U形弯曲工艺参数对制件形状和成形载荷的影响

在大口径直缝埋弧焊管UOE成形工艺流程中,U形弯曲件横断面上直壁段的倾角和底部的曲率半径是控制成形质量的两个关键指标。文章采用平面弹塑性模型,借助于有限元数值分析方法,对UOE成形过程中的板坯U形弯曲进行了数值模拟。基于数值模拟结果,分析了在U形弯曲时弯曲凸模和水平辊的工作行程以及水平辊的初始位置等工艺参数对板坯变形规律、弯曲件横断面直壁段倾角、底部曲率半径以及成形载荷的影响。

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。

大口径直缝焊管O成形实验研究

O成形既是UOE方法制造直缝焊管焊接前的最后一道成形工序,也是考核制品成形质量的重要环节,其成形质量将直接影响到机械扩径后钢管制品的成形质量。该文就O成形工艺参数和来料质量,对成形质量的影响规律进行实验研究,分析了弯边半径、弯边弧长和压缩率等参数对O成形焊管成形质量的影响,以及压缩率与成形载荷之间的关系。

双球铰结构柱塞缸侧推力的实验研究

以某大型自由锻造液压机双球铰中间杆结构工作缸的1∶10比例结构尺寸为例设计了实验装置,并在不同的偏心载荷作用下,研究了中间杆长度和球铰半径对柱塞与导套间侧推力的影响,得到导套与柱塞在不同接触位置时,中间杆长度和球铰半径对柱塞与导套间的侧推力和接触力的影响规律,并结合实际工程,综合考虑侧推力和接触力两方面因素条件,提出了中间杆长度和球铰半径的设计准则。在双球铰结构液压缸设计时,中间杆长度应取0.64~0.81倍的柱塞长度,球铰半径应取0.48~0.57倍的柱塞直径,而当柱塞承受较大偏载荷,或活动横梁常处于较高位置工作时,两数值均应取其下限值。实验结果为双球铰结构液压缸的设计提供了参考依据。

护环液压胀形加载路径优化设计方法

以600 MW护环为例,研究了外补液液压胀形加载路径确定方法。把连续的胀形强化过程离散为多个子加载段,将各子加载段锥模作用力和环坯腔内液体压力的关系简化为线性关系,采用分段匹配的方法确定各加载段的合理子加载路径,再叠加为完整的合理加载路径,确定了加载路径的形式和关键参数。将环坯液压胀形质量作为目标,两段加载路径斜率、加载路径拐点液体压力和胀形终了液体压力为设计变量,采用遗传优化算法对护环液压胀形加载路径进行优化,并进行了缩比实验。研究结果表明,外补液护环液压胀形加载路径可近似为两段线性线形,拐点对应的环坯腔内液体压力在使环坯外层完全屈服的液体压力值附近,且通过优化获得加载路径的最优参数组合能够保证护环液压胀形制品的质量。

基于变形历史的管线钢屈服强度预测模型研究

在管线钢管成形过程中,因为正反两个方向塑性变形发生不同程度的变化,使管体和毛坯板之间的屈服强度产生差异。以国内某厂生产的X90钢板为研究对象,采用正向预拉伸—卸载—反向压缩的试验方法,分析了在不同程度的预变形条件下,材料的反向屈服强度的变化规律。结果显示,随着预应变的增加,板料反向屈服强度呈现先降低后升高的趋势,预应变为5.455%时,反向屈服强度取得最小值。基于Hodge强化理论建立了这种材料的反向屈服强度预测模型,并通过ABAQUS二次开发,实现了X90管线钢单次反向加载条件下的屈服强度预测。验证结果表明:模型预测结果与实验结果吻合较好,相对误差未超过2%。

凸锥夹层板辊式成形工艺研究

基于MSC.Marc有限元软件对凸锥夹层板的辊式成形过程进行了数值模拟,以夹层凸锥辊式成形后壁厚最大减薄率为成形性评价指标,研究了各主要结构参数对成形的影响。结果表明:凸模圆角半径R1、凸模转角半径R2以及摩擦系数μ对凸锥夹层板的壁厚最大减薄率影响较大,并给出了其影响规律和成形目标零件的参数建议取值。基于分析结果,设计了用于辊式成形的试验机,并进行了凸锥夹层板辊式成形实验,验证结果表明针对凸锥形夹层板辊式成形工艺的可行性,但仍存在凸锥点阵间纵向过桥位置起皱、板料纵横向翘曲、板边不齐、凸锥曲面卸载畸变等成形质量问题。

管坯推压缩径端部翘曲机理及其影响因素分析

基于对管坯推压缩径的理论分析、试验研究和数值模拟,揭示出缩径时管坯端部存在翘曲的主要原因:管坯内外层缩径量不均匀,使得内层的轴向变形大于外层,导致变形后的管坯端部产生刚体转动,使其外径大于凹模出口处内径,产生翘曲,而且翘曲区的长度近似等于最初位于凹模锥口部分坯料流出后的长度;并分析了缩径率、缩径凹模半锥角、摩擦系数、缩径管坯初始壁厚对管端翘曲和轴向伸长率的影响规律。

管筒形零件机械扩径工艺过程的多目标优化

管筒形零件的机械扩径成形过程是一个与管坯规格、管坯形状、材料性能、摩擦条件、变形程度、模具直径及其边缘圆角半径等诸多因素相关的塑性变形过程,其最终制品的尺寸和形状精度取决于这些参数的综合影响。在生产实际中,如何根据用户对制品尺寸与形状的精度要求来确定管坯规格、变形程度、模具尺寸等主要工艺参数,是机械扩径工艺设计的一个重要内容。它可以被抽象为一个在满足制品尺寸和形状精度要求条件下,寻求管坯规格等上述主要工艺参数最优组合的多目标优化问题。文章基于MSC.Marc非线性有限元分析软件和遗传优化算法,采用Python语言设计了基于加权组合法的遗传算法程序,实现了在多目标条件下对管筒形零件机械扩径成形工艺参数的优化。

电传动自卸车电气传动系统电制动器设计

电传动自卸车作为重要的大载重量运输设备,当其在较高的车速下制动时,传统单独的机械制动已不能满足需要,而电制动作为重要的制动形式在此种工况下发挥重要作用,是车辆安全性运行的重要保证。根据电制动器的结构特点和功能特征,以某自卸车1700V/200A电制动器设计与实现为依托,对电制动器进行电路和软件设计及调试。在电制动器的研究中,按照电动轮车辆电气传动系统的功率级别,选择高可靠性的大功率电力电子器件,设计并实现了一款能够满足研究车辆功率需求的1200V200A制动器系统,该系统也基于32位DSP处理器和CAN总线。搭建电传动系统试验台,通过电制动器实验证明可以实现设计的全部功能,并且其功率已经可以满足研究车辆的电气传动系统中电制动器需要,为实车试验及同类产品设计提供参考。

基于OBE理念的材料成型及控制工程专业毕业要求及课程体系构建

OBE是基于产出为导向的教育模式,为《华盛顿协议》组织本科工程教育专业认证的核心理念。按照工程教育专业认证OBE理念,面向区域经济和行业发展的需求,逆向设计制定了材料成型及控制工程专业(锻压和模具方向)的人才培养方案和毕业要求,构建了支持毕业要求的课程体系。实践证明,该体系有利于专业学生达成毕业要求,并为相关专业工程教育专业认证提供借鉴。

材料循环软化性能对安定极限载荷的影响

针对材料的循环软化性能对结构安定极限载荷的影响展开研究。以机械结构中常用的具有循环软化性能的Q235材料为研究对象,通过拉伸试验和循环加载试验进行相应的力学性能测试,进而以安定性分析研究中带中心圆孔方板这一典型结构为例,基于上述试验所测定的材料性能参数,对其受均布拉伸载荷循环作用情况下的安定极限载荷进行了有限元分析,并对方板进行了安定极限载荷的物理试验测试。结果显示,通过拉伸试验及循环加载试验所测得的Q235的屈服强度分别为293.1和251.3 MPa,采用以循环加载试验测定的屈服强度得到的方板的安定极限载荷,较采用拉伸试验的减小约14.1%,且更接近试验测试结果。

轮边三级减速系统非线性动力学特性分析

以电动轮车辆新型行星齿轮传动三级轮边减速器为研究对象,对影响系统动力学特性的非线性因素进行分析。结合系统的结构特点,运用集中质量法建立纯扭转非线性动力学模型。并在推导构件相对位移的基础上,运用牛顿力学方程得到结构的运动微分方程。根据数学方程,基于Simulink搭建三级减速系统非线性分析模型,多级行星齿轮传动的齿轮副齿侧间隙、时变啮合刚度和综合啮合误差等均包含在模型中。结果表明:由于齿侧间隙、时变啮合刚度和综合啮合误差等因素的存在使系统表现出明显的非线性动力学特性,并在一定范围内使得振动响应更加复杂,跳跃现象更加明显;系统阻尼系数在一定范围内可以减小系统的振动振幅;新型三级系统较传统系统的振动幅度更大,变化频率更快,刚度、误差和阻尼的影响效果更明显;为此类研究提供参考依据。

半圆拉深筋参数与DP590钢板后续性能的预测分析

高强钢板通过拉深筋后会出现塑性降低、提前破裂问题,严重影响板材后续成形,因此进行冲压模具设计时不能忽视高强钢板变形不同阶段成形性能的变化。利用正交试验研究了拉深筋结构参数对DP590高强钢板后续成形性能的影响,通过方差分析揭示了各因素对指标的影响规律,结合试验数据回归分析方法,建立了拉深筋阻力、DP590板后续成形性能与拉深筋结构参数对应关系的预测方程,根据预测方程及方差分析结果,总结了DP590高强钢板的拉深筋结构参数设计原则,为DP590高强钢冲压成形质量控制、工艺调整及有限元数值模拟计算中等效拉深筋的设置提供了参考依据。

UOE成形中X60管线钢板的力学性能反推模型

针对大直径直缝埋弧焊管线钢管在UOE成形及之后的试样压平过程中板料力学性能的变化问题,为实现从钢管力学性能确定毛坯钢板力学性能的反向计算,以X60管线钢为例,应用有限元数值模拟方法分析了不同规格钢管在UOE成形过程中重要特征部位的弯曲变形,采用4点弯曲方法制作了具有相同等效应变的弯曲试件,依据API标准关于管体试样力学性能压平试验方法,分析了X60管线钢在弯曲及压平变形后的力学性能变化规律,给出了等效应变在0.0104～0.0586区间的X60管线钢的屈服强度反向计算近似方法。

基于安定性的压机下横梁弹塑性强度安全裕度分析

以某大型液压机下横梁为研究对象,通过分析不同载荷水平下的应力-应变分布,给出了随着载荷的增大局部高应力危险位置的分布及变化情况,并对卸载时相应危险位置的残余应力进行了研究。根据安定性理论判定了不同载荷水平下下横梁的安定性,并基于计算结果分析评估了其弹塑性安全裕度。结果表明,该下横梁在150 MN的锻造载荷下存在局部高应力位置,当锻造载荷达到170 MN时,局部高应力位置开始产生局部塑性变形,然而,计算可知在170~350 MN的载荷范围内均可达到安定状态,即虽然在初始加载状态下会产生局部塑性变形,但在后续加载过程中塑性变形不再产生,重新进入弹性响应状态,结构不会发生进一步的强度破坏。该下横梁的安定极限载荷大于350 MN,弹塑性强度安全裕度大于2.33,较为宽裕。

CDIO教育理念下的机械类课程改革与实践

随着社会对工程人才要求的不断提高,原有的工程教育模式越来越难以满足社会人才培养需求,如何面向社会培养出高质量的工程人才,是各高校工程教育部门必须考虑的问题。燕山大学是第一批CDIO试点高校之一,机械工程学院以CDIO理念为指引,将知识传授、能力培养、素质提升与本校课程改革有机融合,探索出了一条"五位一体"的工程教育模式,并取得了可观的成效。

基于设计思维的专业课程设计创新教育实践

设计思维是一种新型的创新创业教育理念和方法论,文章首先介绍了设计思维的基本理念,提出了基于设计思维的专业课程设计创新教育方案,学生团队合作设计、制作原型模具,并利用原型模具试制零件,以测试改进模具设计和加工工艺。经过多年实践,提高了学生综合应用知识解决复杂工程问题的能力和创新设计能力。

单轴反向加载对管线钢强度性能的影响规律研究

本文根据钢板在大直径管线钢管UOE成形工艺过程的变形情况,针对X70和X80管线钢材料进行了单轴反向加载试验,通过单向拉伸试验测试了在经历不同程度预压缩应变之后其屈服强度和抗拉强度的变化情况,并对其强度性能指标随预压缩应变的变化规律进行了分析与归纳。结果表明,在单轴反向加载条件下,两种材料的屈服强度均因包辛格效应而降低,其下降趋势均可拟合为二次函数;预压缩变形对试验材料的抗拉强度基本没有影响。

800MN模锻液压机组合预紧机架危险点分析

基于MSC.Marc有限元分析软件,对800 MN模锻液压机组合预紧机架的整体性及各主要构件的破坏危险点进行了研究。结果表明,机架在给定的预紧参数下未发生开缝现象,整体性良好;预紧参数和工作载荷均有可能导致机架局部产生高应力区,易疲劳破坏;大拉杆根部、夹紧梁棱角边、上十字键与C形板的接触边缘以及C形板凹槽等处均是疲劳破坏的危险点,应该予以重点监测。