内压对镁合金差温内压成形起皱行为的影响

针对镁合金管材热态内压成形存在的壁厚不均、膨胀率小等问题,本文提出利用温度差控制变形的差温内压成形新方法,沿管材轴向建立了具有不同温度梯度的温度场,开展非均匀温度场作用下的镁合金管材塑性失稳起皱行为研究,研究了内压对镁合金差温内压成形起皱参数的影响规律。当恒定内压8MPa时,成形后形成均匀的三个皱纹;采用线性增加的内压补料,成形后仅形成均匀的两个皱纹。恒定内压下轴向补料有助于形成更均匀的多点起皱,变内压轴向补料会改变起皱临界条件,提高了成形区材料的稳定性,抑制后续皱纹的形成。     

镁合金管件热态内压成形研究进展

首先简介了热态内压成形国内外研究现状,然后重点介绍了哈尔滨工业大学在热态内压成形装置和镁合金热态内压成形方面的研究进展.所研制的热态内压成形装置可在一定温度下实现镁合金大膨胀率变径管、弯曲轴线变截面管的研制.采用AZ31B镁合金管材获得膨胀率30%,最大减薄率6.7%的变径管件;采用AZ61A镁合金管材试制了正方形截面件和某轿车样件,采用AZ31镁合金管材试制了截面带有小圆角的管件.介绍了上述样件的工艺过程,表明镁合金热态内压成形工艺具有广阔的应用前景.     

TC4深筒形件超塑预成形模具型面设计及变摩擦厚度控制

以正反向超塑成形厚度均匀的TC4钛合金深筒形件为背景(厚度精度要求1.6mm±0.2mm),设计了多种预成形模形状,采用MSC.MARC有限元模拟研究了不同形状的预成形模对深筒形件侧壁厚度分布的影响, 并分析了预成形模和终成形模的表面摩擦系数分别对成形件壁厚分布的影响,提出了模具型面变摩擦控制厚度分布的方法.结果表明:预成形模对压边部分环形带区域和筒形件底部区域的局部预减薄,对最终侧壁的厚度分布有非常大的改善.同时,合理地增大预成形模的表面摩擦能显著增加预成形的局部减薄作用,对于提高工件最终壁厚分布均匀性有利.减小终成形模的摩擦,可以使板料整体变形均匀化,壁厚分布趋于均匀.根据有限元分析结果,对模具表面进行处理,并通过正反向超塑成形实验制得TC4钛合金深筒形件,其厚度分布满足1.6mm±0.2mm.     

AZ31B镁合金管材热态内压成形性能的研究

为了研究变形镁合金AZ31B管材的热态内压成形性能,通过单向拉伸测试了不同温度和应变速率下其力学性能的变化,通过胀形实验研究了温度对内高压成形性能的影响,以及相应变形条件下微观组织的变化.实验结果表明:在20～300℃时,AZ31B的屈服强度和抗拉强度随着温度的升高而降低,总伸长率随着温度的升高而提高,均匀伸长率随着温度的升高先增大后减小;当应变速率在0.001～0.1s-1时,屈服强度和抗拉强度随应变速率的增大而升高,总伸长率随着应变速率的增大而减小,均匀伸长率随着应变速率的增大先增加后减小;当温度在20～250℃时,镁合金管材的极限胀形率随温度的升高先增大后减小,在175℃时达到最大值.微观组织观察表明,175℃下不完全动态再结晶和孪晶两种微观组织的出现是使镁合金管材极限胀形率提高的主要原因.     

薄壁环形零件滚压成形研究

选择对称带槽薄壁环形零件,采用紫铜板料,通过有限元模拟及成形试验分析了薄壁环形零件滚压成形的力学特征、主要成形缺陷及成形极限,给出了试件变形区的应力应变分布、试件宽度与槽部高度的变化及滚压成形缺陷的试验结果.研究结果表明:采用滚压成形方法加工薄壁环形零件是可行的,滚压成形是局部变形,变形区壁厚变薄;当厚宽比t/6≤0.044时试件与模具接触的槽底部金属起皱,t/b≥0.058时开裂;可以通过增大板料厚度和滚压系数mG提高槽部成形极限.     

超高强度钢板热冲压同步淬火阶段材料模型的构建与实验分析

实验材料为超高强度钢板BR1500HS,利用Gleeble-1500D热模拟实验机,对该材料在300~600℃温度区间内分别以0.03,0.3,0.6和1 s-1的应变速度进行高温拉伸变形实验,获得了该实验条件下流变应力的变化规律。结果表明,变形温度的降低和应变速率的增大都会使流变应力增大,但流变应力随变形量的增加达到峰值后逐渐趋于稳定。基于应力-应变数据构建BR1500HS同步淬火阶段Johson-Cook材料模型,依据此模型对热成形同步淬火阶段进行数值模拟,分析成形件及模具温度场的变化。在实验生产中,模具冷却系统使成形件在保压的同时温度迅速下降,实现其淬火过程,使材料发生马氏体相变,提高成形件的强度。为了实现超高强度钢的热成形同步淬火过程,采用同步冷却热成形系统,通过水流速度及保压时间,使零件马氏体分布均匀化。     

碳纤维复合材料板热弯曲试验研究

为解决传统复合材料件成形效率低、制造成本高等问题,提出一种采用加热模具对复合材料板直接进行热冲压的复合材料成形新方法。该方法使用局部加热模具将复合材料板中需发生变形的区域进行局部加热,并借助复合材料加热到一定温度下软化的特点,使其随模具的运动逐步成形,并在模具作用下固化。对复合材料板V形件的热弯曲成形进行了试验研究,分...     

喷射成形M4高速钢的高温热变形及组织演变

使用热模拟试验机在变形温度为950℃—1150℃,变形速率为0.01s-1—10s-1、总应变为0.7的条件下对喷射成形M4高速钢进行热压缩变形,建立了热变形本构方程并计算了热变形激活能。同时,对不同状态沉积态合金的组织进行了表征。结果表明,沉积态M4高速钢晶粒细小、均匀,无宏观偏析;热变形时表现出显著的动态再结晶特征,且变形温度和应变速率对合金流变应力影响显著;变形温度对碳化物的形貌和分布也有较大的影响。     

非对称管件内高压成形过程研究

为了改善两端不对称形状管件内高压成形后的壁厚均匀性,提高管件内高压成形极限,采用Dynaform有限元模拟软件并结合实验,研究了补料压力、轴向补料量对管件成形过程中起皱和破裂的影响.结果表明:当补料压力低于32 MPa时,失效形式为死皱;当补料压力高于42 MPa时,失效形式为破裂,适宜的补料压力区间为34~42 MPa;当左右补料量分别为42和22 mm,整形压力126 MPa时,可得到合格非对称瓶形管件,管件最大膨胀量为70.75%,壁厚最大减薄率为27.12%。通过控制管材在内压和轴向力的作用下发生合理的预成形,包括管材两端的合理补料量以及合理的起皱形状和数量,可在最终的内高压成形中实现更好的壁厚均匀性,提高成形极限。     

外压成形试验装置及成形特征研究

设计制造了管材外压成形试验装置,在该装置上实现了管材外侧的高压密封和内部芯模的拆装.采用碳钢管进行了薄壁空心花键件的外压成形试验研究,利用液体介质在管坯外部建立静水压力,使坯料横截面缩小并成形到置于其内部的芯模上,从而获得了空心花键形状的试验件.试验反映了外压成形压力较低、壁厚分布较均匀的特点,所获得的成形件内表面形状与芯模的外表面形状基本一致,同时,成形中不同键位管壁失稳的随机性,对成形件壁厚分布有一定影响.     

核主泵转子屏蔽套真空热胀形原理及技术

目的 为保证真空热胀形工艺对屏蔽套的成形精度,进而保证后续的套装质量,研究真空热胀形工艺的矫形能力及成形原理.方法 利用有限元软件MSC.Marc,建立了核主泵转子屏蔽套热胀形过程的二维轴对称热力耦合有限元模型,通过对焊接后屏蔽套测量得到模型中屏蔽套尺寸,通过此模型计算了屏蔽套在热胀形过程中的温度场、应力场、应变场及径向位移场,预测了屏蔽套胀形后的形状,分析了热胀形对屏蔽套的矫形原理,并对屏蔽套进行了真空热胀形实验,从而对有限元模型的可靠性进行验证.结果 计算结果表明,热胀形过程中,屏蔽套上发生了较大的塑性应变和蠕变应变,热胀形后,屏蔽套的内径在276.879～276.883 mm之间.实验结果表明,热胀形实验后屏蔽套的半径分布与有限元模型计算结果符合良好.结论 热胀形工艺通过使屏蔽套发生塑性变形和蠕变变形,实现了对屏蔽套尺寸及形状的精确控制,其中,塑性变形是热胀形工艺可以对屏蔽套上的形状缺陷进行治理的原因.     

厚壁管温热缩口与管壁增厚的数值模拟研究

目的主要研究厚壁管两端同时温、热锥形缩口工艺的特点,以及缩口过程不同工艺参数对壁厚增厚的影响。方法通过选择合理的材料模型与热力耦合等温度场模拟参数,建立了有限元模型,使用DEFORM体积成形软件对厚壁管两端同时温热缩口工艺进行了分析,探究了温、热缩口两种条件下应力应变分布特点。结果模拟实验获得了管材缩口系数、模具半锥角、t/d0值、摩擦因子、成形温度等工艺参数,在温、热两种条件下对壁厚增厚量的影响曲线。结论管材缩口过程具有典型的变形阶段:入锥弯曲阶段、反弯曲阶段和缩口稳定阶段;管材高温下缩口变形特点为周向、轴向的压缩变形和径向的增厚变形;厚壁管缩口的增厚变形量随着模具半锥角的增大和缩口系数的减小而增大,同时受摩擦因子、成形温度、管材壁厚的影响较大。研究结果为管材缩口壁厚增厚工艺提供了基础技术数据。     

钛合金管件高压气胀成形工艺研究进展

高压气胀成形是在内高压成形基础上发展起来的管件成形技术,采用气体介质加载,可在高温下成形钛合金构件。以Ti-3Al-2.5V钛合金管材为实验材料,开展了矩形截面构件和大截面差构件高压气胀成形工艺研究,提出了气压阶梯加载方法和气压与轴向位移匹配的加载方法。结果表明,利用Ti-3Al-2.5V钛合金在一定温度和应变速率范围的应变和应变速率双硬化机制,采用合理的加载路径,能够消除开裂缺陷,以较高的效率实现钛合金异形管件的成形制造,并且构件壁厚相对均匀,形状和组织性能均可得到有效控制。     

不同轧辊尺寸下40Cr/Q345双金属环件成形过程有限元分析

目的 研究不同轧辊尺寸对40Cr/Q345双金属复合环件热辗扩成形过程的影响规律,并分析环件在辗扩变形过程中内、外层区域的协调变形机理,使辗扩完成后的双金属环件整体变形和温度分布趋于均匀。方法 基于ABAQUS有限元模拟软件,使用动态显式算法,建立双金属环件径-轴向轧制三维热-力耦合有限元模型,采用直径为70、90、110、130、150、170 mm的芯辊尺寸和直径为400、500、600、700、800 mm的驱动辊尺寸,分别研究两个主要的成形辊尺寸对双金属环件热辗扩成形过程的影响。结果 在研究的轧辊尺寸范围内,随着芯辊直径的减小,双金属环件整体温度分布趋于均匀,其变形均匀性明显提高,其中,环件外层40Cr金属塑性变形明显降低,内层Q345金属塑性变形显著升高;随着驱动辊直径的增大,环件整体温度分布均匀性有所降低,变形均匀性略有提高。结论 在双金属环件热辗扩成形过程中,较小的芯辊尺寸能够提高环件整体的温度分布均匀性,并能有效提高内层Q345金属的塑性变形程度,使环件整体变形更加均匀。较大的驱动辊尺寸会略微降低环件的温度分布均匀性,并通过改变内、外层金属的塑性变形程度使环件整体变形趋于均匀。     

力-位移分控多点成形新工艺及其回弹控制机理

目的对比研究力-位移分控多点弯曲成形的受力和变形特点,揭示力-位移分控多点成形技术改善成形质量的机理。方法首先设计制造出采用力-位移分控多点成形原理成形的实验装置,并进行圆柱面的实际成形,比较不同成形模式下所获得成形制件的差异,然后采用理论分析和数值模拟等手段,分析对比不同成形模式的受力与变形条件,探讨不同成形模式下的变形特点与规律。结果从理论上给出了力-位移分控多点成形能有效减小回弹、消除"直边效应"的力学原理,指出了力-位移分控多点成形技术减小回弹的根本原因在于法向约束力的作用,且回弹减小量与法向约束力的大小成正比,并通过数值模拟,从应力和应变分布、支反力变化等方面予以了验证。结论力-位移分控多点成形从本质上改变了板材的受力和变形条件,能有效提升成形质量。     

热固性树脂基复合材料热隔膜成型过程数值仿真

为研究制件成型过程中的层间滑移情况及固化后的回弹变形,首先,利用自行开发的热隔膜成型装置制备了热固性树脂基复合材料C型制件。同时,针对热隔膜成型过程建立了三维数值仿真模型;该模型由3个复合材料固化过程子模型构成,包括热-化学模型、层间滑移模型和固化变形模型。然后,在此基础上将固化过程中复合材料性能的时变特性引入到仿真模型中,并将仿真结果与文献中的实验结果进行比较。最后,利用建立的仿真模型对热隔膜成型过程进行了数值模拟,并与实验进行比对,重点研究了成型过程中温度、固化度分布、层间滑移以及固化变形情况。所得结果证明所建立的数值模型对热隔膜成型过程的预测具有较高的可靠性及准确性,可以为后续热隔膜成型参数优化和模具修正提供参考。      

热渐进成形中加热方式及其测温方法的研究进展

渐进成形是一种先进的制造技术,可满足小批量产品高精高效的生产需求。在航天航空、电子及精密仪器领域中的部件通常具有轻质高强的特点,但在室温下整体延展性较差的材料(钛合金、镁合金、铝合金)很难通过传统的渐进成形方法来成形,使用热辅助方法就显得尤为重要。简要介绍了渐进成形技术的发展及成形原理,并综述了国内外研究学者在热渐进成形技术中使用的加热方法,将其分为两种类型:整体加热和局部加热,进一步对比分析了两种加热方式的优缺点,其中,电加热方式适用范围较广且加热温度较高,加之其设备结构简单,具有较大的应用前景。在此基础上,针对不同加热方式,综述了相应的成形装置及温度测控方式,测温方式分为接触式测温和非接触式测温。对比两种测量方法,接触式测温精度高且测温范围较大,但难以测量运动中物体的温度;非接触式测温通常用于测量运动中的物体和小范围内的温度,并且不会对被测物体的温度场造成影响,但其制造成本较高且测量精度相对较低。分析了各种成形装置及温度测控系统的适应工况,将温度控制在材料成形的最佳温度附近可以提高材料的成形性和成形精度。     

Numerical study on the deformation behaviors of the flexible die forming by using viscoplastic pressure-carrying medium

The flexible die forming (FDF) of sheet metal with the aid of viscoplastic pressure-carrying medium (VPCM) is one of the advanced forming technologies for forming complex sheet metal components with large plastic deformation. The technology has been used in industries by employing different VPCMs, the epistemological understanding of the deformation and process behaviors of this process, however, has not yet been fully addressed. In this paper, numerical study is conducted to look into the deformation behaviors of this process by explicit 3D-FE simulation under the ABAQUS platform, in which the counter pressure variations of VPCM is applied via user subroutine VDLOAD and the ductile fracture criterion is implemented by using VUMAT. Three case study parts, viz., barrel, conic and parabolic parts with large Limit Drawing Ratio (LDR) are studied. The comparison between the conventional deep drawing (CDD) and VPCM-based FDF is conducted in terms of wall-thickness reduction, hydrostatic pressure, principal stress distribution and damage factor. The uniqueness and the deformation behaviors of the VPCM-based FDF are then highlighted. The simulation results show that the higher VPCM pressure could result in the higher hydrostatic pressure throughout the process and further resist wall thinning and prevent fracture of the sheet metal. The formability is thus increased significantly.     

铝合金口盖近净成形关键技术研究

对铝合金口盖的等温成形过程进行了试验研究和有限元模拟,分析了不同加载方案对金属变形流动的影响规律.研究结果表明,局部加载等温精密模压工艺可以有效地控制金属的变形流动和提高金属充填模具型腔的能力,避免充不满、折迭和穿筋等缺陷,获得了成形质量良好的筋板类构件.