粘性介质压力成形技术(VPF)研究——王仲仁教授指导的学术新方向

粘性介质压力成形技术(VPF),是20世纪90年代出现的板材软模成形新技术。介绍了粘性介质压力成形技术的基本原理,分析了粘性介质压力成形技术的特点,采用有限元方法数值模拟分析了粘性介质性质对板材变形的影响规律;给出了高强度镍基高温合金小半径曲面波纹形超薄壁厚构件、低塑性铝合金阶梯形构件、轴对称曲面件粘性介质局部内压扩径、外压缩径等粘性介质压力成形实例和分析。     

用于粘性介质压力成形的介质性能的研究

粘性压力成形（VPF）采用一种半固态、可流动并具有高粘度的材料作为成形传力介质,粘性介质的性能对板材变形有很大影响,本文根据粘介质压力成形的要求,选择了3种不同分子量的粘介质材料,并讨论了它们的基本性能.采用剪切流变方法对3种粘性介质的流变性能进行了分析,获得了3种介质的转速-扭矩关系曲线,从而得出粘性介质应力应变随时间的变化规律.自行设计并制造了粘性介质的挤压实验装置,通过3种不同分子量的粘性介质的挤压实验,分析了挤压力随挤压速度及挤压比的变化规律.实验结果表明,随着挤压速度和挤压比的增大粘性介质挤压力增大,粘性介质有较强的速率敏感性.     

铝合金圆锥形零件粘性介质温成形研究

采用热力耦合有限元数值模拟方法对铝合金圆锥形零件粘性介质温成形过程进行了模拟分析,研究了成形过程粘性介质和板材的温度分布、不同温度条件下成形零件壁厚分布、成形载荷等.结果表明,圆锥形零件的底部圆角区域为成形危险区域.非等温粘性介质温成形过程中,在粘性介质内部形成的非均匀温度场影响了板材的温度分布.当粘性介质温度略低于板材温度时,坯料中心区域温度较低,有利于延迟底部圆角成形时的破裂,提高了零件壁厚的均匀性.分别进行了室温和加热时铝合金圆锥形零件粘性介质压力成形试验,试验结果与数值模拟具有相同的规律.     

在反向压力粘性介质胀形铝、钛合金板实验研究

粘性介质压力成形是一种新发展起来的板金软模成形工艺，其对板料成形性能的影响可以通过胀形实验来检测和评价。文中采用一种具有应变速率敏感性的半固态粘性物质作为传力介质，采用胀形实验研究了在有、无施加反向压力的情况下，铝和钛合金板料的成形形状特征与应变分布，结果表明，粘性介质压力成形，尤其是存在反向压力时可提高板料的成形性能。     

半球形件粘性介质压力成形的数值模拟研究

粘性压力成形技术是金属板材成形领域里新近出现的一种先进的加工工艺。对双面施放粘性介质的板材胀形进行了模拟研究，在双面施放介质的板材粘性介质胀形时，排放孔位置分布对毛坯成形过程有明显的影响。排放孔位置分布的不同造成模腔内介质的速度场不同，进而导致板材不同部位的流动速度的方向大小发生变化，最终使成形件的厚度分布不同。     

粘性介质压力成形研究进展(下)

粘性介质压力成形(Viscous Pressure Forming，VPF)工艺非常适合于采用难变形材料的多品种、小批量零件的生产。当前的研究主要集中在成形过程中粘性介质粘度对板料成形的影响；介质排放口以及反向压力等工艺参数对成形性的影响。通过实验研究并结合数值模拟的方法对工艺进行优化，对于缩短板料件新材料应用研制周期、提高复杂形状板料件性能、控制板料成形件的厚度减薄具有重要意义。     

固体颗粒介质的传压性能实验研究

介绍了固体颗粒介质成形新工艺。测试分析了钢球作为固体颗粒传压介质的压力分布及压头锥角对压力分布的影响规律。实验实测表明,钢球作为固体颗粒介质其传压性能稳定;钢球承压能力强,可反复使用。在成形过程中,可以通过调节压力分布对材料的流动进行有效控制,使管材在最有利的受力条件下成形,提高管坯成形极限和成形性能。     

Sn-Bi合金介质压力成形下轻质铝板的成形性

提出了Sn-Bi合金介质压力成形方法，利用Sn-Bi合金介质的热敏感特性，通过温度控制其流变行为，可以改变板材压边区的流动状态，同时可实现板材的无压边成形。采用欧拉-拉格朗日自适应网格建立了有限元模型，分析了Sn-Bi合金介质的厚度对成形板材在成形过程的应力、应变和板材厚度分布的影响。揭示了Sn-Bi合金介质压力成形下抑制起皱、破裂的机理。数值模拟结果与试验结果一致，Sn-Bi合金介质压力成形可改善板材成形应力分布，提升板材成形材料流动均匀性，抑制板材失效，为板材的无余量防皱成形方法提供了理论依据。     

铝合金覆层板胀形过程及成形性能（英文）

基于幂硬化材料模型,分析覆板材料强度系数K、加工硬化指数n及厚度t对成形板材胀形性能的影响,并以铝合金LF21为研究对象,选择不同厚度及性能的覆板进行了粘性介质压力胀形实验,从覆板材料性能及厚度等方面对板材胀形试件几何形状、壁厚分布规律及极限胀形高度等方面验证了分析结果的准确性。研究结果表明:覆板成形时,选择强度系数K较高、加工硬化指数n值较大及适当厚度的覆板有助于板材成形性能的提高。     

粘性压力成形专用设备的研制

粘性压力成形 (Viscous Pressure Forming)是新近出现的一种先进的板材加工工艺。本文根据粘性成形的特点研制出一台结构新颖、操作简单、控制精确的粘性压力成形专用液压机。该液压机采用可编程控制器 (PC)对液压系统进行控制 ,实现执行部件的精确定时、定位 :采用电磁比例溢流阀精确控制介质出口的阻尼压力 ,而且通过单片机作为可编程控制器 (PC)的模入单元 ,可设定控制缸背压曲线 ,实现对模腔不等静压的控制。     

金属板材数控渐进成形技术及加工轨迹坐标对位研究

金属板材数控渐进成形技术，是一种通过三轴数控成形机对金属板材进行逐层辗压而成形工件的柔性加工技术。本文探讨了金属板材数控渐进成形技术的过程、原理，同时，为了有效地排除成形过程中坐标对位对零件上出现的拉裂、材料堆积、材料硬化等现象的影响，本文提出了一种基于机器视觉的非接触式加工轨迹坐标对位方法，完成了金属板料数字化渐进成形中支撑模型的非接触式高精度快速定位。     

The non-hydrostatic response of polymer melts as a pressure medium in sheet metal forming

The polymer injection forming process is a recent invention for producing plastic?Cmetal hybrids. It is a combination of injection molding and sheet metal hydroforming process in which polymer melt serves as a pressure medium. This paper presents the experimental investigations on the non-Newtonian nature of thermoplastic melt as pressure medium. The objective of this work is to identify the presence of non-hydrostatic pressure distribution within the cavity and its influence on the final shape of the formed sheet metal component. Experiments are conducted with center-gated injection mold under varying processing conditions. The development of localized cavity pressure during the process is recorded and evaluated against the final shape of formed sheet metal. It has been observed that higher injection rate, higher injection temperature, and higher melt flow index of the processed polymer is necessary for the uniform pressure distribution and subsequently uniform forming of the sheet metal.     

多点位控制压边数值模拟研究

板料冲压成形的主要缺陷是起皱和撕裂 ,当模具的几何形状确定后 ,压边力是关键的成形控制参数 ,它不仅是凸模行程或时间的函数 ,还应随压边位置的不同而变化。确定拉深过程中板料各部位所需压边力的变化规律 ,可实现压边力的优化控制 ,对复杂拉深件如汽车覆盖件的成形尤为有利。该文以非轴对称抛物面车灯反光罩为例 ,采用DYNAFORM软件对其成形过程进行了数值模拟 ,比较了均布控制压边力和多点位控制压边力对成形的影响     

模型姿态按给定成形方向定向定位方法

在金属板材数控渐进成形中模型姿态决定着成形半锥角,因而对成形件的厚度减薄率和分布具有较大的影响。为了按照能使板材件厚度均匀化的最佳方向或防止某一局部区域板材减薄量过大的方向成形,需要将待成形件CAD模型通过模型变换的方法,按照所希望的成形方向重新定向和定位。提出待成形件CAD模型的三维变换算法和定位算法,使用户能够根据自己所希望的方向进行成形加工。     

液体介质传热渐进温成形研究

由于液体介质的存在,在以导热油直接作为传热介质加热板料实现板料温热渐进成形中,成形初始的预胀以及成形过程中存在的背压是区别于其他渐进成形方法的显著特征。在数控渐进机床上,首先以2A12铝合金板料对成形过程中液体压力产生的板料预胀和过程背压的影响进行了研究,然后采用SUS304不锈钢板料对成形过程中的导热油温度影响进行了研究。研究结果表明：液体介质较小的压力产生的预胀和背压对成形过程没有显著影响,成形过程中为了保证导热油和板料充分接触,导热油可以保持一定的系统压力;采用液体介质直接作为传热介质加热板料进行板料温渐进成形是可行的;温度对SUS304不锈钢板渐进成形性能影响显著。     

Shear Band Formation During Sheet Forming

Shear bands grow across the dimensions of deforming sheet during some sheet forming and most metal separation operations. Their formation accelerates failute and determines its location in the sheet. Examined is shear band development during plane strain extension using both experimental observations and geometric models. Many factors are reviewed which combined to create the specific conditions required for shear band formation.     

基于试验和有限元方法的橡皮囊液压成形回弹规律

橡皮囊液压成形中常见的缺陷包括破裂、起皱和回弹等成形缺陷,其中回弹缺陷直接影响钣金件的尺寸精度。文章针对带下陷直弯边和凸弯边钣金件进行橡皮囊液压成形试验。结果表明,随着压力的增加,回弹值减小;弯曲线取向为90°的回弹值,大于弯曲线取向为0°的回弹值;弯曲成形性能与轧制方向的选取有关。有限元模拟结果与试验结果进行对比分析表明,模拟所得回弹值与试验结果相比偏小。     

Research on sheet-metal flexible-die forming using a magnetorheological fluid

Related studies showed that viscosity has a great effect on the formability of sheet metal in viscous pressure forming. However, the viscosity of viscous medium keeps constant in VPF. In this paper, a new flexible-die forming method for sheet metal using magnetorheological (MR) fluids, magnetorheological pressure forming (MRPF), is proposed, which enables the viscosity of flexible-die medium adjustable by changing the magnetic fields during the forming process. Squeezing tests of MR fluid show that its rheological behavior can be changed greatly under different magnetic fields. Magnetorheological pressure bulging tests of Al1060 sheet are conducted on the self-designed experimental apparatus. Experimental results show that MR fluids can be used effectively as a flexible-die medium to form the parts and its rheological behavior can be adjusted during bulging process. Variation of MR fluid's rheological behavior can lead to different forming pressure load paths and have an effect on sheet metal formability. For the same piston stroke of 8.0 mm, when the magnetic flux density is 0.180 T and 0.318 T, average dome height of bulging specimen is 8.71 mm and 10.61 mm, respectively. The value increases significantly by 21.8%. At the same time, the maximum thickness strain increases from −9.2% to −23.0%.