DP800高强钢筒形件流动旋压成形过程及旋压力分析

基于ABAQUS/Explicit平台,建立了双旋轮筒形件流动旋压成形有限元数值模拟模型,分析了DP800高强钢筒形件流动旋压成形过程的应力应变分布规律,并研究了旋轮成形角、旋轮圆角半径、旋轮进给比和壁厚减薄率4个关键工艺参数对DP800钢筒形件流动旋压力的影响。结果表明:等效应力和等效应变的最大值出现在旋轮与坯料接触区,已成形区域的应力均匀;工件外表面的等效应变均大于工件内表面等效应变,并沿着厚度方向逐渐减小;各旋压分力大小顺序为:径向旋压力轴向旋压力切向旋压力;随着圆角半径、旋轮进给比、壁厚减薄率的增大,各向旋压分力和总旋压力都呈增大趋势;随着成形角的增大,轴向旋压力和切向旋压力呈增大趋势,但径向旋压力和总旋压力呈先减小后增大趋势。     

纵向内筋薄壁筒反向滚珠旋压有限元分析

反向滚珠旋压应用于成形带有纵向内筋的薄壁筒形件。以刚塑性有限元法为基础,应用商业有限元软件DE-FORM-3D V6.0分析了纵向内筋薄壁筒形件反向滚珠旋压成形金属塑性变形区的应力状态,研究了金属塑性变形时的流动规律。有限元模拟结果表明,纵向内筋薄壁筒形件反向滚珠旋压过程中,变形区金属处于三向压应力状态,而且沿着旋压件壁厚方向,从内向外等效应力值和等效应变值逐渐增加。     

细长薄壁筒形件错距旋压成形工艺研究

薄壁筒形件变形量大,壁厚公差要求高,加工过程中容易出现壁厚超差、振纹、开裂、脱模困难等问题,为提高生产效率,通常采取错距旋压方式成形。通过对6061铝合金细长薄壁筒形件错距旋压工艺分析及旋压成形试验,分析了旋轮进给比、壁厚减薄率、旋轮轴向和径向错距量、旋压道次、预先热处理工艺规范等对旋压过程和产品质量的影响,为细长薄壁筒形件研究出了一套切实可行的错距强旋成形方案和合理的工艺参数。     

GH4169高温合金锥形机匣冷旋成形规律

针对高温合金因室温加工硬化现象严重而导致旋压成形时易产生的破裂、表面波纹等缺陷,以锥形机匣构件为研究对象,探究其冷旋成形规律。基于Simufact平台建立了有限元模型,采用模拟与实验相结合的研究方法,模拟分析了多道次旋压过程中机匣构件等效应力和等效塑性应变的变化规律、壁厚的分布特征及工艺参数(道次间距p、旋轮进给比f、芯模转速n)对旋压件壁厚的影响,揭示了其成形规律。结果表明：工件顶部平板区Ⅰ区的等效应力、等效塑性应变沿径向突变,且边缘在中后期出现一定的应力集中和变形;斜壁区V区的等效应力、等效塑性应变沿轴向分层分布,沿周向分布均匀,且随着旋轮的进给和道次的增加而逐渐增大,最大值均位于工件端部Ⅳ区。斜壁区V区的壁厚总体呈先减小后增大的趋势,中部过度减薄,工件端部Ⅳ区壁厚达到最大值;壁厚均匀性随旋轮进给比和道次间距的增大呈上升趋势,芯模转速对壁厚影响不显著。实验结果与模拟分析一致,验证了模拟研究的可靠性。     

带纵向外筋薄壁筒形件复合流动成形数值模拟与工艺优化

采用传统的切削、挤压方法加工外表面带纵向外筋薄壁筒形件,存在着材料利用率较低、成本较高的问题,因此,提出了一种新的复合流动成形工艺。利用有限元分析软件,研究了预成形压下量、道次减薄量分配比以及滚珠直径等工艺参数对外筋成形效果的影响规律。研究发现:预成形压下量越大,外筋填充效果越好;不同阶段中,滚珠直径对外筋填充效果影响不同;采用两道次成形时,可以显著降低成形过程中的轴向旋压力。以外筋填充率和旋压力作为优化指标,通过正交试验,获得外表面带纵向外筋薄壁筒形件复合流动成形的最佳工艺方案,选取最佳工艺方案,通过试验验证了复合流动成形工艺的可行性,为此类构件的高效、低耗生产提供了理论设计依据。     

强力旋压参数及退火温度对筒形件硬度的影响

为了提高强力旋压连杆衬套的产品质量、使用寿命及可靠性,减少由于机械磨损而产生连杆衬套失效问题,针对不同工艺参数条件下的旋后筒形件硬度,采用单因素试验方法进行分析,研究了减薄率、进给比、旋轮1减薄量及退火温度对旋后筒形件硬度的影响。结果表明:随着减薄率、进给比、旋轮1减薄量的增大,筒形件内外层表面硬度随之增大,但随着退火温度的升高其硬度呈逐渐降低趋势;筒形件轴向表面硬度由底部向口部逐渐增大,径向表面硬度从外向内逐渐递减。     

薄壁叉形环轴向辗压成形塑性变形规律

研究了薄壁叉形环轴向辗压成形过程中等效应力、等效应变等变形场量与成形载荷的分布与演变规律。基于Deform-3D软件平台建立了薄壁叉形环轴向辗压成形的有限元仿真模型,提取了成形过程中的等效应力、等效应变等变形场量与成形载荷数据。结果表明,在薄壁叉形环轴向辗压成形过程中,随着变形量的增加,等效应力值与等效应变值逐渐增加,上筋与侧筋的等效应力值明显比下筋大,变形程度更高,锥模主要承受z向载荷,且随着变形量的增加逐渐增大,最大值为134 kN。通过揭示薄壁叉形环轴向辗压成形过程中的塑性变形规律,为实现薄壁叉形环轴向辗压成形提供了理论依据。     

双辊夹持板料旋压成形过程塑性变形行为的研究

双辊夹持式板料旋压成形是用来加工薄壁回转体法兰零件的新工艺。为了研究其旋压成形过程中的塑性变形行为,利用ABAQUS软件建立了双辊夹持旋压成形过程的三维有限元模型,并进行了薄壁回转体法兰零件的旋压成形过程的数值模拟,获得了成形过程中等效应力、应变及壁厚的分布。研究了翻边长度对成形件应力应变及壁厚减薄率的影响规律。结果表明等效应力、应变及最大壁厚减薄率均随着翻边长度的增大而增大,由此根据不同的毛坯材料可以确定相应的最大翻边长度。     

工艺参数对高强钢管单道次缩径旋压成形质量的影响

基于ABAQUS/Explicit平台建立了高强钢管形件双旋轮无芯模缩径旋压成形有限元模型,对其单道次缩径旋压成形过程进行了数值模拟,获得了旋压成形的应力、应变分布规律及工艺参数对成形质量的影响规律,并通过试验验证了数值模拟的可靠性。结果表明:最大残余应力出现在直壁段和开口端外表面,最大等效应变出现在锥形缩口与直壁过渡部分、直壁段和开口端外表面,应力、应变集中区在旋压过程中容易产生过度减薄;随着压下量Δ的增加,壁厚最大减薄量增加、圆柱度增大,在Δ=3 mm时圆度最小;随着进给比f的增加,壁厚最大减薄量减小、圆柱度减小,但平均外径与理想值偏差较大,f=1.0 mm·r-1时综合成形质量较好;随着旋轮圆角半径rρ增加,壁厚最大减薄量减小、圆柱度减小,但在rρ=10 mm时沿轴向截面圆度最小。     

筒形件强力旋压工艺参数对回弹量的影响

强力旋压成形中回弹严重影响筒形件的精度。本文采用单因素试验的方法,研究了减薄率、进给比、旋轮压下量对旋后筒形件的回弹量影响,获得了其影响规律及筒形件轴向回弹量的分布规律。结果表明:随着减薄率的增大,回弹量增大;随着进给比的增大,回弹量先减小后增大;随着旋轮压下量的增大,回弹量减小。     

Effects of backward path parameters on formability in conventional spinning of aluminum hemispherical parts

During multi-pass conventional spinning, roller paths combined with the forward and the backward pass are usually used to improve the material formability. In order to understand the backward spinning process properly, the backward roller paths of hemispherical parts with aluminum alloy 2024-O are analyzed. Finite element model with parameterized conventional spinning roller paths, which are based on quadratic Bezier curves, is developed to explore the evolution of the stress, strain and thinning during the backward processes. Analysis of the simulation results reveals stress and strain features of backward pass spinning. According to the findings, the application of the backward pass can obviously improve the uniformity of wall thickness. Furthermore, references of the parameters in future backward path design are provided.     

薄壁不锈钢管滚珠旋压成形工艺研究

介绍了薄壁不锈钢管滚珠旋压成形试验过程,通过确定合理的工艺过程,选择最佳工艺参数,从而旋制出合格产品.结果表明,1Cr18Ni9Ti不锈钢旋压性能良好,有效控制旋压过程的壁厚减薄率和进给比是滚珠旋压成形和获取高精度薄壁钢管的关键.对于1Cr18Ni9Ti不锈钢管件,选取壁厚减薄率在30%～40%之间,进给比0.1～0.3时,所得管件尺寸精度最高.     

Ni-Cr-W-Mo合金曲母线异型件多道次热旋成形数值模拟

针对热旋成形过程中起旋断裂以及边缘开裂等零件质量问题,基于ABAQUS/Explicit平台建立了Ni-Cr-W-Mo高温合金曲母线异型件多道次热旋弹塑性有限元模型,研究了多道次热变形过程中的应力、应变规律以及缺陷形成机制,探讨了工艺参数对第2道次热旋成形过程的影响规律,最后通过实验验证了模型的可靠性。结果表明:在第1道次热旋过程中,由于应力差的存在,很容易使板材内外表面产生不均匀变形,甚至拉裂;在第2道次成形过程起始阶段(2~5 s内),等效应变增大过快,易出现材料堆积及起皱现象;此外,当旋轮圆角半径(R=10 mm)及旋轮进给比(f=1.0 mm·r~(-1))过大时,均会导致旋压件产生褶皱现象。     

Deformation Characterization of Friction-Stir-Welded Tubes by Hydraulic Bulge Testing

In this article, the large-diameter thin-walled aluminum alloy tubes were produced using a hybrid process combining friction-stir welding (FSW) and spinning. For this novel process, rolled aluminum alloy sheets with a thickness about 2–3 times the wall thickness of target tube, were FSW to form cylinders, and then the cylinders were subjected to spinning to get thin-walled aluminum alloy tubes. Both experimental and simulation study were conducted to investigate the deformation characterization of the FSW tube during hydraulic bulge testing, and the stress and strain states and thickness distribution of the FSW tube were investigated. It was found that the common defects of FSW tube can be significantly improved by specific welding devices. The ductility of the tube is considerably improved with nearly two times higher bulge ratio than as-spun tube after annealing treatment at 300°C. But the annealed tube still shows a high nonuniform wall thickness distribution due to the inhomogeneous deformation characteristics. With increasing deformation of the tube, the gap between the hoop and axial stress for the weld and base metal (BM) decreases. However, the hoop and axial stress of the weld are always greater than those of the BM at the same pressure.     

大型复杂薄壁壳体多道次旋压过程中的壁厚变化

基于ABAQUS/Explicit和Standard建立的包含回弹与退火的大型复杂薄壁壳体多道次旋压全过程模拟模型,分析了该过程中壁厚的分布与变化及工艺参数对壁厚的影响规律。结果表明,壁厚减薄经历了剪切减薄和拉薄两个阶段,壁厚剧烈减薄部位位于旋轮后方的环带并向工件口部移动,而且其值逐渐减小;壁厚沿工件母线方向分布不均匀,沿周向分布较均匀;回弹对壁厚的分布影响不大。摩擦系数在一定范围内的增大,可以有效地抑制第一道次旋压过程中壁厚过度减薄的发生,使壁厚分布更均匀;而旋轮进给比对工件壁厚的影响与摩擦系数的作用相反。在后续道次旋压过程中,工件壁厚差随着摩擦系数的增大先减小后增大,随着旋轮进给比的增大逐渐减小。这些结果可为大型复杂薄壁壳体多道次旋压成形参数的确定和优化设计提供理论依据。     

Multi-pass spinning of thin-walled tubular part with longitudinal inner ribs

Based on the process experiments, micrography analysis was dedicated to advancing the understanding of plastic flow of the metal in backward ball spinning of thin-walled tubular part with longitudinal inner ribs. Micrography analysis reveals that severe plastic deformation leads to grain refinement, grain orientation and grain flow line of the spun part. Based on rigid-plastic finite element method, DEFORME3D finite element code was used to simulate and analyze multi-pass backward ball spinning of thin-walled tubular part with longitudinal inner ribs. Finite element simulation results involve the distributions of the strain, the shape variation of the inner ribs as well as the prediction of the spinning loading.     

基于变温度场的镍钛形状记忆合金管滚珠旋压有限元模拟(英文)

作为一种新的尝试,在高温下应用滚珠旋压制造镍钛形状记忆合金管。将名义成分为Ni50.9Ti49.1(摩尔分数)的镍钛形状记忆合金棒料进行固溶处理,制成用于滚珠旋压的镍钛形状记忆合金管坯。以变温度场和本构方程为基础,用刚粘塑性有限元法来模拟镍钛形状记忆合金管的滚珠旋压,获得了温度场、应力场和应变场,并进行了旋压载荷预测。有限元模拟结果表明,在旋压件的主变形区有大约160℃的温升。从应力场和应变场可以看出,镍钛形状记忆合金管的外壁比内壁更容易满足塑性屈服准则,塑性变形区处于三向压应力状态。径向应变和切向应变为压缩应变,轴向应变为伸长应变。旋压载荷伴随滚珠旋压行程的变化对于预测旋压件的稳定流动具有重要的意义。     

凹圆弧母线筒形件空心旋压成形有限元模拟研究

采用空心旋压工艺成形凹圆弧母线筒形件难度很大。利用有限元模拟手段对该成形过程进行预测性研究,为后续的实验与生产提供理论依据。首先理论推导单一道次凹圆弧型旋轮运动关系方程,再以此为边界条件进行模拟。研究中提出了3种旋压方法,通过对比分析模拟结果发现,随动芯轴可控制筒坯自由端金属流动均衡性,多道次成形由于每一道次的相对径向进给量小,有利于控制弧顶部位的褶皱,获得较好的壁厚均匀性,且旋压件弧顶横截面椭圆化较轻。