2195铝锂合金贮箱球底充液拉深成形起皱缺陷演变规律数值模拟研究

为满足登月着陆器舱体高可靠性、轻量化制造需求,提出贮箱球底充液拉深成形方法。对于直径3350 mm的2195铝锂合金箱底,相对2219和5A06铝合金,材料塑性差,成形易开裂失效,且整底成形厚径比仅为2.5‰,易起皱失稳。针对上述问题,建立了整底充液拉深成形仿真模型,进行不同液室压力、压边力条件下的数值模拟,讨论整底充液拉深成形变形规律,分析整底成形缺陷形式及控制方法,优化整底充液拉深液室压力加载路径,获得球底壁厚分布规律。结果表明:拉深行程达0.24H(H为零件最终高度)时,球底悬空区域为典型的压缩应力状态,产生了沿母线方向的起皱缺陷环向均布12个,拉深行程0.79H时,环向起皱数量倍增;引入液室压力后使悬空区由压缩应力状态转变为拉伸应力状态,从而避免了悬空区起皱缺陷的发生;压边力和液室压力对悬空区应力状态影响显著,随着压边力增大,球底壁厚减薄趋势增大,而随着液室压力的增大,球底壁厚减薄趋势减弱;球底拉深试验对初始壁厚9.5 mm板材,采用2.5×10^(7)N压边力、8 MPa液室压力加载路径时,壁厚最大减薄率为7.4%,壁厚分布均匀,无起皱缺陷。

航空发动机高温合金环形罩壳充液拉深成形缺陷控制

针对航空发动机环形罩壳零件整体成形时产生起皱和开裂的问题,提出环形罩壳零件一道次充液拉深成形工艺。在分析计算和有限元仿真基础上实现了工艺参数优化,并开展了成形工艺实验研究。随液室压力的增大,环形罩壳零件侧壁起皱趋势降低;同时,在合理的压边力下局部凸包的减薄率逐渐降低,充液拉深成形能够显著抑制曲面起皱与底部开裂,解决环形罩壳零件整体成形制造难题。

2219铝合金变厚度板坯充液拉深工艺研究

针对运载火箭燃料贮箱整体箱底采用厚板旋压、再机械加工的方法存在的易开裂、加工量大的问题,提出了先机械加工获得变厚度板坯,再拉深成形的制造方法。圆形变厚度板坯具有中间薄、外缘厚的形状特点,成形中存在薄区易开裂的问题,为此采用充液拉深并结合弹性垫板的成形方法。通过数值模拟和工艺实验,研究液压和弹性垫板对变厚度板坯拉深成形壁厚及应变分布的影响规律。研究结果表明,增大液压和设置弹性辅助板能够增大界面摩擦,降低拉深试件的最大壁厚减薄率,改善薄区的壁厚分布。当液压为5.2 MPa、弹性辅助板厚度为5 mm时,试件最大壁厚减薄率为8.8%,相较于普通拉深降低34%。

航空发动机大高径比高温合金筒形件充液拉深缺陷形成规律分析

针对航空发动机大高径比高温合金筒形件无法整体成形的难题,开展了一道次充液拉深成形工艺研究。研究了GH3536高温合金板材的力学性能,基于有限元数值分析软件对筒形件充液拉深成形进行数值模拟,分析不同工艺参数对筒形件壁厚和成形缺陷的影响。根据模拟结果进行筒形件充液拉深成形实验,优化了压边力和液压加载工艺窗口,成形出合格的深筒形件,分析了该零件的缺陷形成规律。

大深宽比铝合金整流罩充液拉深成形技术研究

以某典型大深宽比铝合金整流罩为研究对象,采用数值模拟方法分析了液室压力与压边间隙对起皱的影响规律,优化了成形工艺参数。结果表明,在凸模位移80 mm前加压时,悬空区板料反胀较大,储存的板料较多,容易起皱;当液室压力最大为15 MPa时,悬空区板料同样由于反胀较大而起皱;当压边间隙较大时,悬空区板料由于流入凹模的阻力较小,也容易堆积起皱。优化后,凸模位移为80 mm时开始加压,最大液室压力设定为10 MPa、压边间隙设置为2.2 mm,可以实现该典型大深宽比铝合金整流罩充液拉深成形。

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。

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。

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。

充液拉深工艺的研究

在开发研制一种新型超高压通用充液拉深装备的基础上 ,对筒形件充液拉深成形工艺进行了研究和数值模拟 ,并介绍了所研制装备的总体方案设计、通用充液模架结构特点、液压系统和自控系统及使用情况 .

板材充液拉深动态加载系统开发与应用

液室压力和压边力加载路径是充液拉深工艺中决定零件成形质量的关键工艺参数。针对传统被动加压方式加载路径单一,液室压力较低,不能满足复杂结构零件和高强度材料的成形要求,提出采用闭环控制技术实时调节液室压力和压边力的动态加载方式。设计可控压边和高压增压系统,并应用基于上、下位机的检测控制系统实时调节凸模速度、压边力和液室压力满足设定的工艺参数。在动态加载系统上进行异型结构不锈钢零件的充液拉深试验,动态加载路径下试验件一次整体成形,且表面质量好,贴模精度高。结果表明,充液拉深动态加载系统能够实现复杂加载轨迹和局部高压,适用于复杂结构和高强度材料零件的成形制造。

半球底筒形件充液拉深加载路径优化研究

针对半球底筒形零件充液拉深过程中悬空区形成的"软拉深筋",通过理论分析、数值模拟和工艺试验对与半球成形阶段直接相关的液压加载路径进行优化研究.理论推导得出液压载荷加载范围,并以其为基础进行多种加载路径条件下的数值模拟,获得不同加载路径对破裂关键点的壁厚及应变的影响规律,结合试验确定了合理的液压加载路径.结果表明:零件半球部分成形过程中破裂关键点在优化的加载路径条件下既可产生必要的有益摩擦,改善成形过程的应力应变状态,又可避免破裂关键点的过度减薄,提高了零件壁厚分布的均匀性和成形极限.

铝镁合金双路径加载充液拉深成形的数值模拟

针对铝镁合金等低塑性板材的成形需要，提出了带主动径向加压的双路径加载充液拉深技术。应用数值模拟的方法，采用大型非线性动力显式分析软件ETA／Dynaform5．5，对5A06铝镁合金平底筒形件的双路径加载充液拉深成形过程进行研究，讨论液室压力变化对零件成形性的影响，以零件成形最终壁厚分布为评定标准，分析不同径向压力加载路径对成形质量的影响。模拟结果表明，采用合理的液室加载曲线，并配合20-45MPa的主动径向压力，可有效地提高铝镁合金平底简形件的成形极限，拉深比可达到3．1。

反胀压力对铝合金球底筒形件充液拉深过程的影响

充液拉深工艺是一种先进的板材柔性成形方法。结合航天部件的实际需求,通过数值模拟的方法,对5A06铝合金球底筒形零件的初始反胀充液拉深成形过程进行了研究。应用基于LS-DYNA3D内核的动力显示分析软件eta/Dynaform5.5,分析了液室初始反胀压力与液室压力对零件壁厚分布以及起皱、拉裂等缺陷的影响规律,讨论了反胀压力与液室压力的匹配关系,得到了合理的加载区间。结果表明,采用优化的初始反胀压力和液室压力耦合加载条件,可以有效的抑制零件球底部的过度减薄,控制悬空区的内皱,提高零件成形质量。

铝合金2A12-O的动态充液拉深

针对铝合金板材成形性差的特点,提出液体内向流动动态充液拉深新技术。采用铝合金2A12-O板材对成形过程进行了初步实验验证后,运用有限元方法探讨不同的径向压力和不同的预胀路线对成形零件壁厚分布的影响。结果表明,采用该方法可以显著提高铝合金2A12-O的成形极限,成功拉深出拉深比达2.85的杯形件;径向压力显著影响杯形件壁厚的分布,通常较大的径向压力下的壁厚也较大。

铝合金车门外板充液拉深成形的有限元分析

对铝合金车门外板充液拉深成形工艺过程进行了有限元仿真,以分析液压加载路径对零件刚度和减薄率的影响,并对仿真模型和液压加载路径进行优化。结果表明,延迟液压的加载和减小成形压力可提高外覆盖件成形刚度和降低凸模拐角区的开裂风险,而适当提早液压加载和较大的成形压力则有利于零件凹型面特征的成形。

筒形件新型充液拉深的数值模拟及工艺机理分析

在简要回顾和分析充液拉深装置特点的基础上 ,提出了一种新型的筒形件充液拉深装置 ,该装置除了具有传统的充液拉深装置的优点外 ,还具有三大优点。在商用软件DYNAFORM PC中构建了合理的筒形件新型充液拉深有限元模型 ,分析了新型充液拉深中凹模圆角对成形工艺的影响 ,通过大量模拟进一步明确了新型充液拉深的成形机理 。

薄板充液拉深法兰起皱失稳研究

研究薄板充液拉深锥形件的过程中的法兰变形区失稳起皱的临界条件 ,提出克服法兰变形区及自由变形区失稳起皱的措施 。

混合压边液体内向流动动态充液拉深

为抑制液体内向流动动态充液拉深中凸缘增厚而造成的拉深阻力急剧增长,提出混合压边液体内向流动动态充液拉深新方法。对定间隙下设定恒定压边力的混合压边充液拉深压边形式实质进行分析,采用有限元研究混合压边方式下压边间隙、压边力以及径向压力的变化对成形过程的影响。研究结果表明:定间隙下设定恒定压边力的混合压边充液拉深压边形式的实质是设定压边间隙和设定压边力压边方式的混合;采用混合压边方式可以降低实际最大压边力,降低凸缘区的摩擦阻力,减少第二个谷底点的减薄率;压边力影响零件直壁部分壁厚分布,较大的压边力得到的零件直壁壁厚较薄;压边间隙的变化影响成形零件直壁壁厚分布,较小的压边间隙成形零件直壁较薄,第二个谷底点越接近零件底部。

平底筒形件主动径向加压充液拉深的数值模拟

针对低塑性、大高径比航天铝合金板材零件成形需要,提出了带主动径向加压的充液拉深新技术.通过数值模拟方法,采用动力显式分析软件ETA/Dynaform5.5对5A06铝合金平底筒形零件主动径向加压充液拉深成形过程进行了研究.以零件成形最终壁厚分布为评定标准,分析了不同主动径向压力加载路径对成形质量的影响.通过数值模拟证明了在主动径向加压充液拉深过程中,法兰变形区存在一个应力分界线,随着主动径向液压力的增加,分界线的位置内移.研究表明,采用40 MPa的液室压力加载曲线,并配合45 MPa的主动径向压力加载路径,获得的铝合金平底筒形件的拉深比为3.1,零件质量好.

防锈铝的充液拉深

根据模具几何特征 ,通过建立流体力学模型描述液体对板料单元的动态影响 ,结合有限元数值模拟技术对塑性差、难成形材料防锈铝LF6的充液拉深进行数值模拟 ,并进行实验研究 ,得到了防锈铝充液拉深合理工艺参数。结果表明 ,充液拉深流体压力作用与板料成形相结合进行数值模拟分析的方法是正确的 ,采用充液拉深工艺可以有效提高塑性差、难成形材料LF6的成形极限 ,拉深比可达到 2 .4。