复合变形路径下的板材冲压成形极限应变(Ⅰ)——冲压成形极限应变的立论与解析

从4个方面就变形路径对成形极限图影响的研究现状进行综述,并进一步论述了复杂变形路径和单一变形路径的概念,以及基于Hill'48屈服准则的塑性应变几何关系.为了在任意复杂变形路径下计算冲压板材的失稳极限应变,提出"任意复杂变形路径均可简化为线性复合变形路径"、"板材的冲压成形能力亦即板材允许的极限厚度应变",以及"板材在线性复合变形路径下的冲压成形能力取决于其最终变形路径的应变比值"等3个工程简化假设,并对它们进行立论和诠释.同时基于这些假设,在板材承受线性复合变形路径和前后变形路径的应变主轴发生转动的条件下,解析和推导出计算冲压成形极限应变的理论公式.利用这些简化假设和理论公式,可以在任意复杂变形路径下计算板材的冲压成形极限应变并绘制其冲压成形极限图.     

不同硬化模型对铝合金板冲压成形模拟结果的影响

研究不同塑性变形硬化模型对汽车5182-O铝合金板材冲压成形模拟结果的影响。采用材料单向拉伸试验得到应力应变关系曲线,基于Hollomom、Krupskowsky与Power方程对曲线进行拟合,建立材料室温下塑性变形硬化模型,对厚度为1.5 mm和0.85 mm的5182板材进行冲压试验和有限元模拟分析,对比分析冲压试验与模拟结果。试验与模拟结果显示,当板料厚度为1.5 mm时,板料冲压试验的成形力最大为42.95 kN,板料拉深深度为30.58 mm,基于Power方程计算得到的最大成形力为41.5kN与试验结果比较接近,Hollomom方程计算得到的拉深深度为30.546 mm,板材成形厚度分布与试验结果比较接近;当板料厚度为0.85 mm时,板料冲压试验的成形力最大为34.47kN,板料拉深深度为33.792 mm,基于Power方程计算得到的最大成形力为34.27 kN与试验结果比较接近,Hollomom方程计算得到的拉深深度为33.636 mm,板材成形厚度分布与试验结果比较接近。基于三种硬化模型铝合金冲压成形过程的计算模拟分析结果,并通过与试验对比得到不同硬化模型对铝合金板材冲压成形计算模拟的影响,进一步为汽车铝合金覆盖件在成形工艺的研究分析提供理论指导。     

复合变形路径下的板材冲压成形极限应变(Ⅱ)——冲压成形极限应变的计算与试验

第I部分提出"任意复杂变形路径均可简化为线性复合变形路径"、"板材的冲压成形能力亦即板材允许的极限厚度应变",以及"板材在线性复合变形路径下的冲压成形能力取决于其最终变形路径的应变比值"等三个简化假设,依据这些假设在线性复合变形路径以及应变主轴发生转动的条件下,推导出计算板材冲压成形极限应变的公式.根据这些假设和公式,首先计算出板材在初始变形分别为单向拉伸、平面应变和等双拉应变的二重线性复合变形路径作用下且应变主轴发生转动时的成形极限图(Forming limit diagram, FLD),然后通过一定的试验来验证和讨论这些计算结果.试验和讨论表明,根据这些假设和公式计算获取的FLD,与本文试验结果和某些文献报道的试验结果具有吻合性.此外,以往的研究大多从塑性力学或塑性物理方面解释了变形路径改变对FLD的影响,而这里则根据等值曲线图,从塑性几何方面对变形路径改变FLD图形状态的现象做出了描述.     

7A52铝合金装甲材料冲压成形性能研究

通过拉伸成形试验研究了7A52铝合金板材的基本冲压性能,并以2种典型零件为研究对象,通过实物冲压,分析了铝合金板材的冲压成形性能。结果表明,7A52铝合金板材的冲压成形性能良好,采取的工艺措施和确定的冲压工艺参数合理,为装甲铝合金板材冲压成形工艺的制定提供了参考依据。     

采用可移动凹模的板材液压成形技术

提出一种改进的板材液压成形新工艺,即采用可移动凹模,实现拉深与胀形的复合液压成形。在整个变形过程中,板材初始变形部分始终与可移动凹模接触,从而抑制已变形区进一步变形,使变形更加均匀,实现变形的顺序控制,板材成形极限得到提高。从试验和数值模拟两方面对可移动凹模板材液压成形技术进行了研究,分析各种工艺参数,如摩擦因数等对板材成形性的影响,并且分析了可移动凹模对板材成形极限的影响。     

装载机覆盖件热冲压成形传热与淬火冷却速度研究

回弹和变形是影响高强度装载机覆盖件冲压成形形状精度的主要因素,通过22MnB5合金板热冲压成形实验,考察了热冲压成形的传热特征,推导出的热冲压成形传热数学模型的基本方程,提出热冲压成形模具冷却系统设计相关技术问题.研究表明,当冷却速度达到或超过临界冷却速度,才能使奥氏体直接转变为均匀马氏体;在模具结构、冷却系统、冷却介质等因素确定的情况下,冷却速度只与板材自身条件有关,可以通过控制最佳水流速度实现对最佳冷却速度的控制,达到减少和消除热冲压成形中变形和回弹等缺陷,提高装载机覆盖件热冲压成形质量.     

镁合金板材温热变形机理及温热成形技术

镁合金温热成形工艺具有较好的应用前景,是实现轻量化的重要途径,但镁合金温热成形机理需要进一步深入研究。通过电子背散射衍射(Electron back scatter diffraction,EBSD)原位跟踪观测方法,针对100～230℃范围,对轧制镁合金板材在单向压缩和单向拉伸变形时的变形机理进行系统研究和定量分析。分析镁合金板材在不同条件下的力学性能、织构转变特点、孪晶与滑移系启动规律,揭示不同变形条件下镁合金板材的塑性变形机理。研究结果表明,镁合金板材在变形过程的力学性能变化、织构演化和晶粒取向变化在很大程度上取决于孪晶参与变形的比例。镁合金板材在170℃具有较高的塑性成形能力,该温度下的大量锥面滑移系启动有利于协调轧板在厚度方向的变形。根据已获得镁合金板材变形机理,为镁合金板件冲压成形工艺提出建议。提出镁合金板件温热成形工艺,开发若干典型镁合金板件产品。     

影响金属板材的冲压成形性能材料因素浅析

本文简要介绍了金属板料成形加工在制造业的地位及影响金属板材冲压成形性能因素,重点介绍了影响材料成形性能的成形极限及八个材料性能因素,说明了掌握金属板材冲压成形性能的重要性。     

2013塑性工程分会年会暨第5届全球华人塑性技术交流会征文通知

(1)征文范围变形机制:塑性理论,结构模型,形变模拟,缺陷和损伤;过程:模拟和设计,监测和控制;金属体积成形:锻造,轧制,挤压,拉制…;板材金属加工:剪切,弯曲,拉伸成形,深拉伸,冲压,逐段成形,板材和管材的液压成形,激光成形;半固态成形,特种成形(楔横轧、辊锻、摆动碾压),旋压成形;设备及辅助设备:模拟,设计,制造,监测和控制;模具     

复杂曲面钢板复合成形加工工艺研究

随着船舶、飞机、汽车等行业快速发展,产品更新换代加速,产品的品种增多,所需要的板料弯曲成形也越来越多。不同于传统的薄板冲压成形,3D自由复杂曲面厚板成形一直是金属成形领域的挑战。研究发现,不同板材成形技术都有优缺点,为了能够更好的发挥不同成形技术之间的优势,许多学者对不同成形技术相互结合的复合成形工艺进行了研究。为了减少回弹对板材成形精度的影响,提高板材的成形极限,金属成形领域已经探索了一系列技术,主要是通过外加辅助载荷实现。辅助载荷主要分为两种:一种是辅助热载荷;一种是辅助力载荷。本文对金属板材的复杂曲面复合成形加工方法进行了总结研究。     

耦合温度和应变率的铝合金板成形极限预测方法

为了提高铝合金板成形能力,一些先进成形工艺已经被开发。温成形是实现铝合金高成形能力和高成形精度的一种有效方法。温度和成形速度是影响铝合金板温成形工艺的重要参数,对其成形性能影响十分显著。提出一种综合考虑温度和应变率影响的铝合金板成形极限预测方法。采用响应面法建立铝合金板应变硬化指数n、应变率敏感度指数m与成形温度、应变率条件之间的力学性能函数关系;基于M-K理论,并结合Logan-Hosford屈服函数,推导出耦合温度和应变率的铝合金板成形极限图计算模型。模型检验表明力学性能响应面方程具有较高精度。成形极限的计算结果与已有的试验值对比表明,二者吻合较好,这证实耦合温度和应变率的铝板成形极限预测方法是正确和可靠的。     

铝合金阶梯形件粘性介质压力成形的研究

通过压缩试验得到了粘性介质的应力－－应变关系、压力衰减随冲头加载速率及时间变化的规律。采用有限元软件DEFORM分析了在不同压边力下分别用钢凸模和粘性介质成形铝合金阶梯形件的工艺过程。结果显示，采用VPF可以提高板料的成形性。根据模拟结果，采用VPF成功地制备了阶梯形件，这表明有限元法对VPF试验具有很好的指导意义。     

润滑条件下铝合金板成形模拟中摩擦模型的研究

对润滑条件下铝合金薄板筒形件拉深成形过程进行了工艺分析，在作出一些简化和假设的基础上，建立了基于流体润滑的筒形件拉深成形过程摩擦模型；将该模型运用到板料成形过程有限元分析中，计算出筒形件成形时摩擦系数动态变化的数值；开发出基于探针测试的铝合金板温成形动态过程摩擦测试系统，并对筒形件成形时的摩擦系数进行了测试实验。计算结果与实验数据表明，板料成形过程中的摩擦系数不是一个常数，随着凸模行程的增加，摩擦系数具有增加的趋势。     

利用激光局部硬化效应提高2B06铝合金板材拉深成形性研究

针对2B06铝合金复杂零件成形困难问题,提出了利用激光热处理局部硬化提高板材成形性的思路。在通过激光热处理试验研究了铝合金板的激光硬化效应的基础上,采用数值模拟计算了铝合金板激光热处理过程中激光光斑路径和其周边热影响区域的峰值温度场,并通过实际测温验证了其准确性。提出并构建了耦合性能梯度的差性坯料模型,对激光局部硬化的杯形件拉深成形性进行了模拟和试验研究。结果表明,激光扫描方式可以形成稳定的梯度温度场并对周边非加热区影响较小,且可以通过多道次扫描方式设计不同宽度范围的大梯度差性板材坯料。力学性能试验表明激光热处理可以有效地提高铝合金的局部加工硬化能力,这种效应可以有效抑制杯形件拉深时圆角大变形区的减薄,从而提升了板材的拉深性能。在上述基础上,将激光局部热处理用于2B06铝合金航空复杂口框零件的成形,通过设计激光处理路径和参数,获得合理的局部硬化区域,可有效地避免在加强筋处出现过度减薄导致的破裂,大大提高复杂零件的成形性。     

Formability analysis on the process of multi-point forming for titanium alloy retiary sheet

The multi-point forming (MPF) process of spherical surface parts of titanium alloy retiary sheet and titanium alloy sheet metal with different thickness and curvature radius was simulated by an explicit finite element software. Contradistinctive analysis between retiary sheet and sheet metal forming parts with different modes were done. The simulation results show that under the same forming conditions, titanium alloy retiary sheet is not easy to wrinkle and springback, whereas it is easy to form. The reason for differences in the formability of above-mentioned sheet metal is also analyzed. A non-wrinkling limited graph and a fracture critical graph for spherical surface parts of retiary metal sheet and metal sheet were obtained. Finally a forming test of titanium alloy cranial prosthesis was done in MPF press. Testing results indicate the customized 3D curved surface of prosthesis can be adequately shaped and the forming quality was guaranteed.     

Development of application technique of aluminum sandwich sheets for automotive hood

Objective of this study was to develop basic techniques in order to apply aluminum sandwich sheets for an automotive hood part. The aluminum sandwich sheet is the material fabricated by adhering two aluminum skins to one polypropylene core. When it has the same bending stiffness as a steel sheet, it is 65% lighter than the steel sheet and 30% lighter than an aluminum alloy sheet. Therefore, it is notified exclusively as good substitutive materials for a steel body to improve the fuel efficiency. Through aluminum sandwich sheet, however, it has relatively lower formability than that of the steel sheet for automotive application. In this study, we developed application techniques of the aluminum sandwich sheet for automotive hood. The various formability evaluations were carried out in order to secure the fundamental data for the measurement of sheet metal forming and the establishment of optimum application conditions of the sandwich sheet. From these results, it was found that the sandwich sheet could reduce the weight and maintain the flexural rigidity simultaneously comparing to the steel sheet.     

铝板数控单点渐进成形的成形极限曲线研究

对薄壁复杂构件进行数控单点渐进成形时，板料易发生破裂、起皱等缺陷，且材料变形机制演化复杂，对加载条件极为敏感，使得板料在数控单点渐进成形时的破裂预测和控制变得极难。为此，选取1060铝板作为研究材料，通过试验研究了数控单点渐进成形技术中板料的成形性能，以实现对破裂的预测和控制。利用拓印法将制件的空间变形问题转化为平面变形问题，采用数码显微镜对拓印的制件网格数据进行测量和提取，选用插值法和多项式拟合法对数据进行拟合处理，最终得到了1060铝板料在数控单点渐进成形技术下的成形极限曲线（FLC）。通过对FLC进行分析研究，得到了制件破裂区和安全区域的应变分布，实现了制件破裂的预测和控制。为进一步提高1060铝板的成形极限，将超声振动引入到单点渐进成形中，通过试验对比研究了超声振动辅助渐进成形的FLC和传统渐进成形的FLC，试验结果表明：当振动功率为120 W、振动频率为25 kHz时，1060铝板料的成形极限提高了11%。     

1060铝材双点渐进成形几何精度的研究

针对单点渐进成形几何精度差的问题,提出了一种双点渐进成形加工技术。以1060铝为研究对象,确定目标零件,从成形轨迹和进给量两个方面编制双点渐进成形工艺和单点渐进成形工艺。然后根据编制的工艺在渐进成形设备上编制数控程序,制作了单点与双点渐进成形样品。再使用FARO便携式三坐标测量仪,测量了双点渐进成形与单点渐进成形样品的几何精度。最后,提出了一种对比分析数据的方法,对单点渐进成形和双点渐进成形的几何精度进行了定量的对比分析。实验结果表明,在工艺参数相同的前提下,双点渐进成形的几何精度远高于单点渐进成形的几何精度。     

Finite element method for sheet forming based on an anisotropic strain-rate potential and the convected coordinate system

A variational formulation and the associated finite element (FE) equations have been derived for general three-dimensional deformation of a planar anisotropic rigid-plastic sheet metal which obeys the strain-rate potential proposed by [11.]. By using the natural convected coordinate system, the effect of geometric change and the rotation of planar anisotropic axes were efficiently considered. In order to check the validity of the present formulation, a cylindrical cup deep drawing test was modeled for a 2008-T4 aluminum alloy sheet sample. Eating simulations were performed and planar anisotropic material properties were experimentally determined. Even though quantitative agreement was not fully achieved, reasonably good agreement was found between the FE simulation and the experiment in thickness strain distribution and caring. No numerical difficulty due to planar anisotropy was encountered, and the computational procedure was found to be very stable, requiring only moderate computational time. The results have shown that the present formulation for planar anisotropic deformation can provide a good basis for the analysis of sheet metal forming processes for planar anisotropic materials, especially for aluminum alloy sheets.     

Dry Lubricant Films for Aluminum Forming

During metal forming, lubricants are necessary to prevent direct contact, adhesion, transfer, and scuffing of workpiece materials and tools. Boric acid films, which can be firmly adhered to clean aluminum surfaces by spraying their methanol solutions, provide extremely low friction coefficients (≈0.04). The adhesion strengths of the bonded films vary with the type of aluminum alloy (6061, 6111, and 5754). Sheet metal forming tests indicate that boric acid films and combined films of boric acid and mineral oil can enable larger strains than commercial liquid and solid lubricants, showing that their lubricities are excellent for aluminum forming. Scanning electron microscopy analyses indicate that the dry boric acid films effectively separate the workpiece and die materials and, thus, prevent direct contact and preserve the surface qualities. Because boric acid is nontoxic and easily removed by water, the authors can expect these films to be environmentally friendly, cost-effective, and very efficient lubricants for sheet aluminum cold forming.