盒形件法兰起皱临界压边力影响规律研究

起皱足盒形件拉深成形中的主要缺陷,而压边力是控制法兰起皱的主要手段.本文采用基于C-B准则的理论解析与数值模拟方法,研究了材料性能和工艺参数对盒形件拉深法兰起皱临界压边力的影响规律.结果表明:材料性能参数中强度系数K、硬化指数n对法兰起皱临界压边力影响较大,而塑性应变比γ对临界压边力几乎没有影 响;临界压边力随拉深行程增加而增大,凹模圆角增大时,临界压边力减小,凸、凹模间隙对临界压边力影响较小.     

模具结构对齿轮成形性能的影响

研究了直齿圆柱齿轮的冷精锻过程 ,详细分析了模具结构对齿轮成形的影响。结果显示 ,增加适当高度的镶件对大模数、高厚度的圆柱直齿轮齿腔填充比较有利 ,增加芯棒可以降低齿轮成形载荷 ,但单位面积的成形力并未减少 ,且对齿轮的填充性影响不大。     

基于数字散斑应变测量法的薄板各向异性力学性能研究

系统地说明了采用数字散斑相关法研究薄板各向异性的实验方法和数据处理方法,进而对SPCC钢板和AA6061铝板的各向异性及其演化规律进行了研究。结果表明:散斑应变测量法是一种获取薄板力学性能的有效手段,其最大优点在于能够获得变形过程中的整体应变场,这是研究复杂加载条件下材料力学性能的关键;对于SPCC钢板,其流动应力的各向异性并不严重,但全量和增量形式的Lankford系数(r值和r′值)均表现出了明显的各向异性,且其值随着变形的增加而逐渐降低,这与传统的采用引伸计进行应变测量时只能获得恒定的Lankford系数不同;对于AA6061铝板,其流动应力和r值的各向异性均不明显,但与轧制方向成不同角度试样的伸长率表现出了明显的差异,并且流动应力的加工硬化速率和r′值在拉伸真实应变处于0.15～0.20时出现了剧烈的波动;随着变形的增加,两种薄板应变的各向异性都逐渐增强,SPCC钢板增强得更为明显。     

A new model to describe effect of plastic deformation on elastic modulus of aluminum alloy

In order to improve the prediction capability of spring-back in aluminum sheet metal forming, the influence of the plastic deformation on elastic modulus is considered when the material undergoes a large plastic deformation. The present work focused on establishing a new model to accurately describe the relation of elastic modulus and plastic deformation. The tensile tests were performed to investigate the influence of plastic deformation on elastic modulus at low strain rate. Two different aluminum sheets were used, AA2024-T3 and LY12-CZ, and the thickness of sheet metals was 1.3 mm and 2.0 mm, respectively. In order to overcome the drawback, which is directly measuring the slope of tension curve to obtain elastic modulus, an extrapolation method was adopted. The proposal macroscopic piecewise sinusoidal function can accurately model the elastic modulus variation.     

基于非线性弹性卸载的L形弯曲成形回弹研究

为提高板料成形数值模拟回弹预测的精度,将弹性模量随塑性变形的改变引入到数值模拟回弹分析中。通过静力拉伸实验,研究了AA2024-T3铝合金板料的塑性变形对弹性模量的影响,给出了弹性模量与等效塑性应变之间的数学关系。建立了基于Holloman型等向强化和von.Mises屈服的非线性弹塑性本构模型,并利用ABAQUS/Standard的用户自定义接口UMAT实现了该弹塑性本构模型。设计了L形弯曲实验装置,利用基于非线性弹性的本构模型,对实验过程进行了数值模拟,实验与模拟结果的对比表明,在数值模拟中考虑了弹性模量的非线性能够提高回弹预测精度。     

逐层剥离对激光诱导残余应力场影响的数值模拟

为评价激光冲击强化效果,通常采用X射线衍射法(XRD)测定工件的残余应力分布。由于X射线穿透深度一般在微米数量级,为获得工件深度方向上的残余应力分布规律,常采用电解抛光的方法逐层剥离工件表面材料。逐层剥离过程改变了工件表面的边界条件,使得残余应力分布发生了改变,导致XRD实验测得的残余应力与未剥离前不同。本文采用有限元数值模拟方法研究了剥离过程对激光诱导残余应力场分布的影响。结果表明:在残余压应力区域,剥离材料后内部的残余压应力较剥离前增大,残余压应力增加程度随着剥离深度的增大而增加;剥离表面较浅一层材料时,整体残余应力场的分布变化较小,且有利于消除激光冲击强化产生的"残余应力洞"。该研究对基于XRD实验测定的残余应力修正具有一定的指导意义。     

考虑单向拉伸横向应变演化的本构模型材料参数测定

有限元数值模拟的精度不但与本构模型的描述能力有关,而且与其材料参数的测定方法密切相关。该文以由Hill1948屈服函数和Swift等向强化模型组成的本构模型为例,比较了不同的材料参数测定方法对单向拉伸的轴向应力-轴向应变、横向应变-轴向应变试验数据的预测能力。参数测定方法采用了两种,一种是传统方法,即使用r值计算屈服函数系数,采用轧制方向单向拉伸应力-应变数据拟合强化模型参数;另一种是考虑单向拉伸横向应变演化的反向优化法,即使用不同方向单向拉伸轴向应力-轴向应变和横向应变-轴向应变试验数据,同时求解屈服函数和强化模型的材料参数。结果表明,当使用传统方法时,所得材料参数不能很好描述与轧制方向成45°方向的单向拉伸数据;当使用考虑单向拉伸横向应变演化的反向优化法时,所得材料参数能够较准确描述各个方向的单向拉伸力学性能。     

数字图像相关法在薄板成形极限测定中的应用

成形极限曲线可展现板料在塑性失稳前所能达到的最大变形程度,是板料成形分析中的重要判据。为获得准确的试验成形极限曲线,该文通过刚性半球凸模胀形试验、采用数字散斑图像相关方法对AA6061铝板的成形极限曲线进行测定,得出了成形极限试验测定和极限应变提取的方法;通过对AA6061铝板进行盒形件拉深试验,建立拉深过程的有限元模型,比较了数值模拟和试验测定的极限拉深深度。比较结果表明,数字图像相关方法能够有效获取变形过程中的全场应变信息、搜索临界破裂状态,且能采用曲线拟合方式计算极限应变,避免了人为误差,提高了测量精度。拉深试验表明,所测成形极限曲线对拉深极限具有较高的预测精度。     

齿轮精密成形技术的研究

研究了直齿圆柱齿轮的冷精锻过程 ,分析了分流孔形状、成形工艺等因素对齿轮成形的影响。结果显示 ,选择适当的分流孔尺寸可以降低成形载荷 ,但作用不很明显。采用凹模运动方式可调的齿轮精锻法可以同时兼顾齿轮上、下角部的成形 ,利于齿轮的填充 ,降低成形载荷     

单元尺寸和积分点个数对冲压回弹模拟精度的影响

冲压回弹是板料成形数值模拟领域中最难准确预测的缺陷之一,其模拟精度受多种因素的影响,如材料本构模型、单元类型与尺寸、接触摩擦模型和有限元算法等。该文采用ABAQUS有限元软件对拉弯回弹进行数值模拟研究,重点分析了壳单元的积分点个数和接触角度对回弹预测精度与模拟时间的影响。研究结果表明,随着壳单元积分点个数的增加和单元尺寸的减小,冲压回弹的预测精度总体趋于提高趋势,但模拟时间相应地增大。当接触角度取16°时,得到的回弹预测精度与接触角度为5°时比较相近;另外,在7个积分点时,得到的回弹预测精度相当于25~51个积分点之间的范围。这与传统观点认为的,积分点应取25~51个,接触角度应小于10°不同。利用这一规律,有望在模拟时,既能得到较高的模拟精度,又可大大降低模拟时间。