DP980超高强钢与AA5052铝合金薄板预成形无铆连接实验研究

目的研究预成形无铆连接相关工艺参数对超高强钢与铝合金薄板接头形貌的影响及连接效果。方法采用预成形无铆连接方法,对钢板进行预成形,解决铆接过程中因变形抗力太大导致的接头断裂或互锁量不足问题,同时,提出带有压台结构的铆接凸模,以防止铝合金材料外溢,压实接头,进一步提高铆接质量。选取DP780高强钢、DP980超高强钢和AA5052铝合金薄板为研究对象,以预成形深度、凹模深度以及凸模压台高度为变量,通过各种组合方法进行无铆连接实验,对比分析各工艺参数对DP780/AA5052和DP980/AA5052接头形貌的影响规律,最后采用剪切和剥离强度实验,评价DP980/AA5052预成形无铆连接的可行性与效果。结论接头检测结果表明,随着预成形深度和凹模深度的增大以及压台高度的减小,接头互锁量增大,其中预成形深度影响较大;随着预成形深度和压台高度的减小以及凹模深度的增大,接头颈厚略有增加,其中凹模深度影响较大。由剪切和剥离实验可知,进行剪切实验时,DP780/AA5052接头出现剥离和剪切失效,DP980/AA5052接头皆为剥离失效;进行剥离实验时,2种板材接头都为铝板撕裂失效;对比两者接头剪切强度得到DP980/AA5052接头连接强度高于DP780/AA5052接头的连接强度,验证了超高强钢与铝合金薄板预成形无铆连接的可行性。

金属薄壁管件外压缩径成形理论及实验研究

起皱失稳问题是空心薄壁类零件在加工和应用领域的主要瓶颈。基于此,对金属薄壁管件缩径成形过程中的弹塑性失稳规律进行研究,提出预测缩径褶皱、提高成形件质量的方法及技术手段。基于L.H.Donnell线性屈曲理论,推导了管坯均布外压作用下的环向弹性及塑性起皱临界载荷表达式;探讨了成形条件及材料参数对管材抗起皱性能强弱的影响。利用固体颗粒介质缩径工艺实现了AA7075管材不同热处理条件下的缩径成形,工艺试验验证了管材缩径成形起皱失稳理论的相关结论。

铸锻联合成形工艺晶粒分布预测协同仿真技术

开发了一种铸锻联合成形工艺的协同仿真技术。采用ProCAST软件的CAFE模块进行铸造模拟,获得初始不均匀的铸态晶粒尺寸。编译了一组Fortran程序作为Deform-3D软件的功能模块,用以建立初始不均匀铸态晶粒尺寸的分布与Deform-3D锻造模型之间的耦合。通过对Deform-3D的二次开发,实现了锻造过程中微观组织演变的数值模拟。最终实现了对动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶体积分数的预测。采用开发的协同仿真技术对截齿齿体的铸锻联合成形工艺进行了数值模拟分析。模型分别采用了初始均匀的晶粒尺寸和由铸造模拟获得的初始不均匀的晶粒尺寸,获得了两种模型的动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶体积分数的分布。通过对比分析,证明了铸锻联合成形工艺晶粒分布预测协同仿真技术的可行性。

退火温度和压下量对点式锻压激光成形TC17钛合金组织性能的影响

采用点式锻压激光成形(PF-LF)技术成形了TC17钛合金厚壁零件,研究了退火温度和压下量对基于PF-LF的TC17钛合金厚壁零件组织和性能的影响。结果表明,压下量越大,基于PF-LF的原始态TC17合金试样中静态再结晶的平均晶粒尺寸越小,试样的拉伸屈服强度、抗拉强度和伸长率越大。随着退火温度的升高,退火态PF-LF TC17合金试样中的等轴晶平均晶粒尺寸保持不变,α相体积分数减少,针状α相尺寸变大、长径比减小,β相体积分数增加。退火态PF-LF TC17合金拉伸试样的屈服强度和抗拉强度降低,伸长率升高;增大压下量可以小幅度增加原始态和退火态PF-LF TC17合金试样的拉伸力学性能;在压下量为0.15和0.25 mm条件下,770℃/4 h/AC退火态PF-LF TC17合金厚壁零件的拉伸力学性能均明显超过TC17合金锻件退火拉伸力学标准。

海底管线管全流程成形过程中残余应力演化

为了研究海底管线管全流程成形过程中残余应力的演化,考虑成形工序中应力的继承,采用ABAQUS软件开展了管线管JCO、焊接和多向缩径校准全流程成形过程有限元模拟。首先进行了JCO成形过程模拟,然后基于高斯面热源子程序对JCO成形后的管线管进行了焊接过程模拟,最后对焊接后的管线管进行了多向缩径校准成形过程模拟,探讨了多向缩径校准成形工艺参数对管线管残余应力的影响。模拟结果表明:多向缩径校准可以实现管线管几何形状和残余应力的双重调控;相对传统的2瓣模具缩径,采用4瓣模具和8瓣模具校准后的管线管残余应力分布更加均匀;摩擦因数对残余应力的影响不明显;采用4瓣模具、 0.04摩擦因数和1.6%缩径率校准后的管线管椭圆度可达0.05%,除焊接热影响区,管线管内外表面的最大周向残余应力分别为28和-45 MPa,截面Mises残余应力均值为(120±20) MPa,焊缝区和非焊缝区的Mises残余应力均值分别降低了79%和30%。

“金属体积成形工艺及模具”课程实验教学改革与实践

本文探讨了材料成型及控制工程专业的“金属体积成形工艺及模具”课程在传统实验教学中存在的局限性,通过引入课程思政、实行小班化分组、数值模拟辅助以及改革考评等方式对教学内容进行了优化和调整。课程实验的改革与实践结果表明:学生对专业的认同感不断增强,全流程参与度进一步提升,实践动手能力得到有效锻炼。

基于韧性断裂准则的AZ31B镁合金板材成形极限预测

结合损伤起始判据和损伤演化准则,建立了完整的韧性断裂准则,基于ABAQUS中韧性损伤材料模型对AZ31B镁合金板材成形极限进行了预测。通过拟合单向拉伸应力应变曲线得到材料本构模型及损伤演化参数,建立了板材的Nakazima半球形凸模胀形有限元仿真模型,再基于韧性断裂准则预测了AZ31B镁合金板材室温下的成形极限,并分析了不同板材断裂失效判据对成形极限的影响。研究结果表明,基于所建立的韧性断裂准则,并以损伤演化过程中应变路径转变作为断裂失效判据,可以较准确地预测镁合金板材成形极限,得到的成形极限图与实验结果吻合较好。

板材拉深成形中磁力压边技术的研究进展

对磁力压边方法研究的发展进行了全面的综述。以磁力的来源对压边方法进行了分类,从理论介绍数值仿真、模具设计和实验研究等几个方面系统梳理和综述磁力压边的研究成果。通过对比分析各种压边方法的优缺点,认为磁力压边方法值得在工程领域进行推广应用。最后对存在的问题和进一步研究方向进行了探讨,对磁力压边的研究具有一定的指导和帮助。

小弯曲半径厚壁热揻弯管成形工艺数值模拟

针对小弯曲半径的大口径厚壁弯管成形问题,基于ABAQUS有限元模拟软件,利用Dflux子程序模拟温度场进行顺序热力耦合,对外径Φ426 mm、壁厚50 mm的钢管进行弯曲半径为2.5D的热揻弯管成形工艺过程模拟,对比了不同加热位置对弯管成形质量的影响,发现加热位置与转轴在同一平面时成形质量更高。同时,在一定参数范围内,以减薄率、增厚率、椭圆度和弯曲半径为指标,通过正交试验,结合综合评分法研究了线圈宽度、加热温度和推进速度对热揻弯管成形质量的影响。结果表明,综合得分指标随温度的升高而降低,随线圈宽度增加和推进速度加快而升高,并获取了最佳工艺参数为:线圈宽度40 mm、加热温度900℃、推进速度25 mm·min^(-1)。

塑性成形专业项目式实验教学方法的探索与实践

本文在塑性成形综合实验平台的建设中引入了项目式教学方法,探讨了项目式教学管理方式的特点,在开放式、综合式实验教学过程中开展了项目式教学管理模式。教学实践证明,这对于在培养学生实践创新能力方面取得了一定成效。

基于EEMD形态谱和KFCM聚类集成的滚动轴承故障诊断方法研究

针对滚动轴承的故障诊断问题,提出了一种基于集总经验模态分解(EEMD)、形态谱特征提取和核模糊C均值聚类(KFCMC)集成的故障诊断新方法。首先,对实测的滚动轴承振动信号进行EEMD分解,得到若干个代表不同振动模态的内禀模态函数(IMF);其次,基于峭度、能量和均方差三个评价指标,从分解得到的若干个IMF分量中选出含有故障特征信息最丰富的3个IMF分量作为诊断用的数据源;然后在选定尺度范围内提取每个IMF分量的形态谱平均值,将三个形态谱平均值构成一个三维特征向量,作为一个样本,形成样本集;最后,利用KFCMC完成对滚动轴承不同故障的分类识别。此外,为了对比说明该方法的识别效果,还将振动信号用经验模态分解(EMD)方法进行分解,用模糊C均值聚类(FCMC)进行分类识别,结果表明所提方法的识别效果要优于EMD形态谱和FCMC相结合的方法。通过对实测的滚动轴承振动信号的实验验证,表明该方法可以实现对滚动轴承故障的有效诊断。

高温合金凸环管件固体颗粒介质成形工艺

针对某航空发动机高温合金GH3044薄壁管凸环零件的成形难题,采用固体颗粒介质成形(SGMF)工艺,基于管材成形过程的塑性力学分析和有限元数值仿真,优化工艺方案,设计并制造模具,试制合格零件。采用有限元软件ABABQUS平台下的Drucker-Prager模型描述固体颗粒介质所特有的离散性摩擦材料特征,建立成形工艺有限元数值仿真模型、优化管端轴向进给力和介质成形力的匹配关系,得到轴向进给力对零件减薄率、壁厚差以及型面轮廓的影响规律。采用水平分模和弹性进给式模具结构,在单动压力机上实现了合模、轴向进给及介质加载等多动作压制功能。

AZ31B镁合金方盒形件的差温拉深成形

以AZ31B镁合金方盒形件差温拉深成形过程为研究对象,进行了单向拉伸试验,确定了本构方程中的有关参数;依据差温拉深成形的特点,对影响AZ31B镁合金方盒形件拉深成形效果的重要指标进行了数值模拟,确定了最佳的凸模和凹模温度组合为50℃和250℃,并通过试验进行了验证;对较优温度组合条件下所得的试件进行了相关区域的金相组织分析,结果表明,塑性变形后的AZ31B镁合金方盒形件的组织性能明显优于原始板料,差温导致的孪晶可有效提高成形深度。

基于DEM-FEM的AZ31B板材软模成形极限预测

针对金属板材固体颗粒介质成形工艺中散体颗粒的离散性能和板材连续变形特点,提出并构建离散元-有限元耦合仿真模型。通过试验和数值模拟相结合的方法,建立镁合金板材温热成形韧性破裂准则,并验证该准则的有效性。最后结合韧性断裂准则对AZ31B镁合金固体颗粒介质筒形件温热拉深进行离散元-有限元耦合模拟,对其成形极限进行预测分析,并展开相应条件下的拉深成形试验。结果表明:基于韧性断裂准则的离散元-有限元耦合分析方法可以有效预测镁合金板固体颗粒介质温热拉深成形极限。

筒形件颗粒软凹模拉深成形试验研究

分析了颗粒软凹模成形的工艺特点,设计了筒形件颗粒软凹模拉深成形试验模具,对筒形件颗粒软凹模拉深成形进行了试验研究,成形出了质量良好的圆筒零件。颗粒软凹模拉深成形零件各部分的厚度均减小,而且随着拉深高度的增加,减薄量增大。与刚性模具拉深工艺相比,该工艺可有效提高板材的拉深成形极限。颗粒软凹模拉深成形和刚性模具拉深筒形件各部位表面微观形貌的对比分析表明:颗粒软凹模成形可抑制凸模圆角区域微裂纹的产生。

高钛6061铝合金轮毂精锻成形的微观组织模拟

为了研究铝合金轮毂在锻造过程中的组织变化,利用Gleeble-3500热模拟试验机对高钛6061铝合金在变形温度350~510℃,应变速率0.001~10 s^(-1)的条件下进行了热压缩模拟实验。通过对实验数据的回归分析,建立了高钛6061铝合金微观组织演变模型,结合热模拟试样金相数据对该模型进行了验证。利用二次开发的DEFORM有限元软件对某型号的锻铝轮毂成形过程的组织演变进行了模拟,并将模拟结果与实验结果进行了对比研究。研究结果表明:利用所建立的高钛6061铝合金微观组织演变模型的模拟结果与实验结果吻合较好,微观组织演变模型正确可靠。锻铝轮毂成形后轮辐侧表面的晶粒尺寸最小,心部次之,上表面晶粒最大,轮毂热锻时适当提高变形温度或降低变形速率都有利于提高轮毂轮辐各部位的再结晶体积百分数,同时,晶粒也能得到不同程度的细化。

枝杈类锻件挤压过程折叠缺陷形成研究

枝杈类锻件是工程领域中广泛应用的一种关键零件。采用数值模拟方法揭示枝杈类锻件挤压成形过程中极易出现的折叠缺陷的形成机理,通过节点示踪法追踪了折叠缺陷的演化过程,研究了挤压过程中的应变场、速度场、温度场,获得了挤压过程中金属流动规律,明确了折叠缺陷的形成过程。通过对枝杈类锻件挤压时变形金属的流动规律的试验研究,验证了数值分析及结果的正确性。数值模拟和试验结果表明,通过减小冲头底锥相对直径和摩擦因子或增大模具圆弧外端与冲头环形平面距离,可以有效抑制或消除折叠缺陷。

斜壁盒形件滚动拉深成形工艺的有限元分析

提出了一种斜壁盒形件的滚动拉深成形新工艺,该工艺利用凸凹模成形辊相对转动,金属板料从成形辊中间穿过,实现斜壁盒形件的滚动拉深成形,能够提高零件的成形效率,易于实现生产自动化。基于MSC.Marc有限元软件对斜壁盒形件的滚动拉深成形过程进行了有限元模拟,分析了斜壁盒形件滚动拉深成形的变形特点,揭示了成形过程中斜壁盒形件的应力、应变和壁厚分布规律。研究表明:滚动拉深工艺能够较好地成形带有一定斜度的盒形件,成形过程中凸模与板料成形部位始终保持线接触,成形接触区两侧金属处于自由状态,金属流动不均匀且补料较困难。局部区域胀形特征明显,缺陷形式主要以破裂为主。

基于视觉定位的机器人上下料系统集成技术

机器人上下料系统通过视觉系统确定板料位置信息,实时引导机器人准确抓料和落料。该系统集成了机器人网络通讯、工业摄像机控制、图像处理以及RTX实时扩展等技术,并针对系统实时性问题提出了行之有效的解决方法。试验结果表明该系统可以灵活准确快速实现上下料,能满足工业现场要求的实时性及可靠性。

韧性断裂准则新发展及其在轻合金板材成形中的应用

韧性断裂准则依据金属材料的微观断裂机理建立宏观力学判定模型,对于应用越来越广、断裂前无明显颈缩现象的轻质合金板材的断裂性能分析有重要价值。随着对不同应力状态条件下断裂情况的研究,人们对断裂微观机理和宏观影响因素有了新的认识,并在此基础上赋予韧性断裂准则新的发展。本文介绍韧性断裂准则的发展历程,归纳总结新型韧性断裂准则的特点和优势,整理准则中断裂参数的标定方法,梳理准则在板材成形中的两种重要应用途径——断裂成形极限图和断裂轨迹。