TA1钛合金药型罩剪切旋压成形塑性变形规律的数值模拟研究

目的TA1钛合金作为药型罩材料,具有提高穿深和侵彻孔径的优异表现,但其剪切旋压成形过程中塑性变形规律复杂且难于控制,以期通过有限元数值计算解析多工艺参数的协同作用。方法建立了TA1薄壁锥形件结构旋压加工过程的三维非线性热-力耦合有限元模型,研究了TA1从圆形板坯到锥形件旋压全过程的金属塑性变形行为、应力及应变的变化。采用正交实验分析了旋轮进给速率、芯轴转速与板坯厚度对成形过程的旋压力以及成形样件的内径偏差和壁厚偏差的影响规律。结果结果表明,锥形件侧壁的塑性应变沿母线方向逐渐减小,最大应变值出现在靠近锥形件顶部的小端面位置。旋压载荷随旋轮进给速率与板坯厚度增加而增加,随芯轴转速增加而减小。内径偏差随进给速率与板坯厚度的增加而减小,与芯轴转速的相关性较小。壁厚偏差随进给速率的增加先减小后增大,随芯轴转速与板坯厚度的增加而减小。结论基于数值模拟结果,获得TA1薄壁锥形件的优化工艺参数为:旋轮进给速率300mm/min,芯轴转速260r/min,板坯初始厚度4mm。开展了TA1钛合金剪切旋压成形实验,所得锥形件尺寸与模型计算结果一致,验证了模型的准确性。

AZ31B镁合金轧板差温剪切旋压成形组织和性能的研究

在100~300℃成形温度开展了AZ31B镁合金薄板差温剪切旋压实验,并分析研究了温度对成形工件微观组织和力学性能的影响规律。结果表明:AZ31B板材在150~300℃具有良好的差温剪切旋压成形性;150℃成形时,工件微观组织中以变形孪晶为主,晶界分布着亚微米级再结晶晶粒,随着温度上升,再结晶体积分数增加,在250、300℃成形时,获得完全动态再结晶组织。工件在200℃成形后获得最佳综合力学性能,在150℃旋压后工件强度最高。

锥形件剪切旋压的研究现状及发展方向

锥形件剪切旋压技术是在强力旋压技术基础上发展而来的针对薄壁锥形件的回转成形方法,能够在保证产品质量和成形精度的同时显著提高生产效率。本文综述了近年来开展的锥形件剪切旋压试验和模拟研究,分析了当前锥形件剪切旋压研究的主要方向,总结了各工艺参数对成形质量的影响规律,阐述了起皱、不贴模等缺陷产生的原因及改进措施,介绍了锥形件剪切旋压发展方向。最后指出了锥形件剪切旋压亟待研究的问题。

工艺参数对剪切旋压旋压力和壁厚差的影响

在锥形件剪切（变薄）旋压过程中，旋压力分析对于确定工艺参数及设备选型都具有重要意义，而壁厚差是衡量旋压件成形质量的关键指标之一．基于ABAQUS／Explicit平台建立了锥形件剪切旋压的三维有限元模型，进而获得了偏离率、旋轮圆角半径、旋轮进给量、芯模转速及旋轮直径对LY12M锥形件剪切旋压旋压力和壁厚差的影响规律．研究表明：旋压力随偏离率增加而减小，随旋轮圆角半径、旋轮进给量、芯模转速的增加均呈上升变化趋势；偏离正弦律的程度越大，壁厚差越大；旋轮圆角半径为毛坯厚度的1～2倍，壁厚差较小；较大的旋轮进给量和芯模转速有利于减小壁厚差,旋轮直径对旋压力和壁厚差的影响不显著。

热剪切旋压过程中芯模对零件形貌和壁厚分布的影响

为了揭示芯模对钛合金加热剪切旋压成形的作用机制,采用数值模拟方法,对比分析了贴模和不贴模加热剪切旋压件的形貌以及壁厚分布。结果表明:成形前期,二旋压件的平直度和锥度均较好,成形中后期(65%)后,不贴模旋压件母线会塌陷。工件在变形区的壁厚减薄由纯剪切变形和拉伸变形共同作用产生,且纯剪切变形起主导作用。贴模旋压件壁部壁厚较均匀,而不贴模旋压件的波动较大,呈现中部小两端大的趋势。成形中后期的母线塌陷使得不贴模旋压件壁厚减薄不足,因此其靠近凸缘部位的壁厚远大于该区域贴模旋压件的壁厚。为了提高不贴模旋压件的直线度和锥度,不贴模旋压过程中需要对工件凸缘施加约束以防止母线的塌陷,或预先通过设定合适的旋轮轨迹进行塌陷补偿。

大直径薄壁铝合金封头剪切旋压成形缺陷分析

目的掌握大直径薄壁铝合金封头剪切旋压成形过程中不贴模、局部隆起、局部减薄等缺陷的形成机理。方法基于ABAQUS/Explicit软件平台,建立了大直径薄壁铝合金封头剪切旋压成形有限元数值模型,采用该模型研究了该成形过程中缺陷的成形机理。结果发现局部卸载回弹是导致旋压不贴模的主要原因,且回弹越大,局部减薄越严重。结论通过工艺参数的合理取值,可有效抑制缺陷的产生,在试验中获得合格的工艺样件。

铝合金剪切旋压残余应力分布规律

研究了剪切旋压加热温度、进给率和半锥角对残余应力分布的影响规律。试验结果表明:旋压进给比增大,残余压应力减小;适宜的旋压变形温度范围有利于降低工件表面残余应力;半锥角对工件表面残余应力的影响不显著,5A06铝合金旋压适宜采用30°～45°的半锥角。

钛合金剪切旋压残余应力分布规律研究

应用X射线法测定了TC4钛合金残余应力分布,研究了剪切旋压变形温度、进给率和半锥角对残余应力分布的影响规律。试验结果表明,随着旋压进给比的增大,TC4钛合金工件表面残余压应力也随之增大;旋压变形温度对TC4合金表面残余应力的影响不显著,但当温度超过750℃,由于材料屈服强度的显著降低而导致坯料沿壁厚截面的变形不均,使残余应力急剧升高;合适的半锥角有利于降低工件的残余应力,半锥角过小或过大均会导致残余应力的急剧增大。从降低残余应力的角度,TC4合金旋压变形温度范围应控制在600℃～700℃,半锥角在30°～45°,并宜选用较低的进给比。

AZ31B镁合金轧板等温/差温剪切旋压成形的组织性能对比研究

分别进行了AZ31B镁合金轧板等温剪切旋压成形和差温剪切旋压成形实验,对两种成形条件下的工件微观组织和力学性能进行了对比分析。结果表明:200~300℃变形时,镁合金轧板具有良好的等温剪切旋压和差温剪切旋压可成形性;在热旋压成形时,旋压件发生了晶粒细化,但随着旋压温度上升,两种成形方式的旋压件平均晶粒尺寸均增加。在200℃旋压成形时,差温剪切旋压件组织更加细小,力学性能优于等温剪切旋压工件,其轧向(RD)与横向(TD)方向的屈服强度分别为251、233 MPa,抗拉强度分别为304、299 MPa,伸长率分别为21.1%、21.8%;随着旋压温度增至300℃,差温旋压件与等温旋压件的组织状态和力学性能趋于一致。

Ti-22Al-25Nb合金剪切旋压过程中显微组织演化

通过剪切旋压试验,研究了旋压温度(910℃和1000℃)和减薄率(0、10%和30%)对Ti-22Al-25Nb合金显微组织的影响,探讨了旋压过程中的显微组织演化规律。结果表明:Ti-22Al-25Nb(原子数分数)合金旋压组织主要由α2相、B2相和O相组成,在旋压过程中,B2晶粒沿旋轮进给方向被拉长,且伴随有动态再结晶现象发生;温度主要影响Ti-22Al-25Nb合金中α2相与O相的尺寸和形貌,随着旋压温度的升高,O相片层逐渐变短并粗化,α2相趋向等轴化;变形量主要影响α2相体积分数与O相形貌,随着减薄率的增大,α2相体积分数逐渐减少,O相从片层状转变为短棒状。因此,Ti-22Al-25Nb合金剪切旋压过程中不仅发生晶粒变形与动态再结晶现象,更涉及复杂的相变行为,组织控制困难。

基于Simufact环锥形零件剪切旋压仿真分析

针对环锥形零件成形加工难度较大、成形件易出现应力集中等不良现象,以某型环锥形零件为研究对象,分析其剪切旋压成形原理,运用专业旋压有限元分析软件Simufact建立其剪切旋压成形仿真分析模型,对其在不同剪切旋压成形时间下的等效应力、等效应变及成形件在距中心不同距离下的最大等效应力、最大等效应变变化规律进行仿真。仿真结果表明:随着剪切旋压不断进行,等效应力、等效应变都呈现逐渐增加的趋势,且在不同剪切旋压阶段,最大等效应力及最大等效应变分布区域不同;随着距中心距离逐渐增加,最大等效应力、最大等效应变都呈现先增加后减小的趋势。该研究为环锥形零件剪切旋压成形及其工艺参数、模具结构优化提供理论依据。

照明器具的剪切旋压加工

本文就剪切旋压在照明器具的加工中的应用进行了研究,分析了在某照明器具中采用剪切旋压加工的旋轮设计、进给速度、毛坯转速、旋轮与芯模间的间隙等工艺参数。

高强铝合金7A52喷管锥段剪切旋压数值模拟研究

喷管锥段是火箭发动机能量转化和推力向量控制机构,一般采用剪切旋压加工。采用ABAQUS有限元软件,建立了高强铝合金7A52锥形件剪切旋压模型;采用单一变量法,分析了旋压间隙、旋轮进给比、旋轮圆角半径对锥形件剪切旋压壁厚差的影响,为锥形件的制造提供一定的指导。

超长小锥度薄壁筒形件旋压模拟研究

超长小锥度薄壁筒形件在航空航天领域有广泛应用。该类零件常采用剪切旋压成形,传统加工过程通常为双段乃至三段拼接组焊而成,耗费材料且工序复杂。目前拟采用一体成形技术,可有效减少工序,提高材料利用率。本文采用ABAQUS有限元软件,建立了D406A锥形件的剪切旋压模型,分析了旋轮进给比,旋轮圆角半径对锥形件剪切旋压壁厚偏差的影响。研究表明进给比为1mm/r,旋轮圆角半径为6mm时,筒形件成形壁厚更均匀,为实现超长小锥度薄壁筒形件的成形提供了理论指导。

金属剪切旋压成形时的韧性断裂准则

破裂是剪切旋压时最主要的失效形式。为实现对剪切旋压时破裂的精确预测,根据剪切旋压成形时变形区材料的受力特点,提出对基于材料压缩变形塑性本构模型的Oyane准则进行研究。以DP600高强钢为研究对象,通过ABAQUS软件的VUSDFLD子程序二次开发,将Oyane准则耦合到剪切旋压有限元模型进行断裂损伤的计算及断裂阈值的判断。通过椭球形芯模旋压试验对断裂预测结果进行验证。结果表明,基于Oyane准则模拟得到的断裂危险位置位于已变形区靠近变形区处并沿着切向均匀分布,与试验结果的分布规律一致;但基于模拟所得到的极限减薄率与试验结果之间的相对误差达到33.8%。在Oyane准则的基础上,通过考虑平均应力和最大剪切应力对韧性损伤过程的影响,构建出适用于剪切旋压成形的修正韧性断裂准则。结果表明,采用修正后的韧性断裂准则,模拟得到的极限减薄率与试验结果的相对误差仅为15.9%;与Oyane韧性断裂准则相比,相对误差减小了17.9%。获得适用于剪切旋压时的韧性断裂准则,为金属剪切旋压成形破裂的精确预测奠定理论基础。

工艺参数对高强钢锥形件剪切旋压成形质量的影响

为研究高强钢锥形件剪切旋压成形过程中工艺参数对旋压件成形质量的影响规律,选取对剪切旋压成形质量影响最大的进给比和旋轮与芯模之间的间隙偏离率两个工艺参数为研究变量,基于ABAQUS软件建立了DP600高强钢锥形件剪切旋压成形过程的数值模拟模型,并以旋压件的壁厚偏差和圆度作为成形质量评价指标。研究结果表明:锥形剪切旋压件侧壁等效塑性应变沿着厚度方向由内侧往外侧逐渐增大;随着进给比和偏离率的增大,锥形剪切旋压件的壁厚偏差和圆度均先减小后增大,在零偏离率和0.5 mm·r^(-1)的进给比下得到的旋压件尺寸精度最优,并且有限元模拟结果和成形试验结果吻合度良好。

TA15钛合金板材在不同加载条件下的热剪切旋压变形机制(英文)

采用考虑了各种热效应而建立的TA15钛合金加热剪切旋压多场耦合模型,研究揭示了TA15钛合金在各种热载荷和机械载荷条件下的变形机制。结果表明,高的工件加热温度和芯模预热温度可以减小工件厚向温度梯度,偏离率对变形区厚向温差的影响复杂,对贴模性影响显著且大的偏离率会恶化贴模性。工件和旋轮间的摩擦对温度差有显著影响。增加旋轮进给比会加大厚向温差但有助于贴模性的改善,这与冷旋的结果相反。大的旋轮安装角有助于减小厚向温差和改善贴模性。

大直径薄壁铝合金封头剪切旋压成形研究

应用ABAQUS/Explicit软件平台建立了大直径薄壁铝合金封头剪切旋压成形过程的有限元数值模型,通过数值模拟对大直径薄壁铝合金封头在剪切旋压过程中的应力应变分布进行了分析,获得了工艺参数对成形质量的影响规律为:随旋轮圆角半径R、旋轮进给比f及芯模转速n的增大,旋压件的不均匀变形度呈增大趋势;随旋轮圆角半径、旋轮进给比的增大,旋压件壁厚极小值逐渐减小;随芯模转速提高,壁厚极小值增大,旋压件壁厚极大值对工艺参数的变化不敏感。在此基础上确定了优化工艺参数为:R=12 mm,f=1 mm·r^(-1),n=40 r·min^(-1),并进行剪切旋压成形试验,获得了质量合格的Ф2600 mm大直径薄壁铝合金封头样件。

一种灯饰外罩的剪切与拉深旋压组合工艺

针对一种带有锥面与圆柱面组合形状特征的灯饰外罩,提出了采用剪切旋压结合多道次拉深旋压的组合方法进行成形,并对相应的工艺特点进行分析,为实际生产提供理论依据.研究中,通过板坯尺寸参数的计算与多道次旋轮路径的设计,确定了旋压试验方案,并在此基础上开展组合旋压的工艺试验,检验了灯饰外罩旋压件的形貌尺寸,并进一步分析了锥面与圆柱面部分的壁厚分布,发现锥面部分壁厚分布符合剪切旋压规律,圆柱面部分壁厚分布呈先小后大趋势,并揭示其原因.

TA15钛合金板材不贴模加热旋压成形规律研究

目的揭示工艺参数对钛合金锥形件柔性加热旋压成形过程的影响。方法采用基于ABAQUS平台建立的TA15钛合金柔性热旋有限元仿真模型和基于正交试验设计的模拟方案,研究了芯模预热温度、工件加热温度、旋轮与芯模间隙和旋轮进给比对该过程中,工件的切向拉应变和壁厚差的影响显著性与规律。结果获得了合理的工艺参数组合与回归方程。结论较小的旋轮进给比有利于抑制工件的破裂;适中的工件加热温度有利于获得较为均匀的壁厚。