差厚拼焊管胀形减薄率不均匀性分析

结合有限元数值模拟和试验,研究差厚拼焊管胀形减薄率分布规律,并从应变状态和应变历史角度分析减薄率不均匀性产生的原因,进而研究厚度比、长度比及硬化指数n对减薄率分布的影响。结果表明差厚拼焊管胀形时薄、厚管不同部位始终处于不同的轴向应变状态,导致在发生相同的环向应变时,厚向应变分布不均。厚管愈靠近焊缝区域减薄率愈小,薄管愈靠近焊缝减薄率愈大。厚度比和硬化指数n对壁厚分布影响明显,厚度比越大、n值越低,胀形后薄、厚管的壁厚差越大;但厚度比影响主要集中在焊缝附近,n值影响整个胀形区的壁厚分布。     

条件参数对拉伸翻管成形力的影响规律

拉伸翻管精密成形易于实现双层管零件精确、高效、灵活的制造而具有广阔的应用前景,然而拉伸翻管精密成形过程的成功实施受到变形区失稳破裂的制约,而成形力与其密切相关。因此,采用有限元数值模拟对拉伸翻管精密成形过程中成形条件参数对成形力的影响规律进行了研究,结果表明,当芯棒圆角半径大于某一值时,在整个成形过程中管坯形状基本保持不变,从而较好地实现了精确成形;对于给定的芯棒圆角半径与管坯外径之比r/d0或管坯壁厚与外径之比δ0/d0,r/δ0对成形力影响很大。并且存在着一个临界参数k,当r/δ0k时,F随着r/δ0值的增大而增大;硬化指数对成形力影响较大,硬化指数越小成形力越大,摩擦因数对成形力的影响则相对较小,而接触面良好的润滑有助于改善成形件的表面质量。     

静压支撑单点渐进成形厚向应变分布研究

采用单点渐进成形技术单道次成形复杂形状的薄壁零件时，厚度分布不均匀及过度减薄易于引起板材的断裂和成形失效。将静压支撑引入单点渐进成形中，形成一种静压支撑单点渐进成形工艺；通过促进材料流动和厚向应变分布来提高板材厚度分布的均匀性。选用初始厚度为1 mm的1060铝板，以静压支撑单点渐进成形的圆锥台件为研究对象，通过数值模拟和实验研究分析了静压参数对厚向应变分布和材料流动规律的影响。结果表明：0～0.18 MPa的静压支撑有利于过渡变形区Ⅱ的快速成形，有利于主变形区Ⅲ的厚向应变分布；在有利压力范围内，静压压力越大，由Ⅱ区流向Ⅲ区的材料越多，厚向应变分布越均匀，制件成形性能越好。     

材料参数对汽车覆盖件冲压成形性能影响的数值模拟

使用基于动力显示算法的板料成形非线性有限元分析软件eta/DYANFORM对一个典型的汽车覆盖件零件冲压成形过程进行了数值模拟,从大量的计算结果中,研究三个重要的材料力学性能参数即屈服强度σs、应变强化指数n和厚向异性系数r对最终零件冲压成形性能的影响。在分析软件的后处理器中观察板料的厚度变化、总拉深力、板料的最大变形位移和沿冲压方向的最大应力,并作出了相应的曲线,最后根据所作曲线的变化得到了材料性能参数影响板料冲压成形性能的有关结论。     

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。     

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。     

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。     

板料性能参数对覆盖件面畸变影响的研究

随着汽车覆盖件高强度钢板的逐渐采用,材料性能引起的面畸变问题日益突出。以矩形柱面扁壳为模型,试验研究了拉深件的面畸变,通过有限元模拟与试验结果对比,证明用数值模拟方法研究面畸变问题是可靠的,并进一步分析了材料性能对面畸变的影响规律,结果表明:屈服强度越小,硬化指数越大;厚向异性指数越大,硬化强度越小,面畸变越小。     

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。     

基于等效模型矿用车零件加工性能优化分析

利用网格应变测量系统,对典型深拉延类零件车门内板成形破裂风险区域的应变状态进行分析;基于AutoForm建立车门内板拉延工序模型,分析不同应变破裂极限类型下,材料的主要性能参数与零件成形安全裕度的关系;根据性能参数与安全域度的对应关系,基于Matlab建立不同屈服强度下性能参数的双响应面选材模型;利用危险点应变状态及应变大小相同,则其经历的极限变形能力相同的原理,提出简单有效地等效选材模型;结合实际车门内板冲压开裂及材料性能优化,对选材模型进行验证。结果可知：车门内板成形破裂风险区域应变属于平面应变;厚向异性指数r值对平面应变类成形安全域度影响要大于硬化指数n值,危险点属于平面应变的应着重考虑提高r值;通过优化材料性能,车门内板原开裂区域减薄率小于23%,安全裕度高于10%,解决了车门内板开裂的问题;实际冲压结果表明等效模型的可靠性。     

工艺参数对汽车副车架内高压成形质量的影响

采用有限元分析软件Dynaform,对某汽车副车架的内高压成形工艺进行数值模拟。研究不同初始管坯尺寸和内压加载路径对壁厚分布和零件成形质量的影响。分析结果表明,合理的初始管坯尺寸和内压加载路径能够改善零件壁厚分布的不均匀性,提高材料的成形极限和产品质量。该分析结果为内高压成形工艺的制定提供依据。     

铝合金AA6082(T5)挤压型材基本力学性能试验和成形极限图的建立

对铝合金6082(T5)矩形中空截面挤压型材的基本力学性能进行了实验研究，获得了真实应力应变关系曲线和厚向异性指数rc、r45和r90。采用带缺口的单拉试样，建立了铝合金挤压型材拉弯成形极限图，为拉弯成形破裂现象的研究提供了有效判据。     

激光焊管内高压成形焊缝有限元建模方式

为明晰焊管内高压成形焊缝的合理有限元建模方式,针对激光焊接接头的材料性能分布特点提出三种焊缝建模方式,分别为完整焊缝模型、粗略焊缝模型和无焊缝模型。通过与试验结果对比,从壁厚分布和几何形状两方面,分析不同焊缝简化方式对送料区、过渡区和胀形区模拟精度的影响情况。指出焊缝对模拟精度有影响,受影响区域不超过3倍焊缝宽度。只有建立焊缝模型才能模拟出靠近焊缝部位壁厚过渡减薄的变形特征,但建立完整焊缝模型和建立粗略焊缝模型的模拟精度相差不大,最大误差均小于6.5%。在综合考虑误差大小和典型变形特征模拟准确性后,给出适合激光焊管内高压成形的焊缝有限元建模方式。     

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。     

多道次双点渐进成形数值模拟与实验研究

针对多道次双点渐进成形中材料变形规律问题,建立了典型圆锥台件双点渐进成形有限元模型,采用螺旋轨迹对其多道次成形规律进行了数值模拟,对模拟结果中节点坐标和位移、单元应变和壁厚数据进行了提取,分析了成形过程中节点流动、单元应变及壁厚分布规律,并通过在实验板料表面印制圆形网格和制作标记点进行了多道次双点渐进成形实验,对成形零件网格变化、标记点径向移动和零件壁厚进行了测量分析,验证了模拟结果的正确性。研究结果表明,多道次双点渐进成形中材料产生明显的径向流动,且随着成形道次增多而增大,同时,成形道次越多零件壁厚均匀性越好;另外,采用变间隔角度设计方法,可改善多道次双点渐进成形零件壁厚分布均匀性,且随着成形道次增多作用越明显。     

复杂形状的中厚板件拉深成形动力显示有限元分析

将厚向异性屈服函数、单元级双面接触算法的能够反映强烈弯曲效应的M ind lin曲壳单元模型引入动力显式中心差分格式的有限元算法,并组入自主开发的板成形CAE商品化软件KMAS系统中,建立对复杂形状的中厚板件拉深成形有限元模拟分析算法;在此基础上,以轿车摇臂厚板金件为例分析了材料厚向异性参数r值、凹模圆角以及压边力大小对此类成形件成形性的影响。通过数值模拟与实际拉深成形实验的对比,验证了本文方法的有效性;同时,结合实验研究了此类单元对工具弯曲圆角大小的适应性。     

受内压的超塑性薄壁圆筒的理论断裂时间分析

超塑性材料具有伸长率非常高,可以成形复杂构件等优点,已得到广泛应用。研究超塑性材料薄壁圆筒受内压的应力和应变率,导出壁厚变化和理论断裂时间计算公式,讨论不同材料壁厚和理论断裂时间的变化规律。计算结果表明:(1)圆筒越薄,理论断裂时间越小,越容易断裂。(2)应变速率敏感性指数m值与成形时间关系很大,m值增大使尺寸不同的材料的成形时间之间的差别趋于减小。(3)压力越大,理论断裂时间越小。当压力增大时,不同m值的理论断裂时间之间的差别趋于减小。(4)成形开始时,壁厚变化速度较慢;当成形时间接近理论断裂时间时,壁厚变化速度急剧增大。     

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。     

无缝管与有缝管液压成形性比较

通过对无缝管和有缝管在不同内压下自然液压胀形过程的有限元数值模拟,分析比较了管材胀形后的轮廓形状分布、壁厚分布和最大成形高度,探讨了焊缝材料性能对上述三个成形参数的影响,结果表明:无缝管胀形后轮廓形状对称,而有缝管胀形后轮廓形状不对称,并且这种不对称性随着内压增大而加剧;无缝管胀形后壁厚沿环向分布均匀,而有缝管胀形后,距焊缝对称中心0~15°之间的壁厚沿环向分布不均匀,距焊缝对称中心15°~180°之间的壁厚基本上呈均匀分布,且壁厚值和同种材料的无缝管在相同条件下胀形的壁厚值接近;焊缝材料强度比基体材料强度高,则极限成形高度大。     

铝合金单点增量成形轴向成形力实验与仿真

开展十字锥台零件单点增量成形实验,并测量了成形过程中的轴向成形力,研究轴向成形力变化规律。其次应用Abaqus有限元分析软件,分别选择不同的硬化准则和网格模型对零件外侧壁的成形进行仿真,结果显示,使用voce硬化准则和实体网格的局部有限元模型能够更准确的预测轴向成形力,在成形进入稳定后,仿真得到的轴向成形力与实验值的误差约为12.3%。基于此仿真模型研究了不同工具头半径,层间距和板厚对轴向成形力的影响,通过3参数3因素正交分析表明,板厚因素对成形力对轴向成形力影响最大。为了预测加工不同厚度板料时的轴向成形力,拟合得到板厚与轴向力的指数关系,具有较高的预测精度。