大拉深比薄壁筒形件充液成形过程数值模拟

目的利用充液成形工艺成形普通拉深工艺难成形的大拉深比筒形件。方法通过理论公式计算了冷冲压工艺成形该制件的道次,利用有限元软件Dynaform对充液成形过程进行了3个步骤模拟,并研究了第1步拉深时初始反胀高度对成形制件减薄率的影响规律。结果利用理论公式计算,传统冲压方法成形拉深比为3.2的筒形件至少需要5个道次,而采用被动式充液成形方法只需要3个道次。每个道次的最大减薄率都在8%以内,最后得到拉深制件的最大减薄率为8.53%,在安全范围以内;第1步充液拉深时,反胀高度分别为1.75,2.75,3.75,4.75,5.75 mm时,得到制件的最大减薄率分别为5.28%,5.08%,4.8%,5.03%,5.03%。结论充液成形工艺较传统冲压工艺可以大大提高板料的成形极限,减少成形道次,成形制件质量好;合适的初始反胀高度,可以减小成形制件壁厚的最大减薄率。     

薄壁水槽充液拉深变形规律研究

目的 解决薄壁水槽盒形件刚性拉深一序底部圆角减薄过大、整体厚度减薄严重以致后续拉深二序、三序成形后产品厚度不合格的问题,同时解决工艺路线的退火问题。方法 利用有限元分析软件Dynaform对薄壁水槽充液拉深一序进行数值模拟分析,研究关键工艺参数对成形结果的影响规律,并得出最优的工艺参数,最后与刚性拉深的模拟结果对比分析,提出充液拉深方法的可行性。结果 根据工艺优化方案,得出最优工艺参数：预胀压力2 MPa,最大液室压力20 MPa;液室压力加载路径：从0 s至0.003 s,液室压力从0 MPa线性增大至2 MPa,并保持2 MPa至0.007 s;随后从0.007 s至0.011 s,液室压力从2 MPa线性增大至20 MPa,之后保持20 MPa直至拉深结束;压边间隙为1.05t。结论 通过充液成形方法,可以有效解决薄壁水槽盒形件拉深一序底部圆角减薄严重的问题,还可以提高成形质量及成形极限,省略中间退火工艺,提高经济效益。     

小曲率铝合金框形件弯胀成形数值模拟研究

目的 针对一种小曲率铝合金框形件成形后回弹大和起皱问题,对其进行弯胀复合成形工艺的数值模拟研究。方法 基于DYNAFORM软件对成形过程进行仿真,并通过对比分析零件的最大减薄率及圆角处的贴膜度,得出该零件最大液室压力的最优值为20 MPa,并基于该参数进行壁厚分布及回弹的模拟分析,最后,通过现场试验对该成形方案进行验证。结果 通过采用弯胀复合成形工艺方法,该零件的最大回弹量控制在2 mm以内,零件整体成形质量较好,无破裂、起皱现象。结论 该种成形方法较刚性模压弯及主动式充液胀形更具优势,能够有效解决小曲率框形件回弹大及起皱问题。     

基于灰色关联分析的轧制差厚板盒形件充液拉深成形工艺参数多目标优化

目的 将充液拉深工艺引入轧制差厚板零件的成形,为了进一步掌握差厚板的充液拉深成形性能,对差厚板盒形件充液拉深成形过程进行研究。方法 通过理论推导获取临界液池压力公式,在此基础上运用数值模拟方法分析液池压力比对差厚板厚度减薄率和厚度过渡区移动量的影响,采用正交试验和灰色关联分析获取成形参数对差厚板盒形件成形性能的影响规律和最优参数组合,实现对差厚板盒形件充液拉深成形工艺参数的多目标优化。结果 随着薄-厚侧液池压力比的增大,差厚板最大厚度减薄率先减小后增大,过渡区移动量先增大后趋于平稳,薄-厚侧液池压力比为2较为合理。厚侧压边力、摩擦因数、薄-厚侧液池压力之比、薄-厚侧压边力之比、厚侧液池压力对差厚板盒形件充液拉深性能的影响程度依次减小。结论 采用灰色关联分析得到的最优工艺参数组合来完成差厚板盒形件的充液拉深成形,能够有效地抑制差厚板零件厚度的过分减薄及厚度过渡区的过度移动,进而提高差厚板的成形性能。     

铝合金复杂曲面薄壁件液压成形技术

介绍了适合于制造铝合金复杂曲面薄壁件的液压成形技术,包括充液拉深、可控径向加压充液拉深和液体凸模拉深。由于充液拉深能提高成形极限,适合于制造铝合金复杂型面零件。可控径向加压充液拉深通过径向压力向内推料,进一步提高了成形极限,适合于成形大高径比筒形件。液体凸模拉深适合于获得深度较大、形状复杂、尤其底部具有小过渡圆角的复杂形状零件。     

钛/铁复合板平底球形薄壁件充液拉深工艺研究

目的 选用充液拉深先进成形技术制备钛/铁复合板平底球形薄壁件,并研究其充液拉深变形行为,以解决传统拉深工艺制备平底球形薄壁件极易产生褶皱的问题。方法 对钛/铁复合板平底球形薄壁件在不同液压力、压边间隙及凸模与板料间摩擦因数等工艺参数下的充液拉深过程进行数值模拟。对数值模拟结果进行分析,讨论工艺参数对零件成形性能的影响以及抑制起皱的机理。最后在不同拉深工艺下进行成形试验,制备钛/铁复合板平底球形薄壁件并与数值模拟结果进行对比。结果 数值模拟和成形试验结果表明,传统拉深工艺制备的钛/铁复合板平底球形薄壁件出现了明显的褶皱,采用充液拉深工艺可以有效解决零件侧壁起皱的问题。增大液压力、减小压边间隙或增大凸模与板料间摩擦因数会导致零件减薄率的提高并降低零件侧壁起皱的风险。在压边间隙1.5 mm、液压力25 MPa的条件下,采用充液拉深工艺可以制备出侧壁无褶皱的平底球形薄壁件。结论 通过充液拉深工艺可以有效解决钛/铁复合板平底球形薄壁件成形过程中起皱的问题。     

2A16 铝合金锥形件多级充液热成形仿真及优化分析

目的解决2A16铝合金锥形件常温充液成形困难、表面质量差的问题。方法介绍了充液热成形工艺,并提出了3种锥形件成形方案,通过专用有限元软件Dynaform对所有方案进行了数值仿真;同时,对一步成形方案进行了试验。结果通过试验验证了有限元模型的正确性。由仿真分析可知,成形缺陷包括悬空区起皱和凹模圆角及底部破裂,一步成形方案不可取,两步成形方案均可以将减薄率控制在13%以下。起皱危险主要发生在零件法兰以下30~55 mm处。结论充液热成形与常温充液成形相比,可以显著提高材料的成形性;两步充液热成形方案可以获得2A16铝合金锥形件;预成形凸模的形状设计对零件的表面质量影响明显;最终确定用先热冲压筒形件,后充液热成形的工艺方案,来成形2A16铝合金锥形件。     

2A12 铝合金平底筒形件充液拉深数值模拟研究

目的研究工艺参数对2A12铝合金平底筒形件充液拉深成形的影响规律。方法采用数值模拟方法,研究了液室压力加载路径、成形液室压力、压边力和压边间隙对板材充液拉深成形效果的影响。结果获得了充液拉深成形的失效形式,以及不同工艺参数下零件壁厚减薄率的变化规律。成形前期,液室压力不宜过大,最大液室压力在10~25 MPa之间,压边间隙在1.05~1.15mm之内,可有效避免零件过度减薄和法兰起皱。结论合理的液室压力加载路径和压边间隙,可以有效地控制零件法兰区起皱,防止凸模圆角处破裂。     

5A06 铝合金半球薄壁件充液拉深成形工艺研究

目的优化5A06铝合金半球形薄壁零件充液拉深成形工艺参数。方法首先利用有限元方法对铝合金半球充液拉深成形过程进行有限元仿真。对其中的关键工艺参数压边间隙和液室压力进行详细分析,优化工艺参数,然后进行实验验证。结果当压边间隙较大时法兰起皱,当压边间隙较小时零件破裂。液室压力过大,零件悬空区胀形量过大,壁厚减薄严重,容易破裂。若压力过小,液室压力的摩擦保持作用不明显,也容易使板料过度减薄而破裂。结论压边间隙控制在2.7~2.8 mm之间,液室压力控制在15~25 MPa之间,可以成形出合格零件,实验结果与有限元仿真结果相符。     

薄壁深腔件部分阴模充液成形技术研究

充液成形技术能有效解决复杂零件的成形问题.针对某飞机薄壁深腔蒙皮常规拉深成形需要多道次成形、成形质量差的问题,通过分析充液成形过程中易出现的失稳,设计了带部分阴模的一模两件充液成形的技术方案.结合数值模拟,对薄壁深腔件充液成形过程中出现的悬空区失稳形式进行了研究,优化了液室压力加载曲线、压边间隙、初始反胀压力等工艺参数.结果表明,薄壁深腔件在带部分阴模的一模两件的工艺方案下,能有效避免悬空区的起皱,同时改善了一模一件补充段的破裂问题,提高了零件成形极限和壁厚分布的均匀性.     

硬铝合金半球形零件的渐进成形工艺研究

目的 研究冲压胀形工艺与渐进成形工艺成形半球形零件的区别。方法 使用两种热处理状态的硬铝合金,AA2024-O和AA2024-T4,分别用冲压胀形工艺和渐进成形工艺成形半球形零件。结果 相比较渐进成形零件而言,使用冲压胀形工艺得出的半球形零件的壁厚相对均匀,变形程度可以达到更大;在相同的试验条件下,AA2024-O的成形性能远高于AA2024-T4的成形性能;在本实验所研究的参数范围内,下压量越小,成形高度越大,对AA2024-O进给速率越快,成形高度越大;而对AA2024-T4进给速率越慢,成形高度越大;对于胀形零件,材料在胀形过程中处于双向拉伸应变状态,而渐进成形零件在成形过程中处于平面应变状态;胀形零件的最大应变和最大减薄处是半球的中心,而渐进成形零件的最大应变和最大减薄处是半球的边缘。结论 胀形零件的危险截面在半球的中心,渐进成形零件的危险截面在半球的边缘。     

5A06 铝合金板材超塑气胀成形数值模拟

目的改善5A06铝合金板材超塑性气胀成形件壁厚分布。方法采用MARC有限元分析方法,对商业供货态5A06-O铝合金板材(原始厚度为2 mm)的超塑性成形进行数值模拟分析。结果优化后的反吹预减薄变形,使杯形件最终壁厚分布大大改善,最薄处壁厚从单纯正吹胀形时的0.65 mm提高到了0.94 mm,壁厚均匀性指数达到0.079。结论合理的反胀形模具可以增加最小壁厚,达到提高壁厚均匀性的目的。     

Effects of Loading Paths on Hydrodynamic Deep Drawing with Independent Radial Hydraulic Pressure of Aluminum Alloy Based on Numerical Simulation

In order to meet the forming demands for low plasticity materials and large height-diameter ratio parts, a new process of hydrodynamic deep drawing （HDD） with independent radial hydraulic pressure is proposed. To investigate the effects of loading paths on the HDD with independent radial hydraulic pressure, the forming process of 5A06 aluminum alloy cylindrical cup with a hemispherical bottom was studied by numerical simulation. By employing the dynamic explicit analytical software ETA/Dynaform based on LS-DYNA3D, the effects of loading paths on the sheet-thickness distribution and surface quality were analyzed. The corresponding relations of the radial hydraulic pressure loading paths and the part＇s strain status on the forming limit diagram （FLD） were also discussed. The results indicated that a sound match between liquid chamber pressure and independent radial hydraulic pressure could restrain the serious thinning at the hemisphere bottom and that through adjusting radial hydraulic pressure could reduce the radial tensile strain and change the strain paths. Therefore, the drawing limit of the aluminum cylindrical cup with a hemispherical bottom could be increased significantly.     

Cryorolling and warm forming of AA6061 aluminum alloy sheets

Cryorolling is a severe plastic deformation (SPD) process used to obtain ultrafine-grained aluminum alloy sheets along with higher strength and hardness than in conventional cold rolling, but it results in poor formability. An alternative method to improve both strength and formability of cryorolled sheets by warm forming after cryorolling without any post-heat treatment is proposed in this work. The formability of cryorolled AA6061 Al alloy sheets in the warm working temperature range is characterized in terms of forming limit diagrams (FLDs) and limiting dome height (LDH). Strain distributions and thinning in biaxially stretched samples are studied. Hardness of the formed samples is correlated with ultimate tensile strength to estimate post-forming mechanical properties. The limit strains and LDH have been found to be higher than in the case of the conventional processing route (cold rolled, annealed and formed at room temperature), making this hybrid route capable of producing sheet metal parts of aluminum alloys with high strength and formability. In order to combine the advantages of enhanced formability and better post-forming strength than the conventional cold rolled and annealed sheets, warm forming at 250°C has been found to be suitable for this alloy in the temperature range that has been studied.     

铝合金薄壁波纹板充液成形工艺研究

目的解决航空铝合金薄壁波纹板爆炸成形工艺成形效率低且成形质量差的问题。方法提出了3种充液成形工艺方案,利用有限元分析软件对3种成形方案进行了对比分析,并且对最优方案进行了试验验证。结果有限元分析结果显示,双面加压充液成形方法能够使零件的各部分变形均匀,避免了在充液成形过程中因摩擦力作用导致的局部变形过大产生的开裂,有效地提高了材料的成形能力。结论双面加压充液成形方法能够成形出轮廓精度高、表面质量好的铝合金薄壁波纹板。     

Negative and positive incremental forming: Comparison by geometrical,experimental, and FEM considerations

This study compares negative incremental forming (NIF) and positive incremental forming (PIF) processes by geometrical considerations, finite element method (FEM) analyses, and experimental evaluations. Conical frusta were manufactured starting from AA5052H19 aluminum alloy sheets using both techniques. The processes were also simulated with LS-DYNA software and a close correlation between the experimental and numerical results was observed. The analysis of forming forces, forming limit diagrams (FLDs), and sheets thinning highlights that the PIF technique allows one to reach higher formability and geometrical accuracy. Finally, the differences in terms of surface quality were also discussed.     

2024铝合金异形孔渐进成形工艺研究

目的 研究材料的渐进成形翻边性能。方法 使用一种硬铝合金AA2024-O,进行渐进成形圆孔翻边实验和异形孔翻边实验,并且研究了不同成形路径的多道次渐进成形对异形孔翻边零件的影响。结果 AA2024-O渐进成形翻边的极限翻边系数是0.89,材料渐进成形的翻边成形性能高于冲压翻边成形性能;异形孔翻边零件各段的高度和减薄率存在差异。结论 压缩类翻边区域和直线段翻边区域的翻边高度较高,减薄率较小,不易发生破裂;而内曲圆弧部分属于伸长类翻边,在厚度方向减薄严重,容易破裂;内曲圆弧半径越小,变形越大,越容易破裂;成形角改变的多道次异形孔翻边件破裂严重,而成形深度改变的多道次异形孔翻边件质量比单道次翻边的翻边件质量要好。     

铜合金厚板封头零件的旋压加工

目的加工出8 mm厚的较大尺寸铜合金封头零件。方法利用卧式数控旋压机,采用普旋成形进行封头零件的制备。结果通过工艺试验摸索采用卧式数控强力旋压机进行普旋,加工出厚度8 mm的铜合金球形封头零件,拓宽了设备的加工范围,开创了厚板普旋成形的先例,为铜合金球形零件的旋压加工增添了一条新方案。结论采用普旋加工厚板铜合金材料封头类零件是可行的,相对其他加工方案具有一定的成本优势,应对材料的减薄、解决零件贴模是旋压加工成败的关键。     

铝合金板阵列微结构零件电磁冲击液压成形研究

目的 解决室温条件下因铝合金塑性流动不均而导致的零件开裂和尺寸偏差等问题。方法 利用高速冲击提高材料成形极限以及流体均匀载荷精确控形的优势,提出了电磁冲击液压工艺并实现了铝合金阵列结构零件的成形,采用实验手段研究了放电电压和放电次数对零件贴模精度和厚度分布的影响。结果 随着放电电压的增大,零件的成形深度增大。在单次放电8 kV下,板料最大成形深度达到模具深度的97%,连续3次放电8 kV后,零件通道填充率达到89.7%。建立了与物理实验模型一致的电磁-流体-结构的多物理场耦合仿真模型,发现冲击液体对板料施加的瞬态压强超过200 MPa,板料最大变形速度达到40.5 m/s。模拟得到的板料变形轮廓与实验结果一致,证明了多物理场耦合仿真模型的准确性。结论 电磁冲击液压成形是一种新型的高速成形方法,能够实现铝合金阵列微结构零件的精确制造,为提高复杂薄壁难变形构件的成形性能和精度提供了新的技术手段。