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.     

Evaluation of forming limit in viscous pressure forming of automotive aluminum alloy 6k21-T4 sheet

A ductile fracture criterion is introduced into numerical simulation to predict viscous pressure forming limit of the automotive body aluminum alloy 6k2 l-T4. The material constant in the ductile fracture criterion is determined by the combination of the viscous pressure bulging （VPB） test with numerical simulation. VPB tests of the aluminum alloy sheet are carried out by using various elliptical dies with different ratios of major axis to minor axis（β）, and the bugling processes are simulated by the aid of the finite element method software LS-DYNA3D. On the basis of the stress and strain calculated from numerical simulations, the forming limits of bulging specimens obtained are predicted by the ductile fracture criterion, and compared with experimental results. The fracture initiation site and the minimal thickness predicted by the ductile fracture criterion are in good agreement with the experimental results.     

铝合金板温成形过程中拉深筋处摩擦的测量

在温成形过程中铝合金板与模具表面的接触和摩擦行为十分复杂,不同的接触区域摩擦状况不尽相同.分析了板料成形中摩擦测量的国内外发展状况,采用自行设计的新型摩擦测量装置完成了铝合金板温成形过程中拉深筋处摩擦系数的测量.该测量装置的特点是可以模拟板料的真实变形过程,采用楔形铝合金板试件,通过楔形槽产生周向挤压,来模拟法兰区板料成形时的增厚趋势,添加了加温和温控装置来模拟温成形时的温度环境,从而获得更为准确的测量结果.     

Effect of blank holder pressure on viscous pressure forming aluminum alloy ladder parts

Viscous pressure forming (VPF), is suitable for forming difficult-to-form sheet metal parts. An investigation in the effect of blank holder pressure(BFIP) on VPF aluminum alloy ladder parts was conducted. Based on experimental and numerical simulation results of the effect of BFIP on dimensional accuracy, wall-thickness reduction, forming pressure, material flow and defects (such as wrinkling and fracture) of specimens, the effect patterns of BFIP load path on VPF ladder parts were explained. The limits of BFIP corresponding to specimens with no defect and with wrinkling or fracture defect were determined. In the limits of formable BFIP, the variable load path of BFIP was beneficial to drawing blank into the die and decreasing wall-thickness reduction of specimens. The experimental results show that the ladder parts of good surface fineness and high dimensional accuracy can be obtained by variable load paths of BHP.     

Numerical simulation of aluminum alloy ladder parts with viscous pressure forming

1　INTRODUCTIONTheeffectofstressstatesonaxisymmetricsheetformabilityhasbeenstudiedundertheconditionofsolidmetalpunchforming [14 ] ,andtheeffectofblankholderpressure (BHP) ,frictioncoefficientandpunchconfigurationonthestressstateshasbeenob tained .Becauseofthedisadvantagesofsolid punchforming ,newformingtechnologyisneededtoim provethestressstatesofthesheetinformingprocessandtomeettherequirementofforminglow plastici ty ,complexshapeparts .Viscouspressureforming(VPF)isarecentlydevelopedfle…     

填充纯铝颗粒对热态粘性介质传热性能的影响

针对粘性介质温热成形过程中导热率低的问题,提出了在粘性介质中填充一定量的高导热率颗粒的方法来提高其导热率。以纯铝颗粒为研究对象,通过纯铝颗粒在粘性介质中的沉降试验、不同填充参数的粘性介质导热率测量试验及传热过程的有限元分析,确定了纯铝颗粒粒径大小和质量分数对粘性介质传热过程的影响。研究结果表明:由于纯铝颗粒密度大于粘性介质密度,纯铝颗粒在粘性介质中存在沉降现象,沉降速度随温度的升高和粒径的增大而增加;同时,随着纯铝颗粒粒径的增大和填充质量分数的增加,粘性介质的导热率增大,有利于外部热量向粘性介质内部的传递;一定温度条件下,选择合适粒径和填充质量分数的纯铝颗粒作为粘性介质的填充物,对粘性介质传热性能的改善效果较为明显。     

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.     

Effects of temperature and blank holding force on biaxial forming behavior of aluminum sheet alloys

Biaxial forming behavior is investigated for three aluminum sheet alloys (Al 5182 containing 1% Mn (5182+Mn), Al 5754, and 6111-T4) using a heated die and punch in the warm forming temperature range of 200–350 °C. It is found that, while all three alloys exhibit significant improvement in their formability compared with that at room temperature, the non-heat-treatable alloys 5182 + Mn and 5754 give higher part depths than that of heat-treatable 6111-T4. The formability generally increases with decreasing BHP (BHP), but increasing the forming temperature and/or BHP minimizes the wrinkling tendency and improves the forming performance. The stretchability of the sheet alloys increase with increasing temperature and increasing BHP. For the alloys and forming conditions involved in the current study, the formability, measured in terms of part depth, comes mainly from the drawing of metal into the die cavity, although stretching effects do influence the overall forming behavior. The optimum formability is achieved by setting the die temperature 50 °C higher than the punch temperature to enhance the drawing component. Setting the die temperature higher than the punch temperature also improves the strain distribution in a part in such a manner that postpones necking and fracture by altering the location of greatest thinning.     

板材充液热成形工艺成形极限预测研究

为了对充液热成形工艺下的金属板材成形极限进行预测研究,采用长轴直径为Φ100 mm,短轴直径分别为Φ100,Φ90,Φ80,Φ60和Φ40 mm的椭圆形胀形模具,在4个不同温度梯度为300℃,210℃,150℃和RT(常温),两个不同压力率0.0045和0.045 MPa·s-1条件下进行铝合金板材热态胀形试验.利用相关极限应变计算公式,对试验数据进行计算和整理,标绘出了试验材料拉-拉变形区的成形极限曲线.结合二次多项式曲线拟合方法,计算出了拟合函数中的材料常数,建立了可用于预测金属材料成形极限、标绘材料成形极限曲线(拉-拉变形区)、指导金属板材热态胀形试验的板材成形极限预测模型方程.     

薄板件粘性介质压力成形过程的压边力控制

对铝合金以及高温合金薄板件成形过程中产生的缺陷进行了分析,并根据零件特征采用了不同的压边力控制工艺成功研制出了完全符合设计要求的零件。     

高强铝板韧性断裂准则参数求解及其成形极限

为确定符合高强铝板变形规律的韧性断裂准则的断裂参数,设计了10种不同形状和缺口的拉伸试样,分别采用积分式方程组法、解析式方程组法和曲面拟合法求解韧性断裂准则的多组断裂参数。通过分析统计理论断裂应变与试验断裂应变之间的相对误差评价了断裂参数的预测精度。结果表明:采用积分式方程组法和解析式方程组法依据误差分析分别筛选出的两组试样组合方案的预测精度均较好(误差均值小于30%),而曲面拟合法由于样本数据较少预测误差较大。根据积分式方程组法、解析式方程组法和曲面拟合法求解的最优断裂参数,应用Lou-Huh 2013准则绘制7075-T6高强铝板成形极限图,并采用半球形刚模胀形试验进行验证。验证结果表明:积分式和解析式方程组法预测7075-T6高强铝板破裂失稳偏于安全,这与参数求解时断裂起始点的选取偏于安全有关。     

基于椭圆热态胀形试验的板材成形极限图建立方法

采用长轴直径为Φ100 mm、短轴直径分别为Φ100,Φ90,Φ80,Φ60和Φ40 mm的椭圆形胀形模具,在300,210和150℃、RT(常温)4个不同温度梯度,0.0045和0.045 MPa·s-1两个不同压力率条件下进行了铝合金板材的热态胀形试验,得到了胀形试验件,并获取了基础试验数据。利用极限应变计算公式,对胀形试验数据进行计算和整理,获得试验材料拉-拉变形区的成形极限曲线及成形极限图。结合等效条件下单向拉伸试验获取的基础试验数据,建立了完整的铝合金板材成形极限图。     

缩径区长度对粘性介质外压缩径成形的影响

粘性介质外压缩径采用半固态、可流动、高粘度和一定速率敏感性的高聚物作为缩径用传力介质,有效地解决了缩径成形过程的失稳起皱问题,提高了坯料的极限缩径量.本文针对不同缩径区长度对粘性介质外压缩径过程的影响问题,采用试验和有限元方法进行了分析,得到了不同缩径区长度条件下1Cr18Ni9Ti薄壁管的极限缩径量及应力与应变的分布规律.研究结果表明,缩径区长度对粘性介质外压缩径成形影响较大,缩径区长度越短,坯料的抗失稳起皱能力越强,极限缩径量越大.     

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。     

有色金属板材若干温热加工成形技术的发展

介绍了有色金属材料加工先进新技术国内外发展和应用概况,包括近年来关于镁合金、钛合金、铝合金等典型有色金属材料领域出现的先进塑性成形技术,尤其温热加工成形技术。在镁合金板材冲压成形领域,介绍了镁合金板材温热冲压成形、差温冲压成形、温热液压成形和热冲锻成形以及镁合金型材温热拉弯成形等新工艺技术,为镁合金板材在汽车、电子、机车车辆等领域的应用奠定了技术基础。钛合金板材零件的热应力成形、热胀形成形、激光弯曲成形、高温蠕变成形技术都得到了发展和应用。随着铝合金的进一步应用和发展,一些低塑性难成形高强铝合金的用量在增加,应用领域在扩展。因此铝合金的温热液压成形、冲锻成形都有所发展。     

工艺参数对镁合金板温成形模具圆角摩擦因数的影响

利用自行研制的摩擦测试装置进行了镁合金板温成形过程模具圆角部位摩擦测试试验。通过正交试验,探讨了温度、压边力、润滑状态3种工艺参数对模具圆角部位摩擦因数的影响,并采用统计方法对所得到的数据进行了分析,确定了影响摩擦因数的最优工艺参数组合和显著性因素。分析结果表明:温度220℃、压边力3 MPa和水基石墨润滑为最优工艺参数组合,3种工艺参数中,温度因素的影响最为显著,压边力因素影响一般,润滑因素影响最小。     

Influence of process parameters on hybrid forming of aluminum sheet

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＨｙｂｒｉｄｆｏｒｍｉｎｇｉｓａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｆｏｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒ ｉｎｇｏｆｍｅｔａｌｓｈｅｅｔａｎｄｐｌａｓｔｉｃｃｏｍｂｉｎｅｄｍａｃｒｏ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ[1] .Ｔｗｏｍｅｔａｌｓｈｅｅｔｓｗｉｔｈ ｐｒｅ ｔｒｅａｔｅｄｓｕｒｆａｃｅｓａｒｅｈｅｌｄｔｏｇｅｔｈｅｒａｌｏｎｇｔｈｅｉｒｅｄｇｅｓｂｙｃｌａｍｐｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｏｌｄｆｏｒｈｙｂｒｉｄｆｏｒｍｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅ …     

板材软模成形过程有限元与无网格伽辽金法耦合的数值分析(英文)

提出一种板材变形和软模体积变形耦合的数值分析方法。基于更新的拉格朗日(UL)列式,板材的弹塑性变形采用有限元法(FEM)分析,软模的体积变形采用无网格伽辽金法(EFGM)分析,板材和软模之间的摩擦接触通过罚函数法来处理。利用开发的有限元-无网格法耦合算法程序(CDSB-FEM-EFGM)分析板材弹性软模胀形过程。同有限元软件DEFORM-2D得到的数值解以及实验结果相比,验证了所开发程序的有效性。这种方法为分析板材软模成形提供了一种适合的数值方法。     

Parametric analysis of warm forming of aluminum blanks with FEA and DOE

1 Introduction Warm forming of lightmass materials has been investigated as an alternative manufacturing process to achieve higher formability compared with forming at room temperature due to a substantial increase in material ductility[1?8]. SHEHATA et a…