三维自由弯曲成形装备及其关键技术

作为一种新型柔性成形技术,三维自由弯曲技术特别适用于具有复杂空间轴线、异形截面的空心构件。主要综述了三维自由弯曲成形技术的发展历程、成形装备的发展过程以及国内外的研究现状。在此基础上,重点分析了三维自由弯曲成形装备的5种典型构型及其机构运动原理,介绍了5种构型的各自特点及工程应用,并对自由弯曲成形装备的关键技术如过渡段处理技术、有限元数值模拟技术、难变形材料自由弯曲热成形技术等方面进行综述,并结合笔者的研究经历对管材自由弯曲成形研究中存在的问题进行了简要分析。最后,对管材三维自由弯曲成形技术及装备在航空航天、核电、汽车、医疗等领域的应用前景进行了分析和展望。

Al/Cu双金属管内旋压增量成形有限元数值模拟与分析

目的分析Al/Cu双金属管在内旋压增量成形时应力、应变、剪切结合强度的分布情况,研究主要工艺参数对双金属管剪切结合强度的影响规律。方法基于有限元模拟软件,对Al/Cu双金属管内旋压成形过程进行有限元数值模拟;研究了内旋压增量成形时工艺参数:内管减薄率ψ、两管之间的初始间隙c、旋轮进给比f对剪切结合强度的影响。结果随着工艺参数内管减薄率ψ、两管之间的初始间隙c、旋轮进给比f的增大,剪切应力数值也随着增大;基管与衬管的高剪切应力值主要集中在旋压结束部分,衬管的长度被拉长,模拟与实验的剪切应力在旋压成形的末端数值明显增大。结论通过有限元数值模拟分析,得出不同的工艺参数对成形质量的影响规律,对实际成形有重要的作用。

H62铜螺旋波纹管增量成形研究

为研究H62铜螺旋波纹管的成形方式和成形极限,开展管材增量成形的ABAQUS模拟与试验研究。首次采用管材增量成形方式加工螺旋波纹管,通过模拟与试验相结合的方式,优化管材增量成形的各工艺参数,结合理论分析提高H62铜螺旋波纹管的成形精度及成形极限。试验结果表明,当工具头的单次进给量为0.50mm,主轴转速为15r/min,工具头的轴向进给速度为5mm/s时,螺纹深度极限提高。当螺纹深度为2.5mm时,波纹管的成形质量最好,当螺纹深度大于6mm时,成形质量显著下降。

基于自由弯曲技术的6061铝合金管的弯曲成形性能研究

目的对6061铝合金管开展三维自由弯曲成形的研究。方法对不同弯曲半径的铝合金管进行了弯曲模拟成形,并根据模拟结果对铝合金管进行实际成形研究。结果根据对6061铝合金管进行的弯曲半径为60,70,80 mm的有限元模拟成形结果,发现管材壁厚中性层向弯曲外侧发生明显偏移,且弯曲半径越小,向弯曲外侧的偏移量越大;管材内侧管壁增厚,最大增厚为17.2%,管材外侧壁厚减薄,最大减薄不超过4%,发现随着弯曲半径的减小,管材内侧增厚愈发明显,而减薄变化较小,同时对管材截面畸变进行分析,发现最大椭圆度不超过8%;通过对比模拟结果、实验结果与设计模型,发现管材模拟的弯曲半径最大偏差不超过8%,实验结果则不超过6.5%,而管材模拟的弯曲角度最大偏差不超过4.5%,实验结果则不超过3%,同时发现当弯曲较小时,内侧发生明显起皱,而弯曲外侧也有轻微壁厚减薄导致的畸变缺陷,这与模拟结果吻合。结论管材壁厚中性层向弯曲外侧偏移与自由弯曲系统轴向推力P_L有关,轴向推力使得管材的受压区域增加,而受拉区域减小,导致壁厚中性层外移;实验结果与模拟结果相吻合,验证了模拟对实验成形指导的可靠性。

填充不同材料条件下管材三维自由弯曲变形行为研究

目的研究三维自由弯曲过程中,不同填充材料对管材成形性能的影响,比较不同填充材料的影响效果。方法建立相关力学模型,分析比较固体填充物以及柔性填充物对成形质量不同的影响机理,并基于ABAQUS有限元仿真软件,对成形过程进行数值模拟分析。结果与填充PU棒时成形结果相比,当填充SS304钢珠时,管材具有更好的成形性以及更小的厚度变化率,同时,当内部填充材料时,管材椭圆率均会降低,且当填充材料为SS304钢珠时,椭圆度最低可达2.6%。结论将三维自由弯曲技术与填充成形技术相结合,可以有效提高管材成形性能,并且固体填充物要好于柔性填充物,有限元模拟及实验验证了模型的正确性。

增量成形内凸螺旋波纹管研究

目的研究增量成形螺旋波纹管过程中,工具头的单次压下量与摩擦因数对成形质量和极限的影响规律,优化成形工艺参数。方法通过ABAQUS有限元模拟和实验相结合,对各个成形工艺参数进行有限元模拟;使用前端直径为8 mm的成形工具头对外径40 mm、壁厚0.8 mm的304不锈钢进行增量成形螺旋波纹管实验研究。结果不同摩擦因数对成形极限影响较小,对成形质量有较大影响。单次进给量为0.1 mm,摩擦因数为0.02时,螺纹深度极限可以提高10.5%。模拟和实验都验证了工艺参数的合理性。结论摩擦因数一定的情况下,单次压下量越小,成形力越小,螺纹深度极限越大。