心在同一条水平线上,第2个拐点位置为凸模锥底上部圆角圆心,与凹模圆角圆心在同一条水平线上;充液拉深得到的锥底筒形件壁厚分布存在2个波谷点,第1个波谷点在锥底筒形件锥形底部圆角和锥壁的结合处(A点),第2个波谷点在锥底上部圆角和直壁结合处(B点);对于不同的拉深比和锥角,应该采用合理的液压加载路径。     

点阵热源加热板料成形技术研究

初步试验验证板料温成形中,采用离散化热源和均匀热源相比能够进一步提高板料成形性能的基础上,提出点阵热源加热板料温成形新技术。基于有限元仿真,采用0Cr18Ni9不锈钢板料对点阵热源加热成形过程进行验证和初步研究。研究结果表明,点阵热源加热板料成形工艺是完全可行的,在相同热量的情况下,通过控制点阵热源的分布可以得到比均匀热流加热更大的极限拉深比;采用点阵热源加热拉深得到的零件壁厚分布一般存在两个明显的谷值,第一个谷值点在凸模圆角处,和最大拉深力有关,第二个谷值点在零件直壁上,是由于凸缘部位的高温材料拉深成直壁变成传力区以后因温度高承载能力下降引起的。     

AA5754铝合金板材渐进成形壁厚均匀性研究

为改善板材渐进成形制件的壁厚均匀性,采用ABAQUS/Explicit有限元仿真软件对AA5754铝合金板材渐进成形工艺进行数值模拟,建立了适用于渐进成形的有限元模型,并进行了渐进成形实验,通过模拟结果与实验结果对比,验证了模型的准确性。同时,分析了夹具开口尺寸、成形速度和背压压力3种工艺参数对渐进成形制件侧壁壁厚均匀性的影响。结果表明:夹具开口尺寸和成形速度对渐进成形制件壁厚均匀性影响较大,且夹具开口尺寸越小、成形速度越大,壁厚均匀性越好;另外,背压的存在也有利于改善壁厚均匀性,但是当背压大于一定值时,会产生较为严重的鼓包缺陷。     

液体辅助压边周向充液拉深

为了克服液压辅助压边中橡胶膜易破损和发挥径向压力对提高板料成形极限的作用,提出液体辅助压边周向充液拉深新技术。将液池内液体通过增压活塞增压后,加载到毛坯凸缘上表面和凸缘边缘实现液体直接压边和高于液池压力的径向压力辅助拉深;采用导流孔将毛坯边缘的液体引至板料凸缘下表面部分区域,缩小液体实际压边区域,减少凸缘区摩擦阻力。初步试验验证该方案可行有效后,用有限元法对成形过程进行研究,并得到合理的工艺参数。通过试验建立极限拉深比和增压比的成形区域。研究表明:拉深得到的零件壁厚分布存在两个谷底值,分别对应冲模力的两个峰值;增压活塞增压比的增大影响成形零件的壁厚分布,较大的增压比下拉深得到的零件壁厚也较大;当液池压力18MPa时,采用2.4倍的增压活塞,得到拉深比达2.86的铝合金2A12O杯形件。     

双层板渐进成形对成形件表面质量和壁厚均匀性的影响

为改善成形件的表面质量和壁厚均匀性,提出双层板渐进成形方法。以典型圆锥件为研究对象、5052铝合金板为目标板、304不锈钢板为辅助板,实验分析成形件的表面粗糙度和壁厚分布,探讨辅助板对成形件表面质量及壁厚均匀性的影响。结果表明:单层板和双层板渐进成形件表面质量差异明显,在目标板厚度≥0.6 mm的条件下,双层板渐进成形可获得表面质量更好的零件;辅助板厚度对成形件表面粗糙度也有影响,合适的辅助板厚度可改善成形件壁厚分布均匀性,增大最小厚度。     

斜凸缘锥形件充液拉深中预胀作用研究

采用有限元结合实验对斜凸缘铝合金锥形件充液拉深中预胀作用进行研究。研究结果表明:在斜凸缘锥形件的成形中,凸模底面和板料在预胀以及拉深初始阶段的接触不同步,是造成零件锥壁底部产生壁厚明显减薄痕迹的原因;预胀时凸模的位置对凸模圆角处零件壁厚分布有一定的影响,并且对低端锥壁圆角处的影响比对高端锥壁圆角的影响更为显著;凸模先下行一定位移,然后配合合适的预胀加载路线可以改善此处壁厚的减薄,减轻壁厚减薄留下的明显痕迹。     

激光冲击强化对304不锈钢疲劳寿命的影响

采用波长为1064nm、脉冲宽度约为10ns的激光束对304不锈钢进行双面冲击强化处理(LSP),利用三维形貌仪观察LSP试样的表面形貌,采用X射线应力仪测量试样表面的残余应力;采用伺服液压疲劳试验机对试样进行疲劳试验,以得到疲劳裂纹扩展速率曲线;采用扫描电子显微镜观察试样裂纹扩展不同阶段的断口形貌。结果表明:激光冲击强化处理可使试样表面产生最大变形量约为25μm的塑性变形,形成最大值为-218 MPa的残余压应力,并可使裂纹源向试样内部转移;激光冲击强化能显著降低冲击区域处的裂纹扩展速率。基于疲劳裂纹扩展速率曲线再次验证了激光冲击处理可显著提高304不锈钢的抗疲劳性能。