780 MPa 超高强钢扭力梁内高压成形研究

目的为了适应载荷和安装空间及轻量化的要求,轿车扭力梁正趋于设计成空心封闭变截面高强钢结构,但高强钢成形存在着回弹大、成形精度低等缺点。方法针对这一问题,采用数值模拟和实验的方法,开展了780 MPa超高强钢扭力梁内高压成形研究,重点研究了预制坯形状对扭力梁内高压成形的影响,并采用响应面模型,优化了预制坯,获得了最优的预制坯形状。在此基础上,研究了加载路径对扭力梁内高压成形过程的影响。结果当扭力梁预成形压下量为62.2 mm,下模引导角为29.2°时,得到了最优的预制坯形状。后续内高压成形过程中,支撑压力过小或补料量过大,在试件端部引起起皱缺陷;支撑压力过大或者补料量过小,补料主要集中于端部,对大膨胀量区域影响较小;当采用补料量为8%的加载路径时,可以有效改善壁厚的分布,避免起皱缺陷。结论合理的预制坯形状能够有效避免超高强钢扭力梁内高压成形过程中的飞边缺陷,而加载路径控制是扭力梁内高压成形过程中避免起皱缺陷和过度减薄,提高成形极限和零件成形精度的重要途径。     

管状变截面汽车扭力梁内高压成形工艺

目的 研究管状变截面汽车扭力梁内高压成形过程及其成形质量的关键影响因素。方法 采用数值模拟和试验相结合的方法,重点研究了预成形件形状、内压力通入时机和初始压力值对扭力梁内高压成形的影响。结果 预成形件宽度过大或上模圆角处管坯壁厚过薄,将造成后续内高压合模过程中出现咬边或整形阶段发生破裂等缺陷;在内高压成形合模过程中通入适当内压,可有效避免扭力梁件出现圆弧过渡面塌陷、上下模圆角过度减薄等缺陷。结论 当预成形模具V面下模引导角а介于60°~70°之间、T面下模引导角β介于65°~75°之间时,可以取得较理想的预成形效果;合模过程中即通入32 MPa内压,此时所得扭力梁实体件外观无明显缺陷,成形精度较高。     

内外齿形件旋压成形时圆角成形质量研究

目的研究离合器毂旋压成形时不同参数对过渡圆角处填充效果的影响规律。方法使用DEFORM-3D软件对内外齿旋压成形过程进行数值模拟,采用正交实验分析了预制坯壁厚、预制坯内径、芯模与预制坯之间的摩擦因数和旋轮与预制坯之间的摩擦因数对旋压成形时材料流动的影响,以轴截面的内齿过渡圆角饱和度Sr作为评定指标,获得最优工艺参数组合。结果 4个成形参数对材料流动的影响程度为:预制坯壁厚影响最大,其次是预制坯内径,摩擦因数对轴截面的内齿过渡圆角饱和度影响不明显。由正交试验结果获得最优工艺方案为:预制坯壁厚为2.4 mm,预制坯内径为153.2 mm,芯模与预制坯间的摩擦因数为0.06,旋轮与预制坯间的摩擦因数为0.06,可获得最好的圆角填充效果。结论通过改变预制坯壁厚和预制坯内径,可以有效提高旋压成形内外齿形件过渡圆角处的填充效果。     

镁合金典型构件等温成形数值模拟及优化

运用DEFORM-3D软件对镁合金箱盖的等温成形过程进行了有限元数值模拟分析。根据箱盖结构特点,初步设计3种形状的预制坯,依据数值模拟结果,优化得到最终预制坯,并分析了等温成形过程中箱盖的等效应力、等效应变、速度、载荷-行程曲线等。研究结果,Ⅲ型预制坯金属在各个部位的流动相对较均匀,流动自然平滑,无拉伤、折叠等缺陷发生。综合分析,得出Ⅲ号预制坯的成形效果最好。     

内接头锻件成形工艺分析与模具设计

提出了采用预成形和正反挤成形生产内接头新工艺,通过有限元模拟和分析确定了合理的预制坯形状和尺寸,设计了内接头预成形和正反挤成形模具。     

加载路径对扭力梁内高压成形壁厚分布和精度的影响

为研究加载路径(内压力和轴向补料的匹配关系)对扭力梁内高压成形的影响,通过数值模拟和试验研究的方法,研究了不同加载路径对局部截面壁厚分布和管件成形精度的影响规律.研究发现:当补料初始压力过低时,在端部区域起皱;当补料初始压力过高时,补料全部集中在端部区域;当补料量过小时,壁厚改善不明显;补料量过大时,端部区域起皱.研究结果表明:初始压力为30 MPa,补料量15 mm时为合理加载路径,此时内高压成形件壁厚减薄较小,成形精度较高.     

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。     

高强钢22MnB5扭力梁热成形热力耦合数值模拟

为了探究高强钢管22MnB5热气胀成形V型截面扭力梁的工艺,采用热力耦合数值模拟的方法研究了高温成形时扭力梁温度场、应力场、应变场、壁厚分布规律以及成形精度.研究发现:成形结束时,由于温度场分布的差异,各个区域材料流变性能不同,因此,最大主应力位于温度场较低区域,最大主应变位于温度场较高且膨胀量较大区域;随着试件初始温度的提高,成形后试件最低温度和最大减薄率均增大,成形精度提高;随着摩擦系数的增大,成形后试件最大减薄率增大.研究表明:当初始试件温度为850℃、摩擦系数为0.1、整形气压20 MPa时,成形后得到成形精度较高,最大减薄率为14%的试件,且成形后最低温度为499℃,高于马氏体开始转变温度.     

斜盘式汽车空调压缩机双头活塞成形坯料研究

目的 研究坯料形状对汽车空调压缩机双头活塞锻造成形质量的影响,以期提高材料利用率,获得成形质量良好的零件.方法 基于有限元数值模拟及物理试验,对不同坯料形状的成形结果进行对比研究,分析坯料形状对成形过程中金属流动行为和成形质量的影响.结果 模拟表明成形零件的A和B区域时,载荷缓慢上升,成形零件C区域时载荷急剧升高,圆柱成形载荷为230 t,异形坯成形载荷为180 t.异形坯向零件两端转移了更多的金属,使型腔A和B区域飞边槽内金属体积少于圆柱坯.物理试验表明异形坯成形结果良好.结论 通过合理减小坯料长度和宽度、增加坯料高度,使材料利用率提高了7.91％,成形载荷降低了21.7％.     

沙滩车差速轮的冷摆辗成形工艺

针对具有双螺旋齿面差速轮的形状特点,并结合冷摆辗成形工艺的特点,对冷摆辗成形工艺方案、预制坯的形状和尺寸、预制坯的成形工艺以及冷摆辗件的冷摆辗成形工艺等关键技术问题进行了研究;并对冷摆辗凹模芯的加工工艺作了介绍。试验结果表明,采用冷摆辗成形加工方法对差速轮的双螺旋齿形部分进行近净成形加工是高效而经济的。     

Buster Die Shape Design of a Track Link Forging Using FEMBased Back-Tracing Method

For the preform design of a complex track link forging, fifteen critical sections were selected for two dimensional back-tracing using FEM. The preform shapes of the critical sections are designed and integrated into an ideal 3D busting shape. The buster dies are finally designed according to the ideal busting shape with a little of modification. The 3D simulation of the busting stage is carried out.     

3D preform shape optimization in forging using reduced basis techniques

Three-dimensional preform shape optimization of complex forgings with a weighted summation of multiple basis shapes is presented in this article. Currently, 2D preform shape optimization is well developed; however, in cases in which the parts are neither axisymmetric nor plane strain, 2D assumptions do not hold well. The number of design variables required to define the 3D preform shape is high, making most iterative design methods impractical for shape optimization. The goal here is to make design optimization practical and efficient by developing reduced-order modeling techniques for 3D preform shape optimization. The preform shape is treated as a linear combination of various billet shapes, called basis shapes, with the weights for each basis shape used as design variables, thereby reducing the number of design variables. It is very difficult to obtain the necessary gradient information for 3D forging simulations, so a non-gradient method is used to build the surrogate model on which optimization is performed. The optimization problem is formulated to minimize strain variance while placing constraints on underfill. Representative problems are used to demonstrate the effectiveness of the approach.     

锻造过程中变形均匀性控制及模具优化设计

以直接设计预成形模具形状为目标 ,提出并建立了一种控制变形均匀性的灵敏度分析理论和模具形状优化设计方法 .以任意单元的等效应变与所有单元的平均等效应变的差值的平方和作为目标函数 ,B样条曲线表示模具形状 ,B样条曲线控制点坐标作为优化设计变量 ,优化设计的目标就是通过设计预成形模具形状使目标函数最小 ,即使整个工件的变形尽可能均匀 .给出了目标函数的表达形式 ,详细推导了目标函数、单元等效应变率和单元各应变率分量对优化设计变量的灵敏度 .并对圆柱体平面镦粗工艺进行预成形优化设计 ,给出了相应的优化设计结果 .     

加载路径对不锈钢球形件内高压成形过程影响

为了研究加载路径对不锈钢球形件内高压成形过程的影响,采用实验方法分析了加载路径对成形过程中缺陷形式的影响,获得了80%膨胀率成形管件的壁厚分布规律.结果表明:当初始内压与屈服强度比值小于0.21时,管坯形成两个皱纹,在整形阶段发生开裂;当初始内压与屈服强度比值大于0.25时,管坯在轴向进给阶段即发生开裂.在初始内压与屈服强度比值为0.21～0.25时,可以成形出合格管件,合格管件最大减薄点位于球形件的最大截面处,最大减薄率为24.5%.本文所成形不锈钢球形件内高压成形区间,合理初始内压与屈服强度比值范围为0.21～0.25.     

薄壁Y型三通管内高压成形起皱与开裂分析

本文针对薄壁Y型三通管在内高压成形过程中产生起皱、开裂缺陷的问题进行了相关研究.首先通过实验确定了Y型三通管在成形过程中产生典型缺陷的位置及类型;其次利用有限元方法分析了补料比对应力状态分区和典型点应力轨迹的影响;最后建立了加载路径的"内压-轴向补料"成形窗口.研究表明:补料比对应力状态有显著影响,通过调整补料比来改变应力状态,是避免起皱的有效措施.此外,本研究给出了不同实验结果在成形窗口中的对应位置,当加载路径超出成形区时,三通管件就会产生起皱或破裂的缺陷,甚至两种缺陷会依次发生.     

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.     

基于有限元灵敏度分析的预锻模具形状优化设计

在控制锻件几何形状的前提下 ,采用有限元灵敏度分析方法 ,对预锻模具形状进行优化设计 .针对下模速度为零时 ,速度灵敏度边界条件为零 ,其形状在优化迭代过程中得不到优化的情况 ,对速度灵敏度边界条件提出改进措施 ,使上下模具形状同时能够得到优化 .最后给出了优化设计实例 ,验证该方法的可靠性 .     

The effect of blank holder force on the stamp forming behavior of non-crimp fabric with a chain stitch

A blank holder force (BHF) is applied to a fabric preform in stamp forming operations to impose a tension onto it, which helps to reduce the occurrence of defects such as wrinkles. The current study aims to quantitatively investigate BHF’s effect on formed shapes by carrying out a stamp forming operation on non-crimp fabrics with various BHFs. A non-crimp fabric (NCF) with chain stitches was used as the fabric preform. The NCF exhibits asymmetrical shear behavior due to its stitches, which can be confirmed from a picture frame test. This asymmetrical shear behavior causes NCFs to be formed into asymmetrical shapes when stamped by a symmetrically spherical forming tool. The asymmetrical forming behavior was scrutinized using various BHFs and measuring the local change in fiber angle along the formed parts’ arc lines. It was observed that BHF lessens the formed shape’s asymmetry and influences the NCF’s in-plane buckling and wrinkling behavior. The BHF’s effect on wrinkling behavior was quantitatively characterized using an image processing method that can assess a fabric preform’s wrinkling level. Finally, using these experiments and simulations, we discuss the feasibility of finding the optimized forming condition that can process the NCF preform into complex shapes with few or no wrinkles.