薄壁管材充液成形技术研究

充液成形技术是一种新型的金属成形工艺,被广泛应用到汽车类各零部件的生产制造中。文中对就某汽车零件的薄壁管材的充液成形工艺进行数值模拟研究和试验研究,分析了无内压支撑合模与低内压支撑合模对管件成形的影响,并分析了支撑压力和整形压力对薄壁管件充液成形质量的影响。结果表明:低内压合模有助于管件的均匀成形,内压较低时,减薄较大,当内压较大时,在合模位置出现挤料现象。对于文中研究材料,合理的压力加载路径,可以有效地避免零件成形过程中产生破裂和起皱等失稳现象。

基于单向拉伸的glare板力学性能测试

目的研究使用新方法制造小型大曲率glare板零件的可能性。方法通过使用传统的模具来充液成形/普通拉深成形含有半固化玻璃纤维预浸料的glare板,成形后再进行固化。在室温下,使用单向拉伸方法分别对金属、含半固化玻璃纤维预浸料的glare板和固化之后的glare板进行力学性能测试。结果含半固化玻璃纤维预浸料的glare板主要失效形式为金属板断裂,固化之后的glare板的主要失效形式为玻璃纤维断裂;含半固化玻璃纤维预浸料的glare板有着和金属相近的断后伸长率,具有较好的塑性,固化之后的glare板的断后伸长率远小于金属的断后伸长率,塑性极差。结论通过使用传统的模具来充液成形/普通拉深成形含有半固化玻璃纤维预浸料的glare板,成形后再固化的方法来制造小型大曲率glare板零件是有可能的。

充液成形液压机生产线

文中主要研究基于充液成形工艺的先进液压机及其他数控装备在高端冲压生产线中的应用,为高端充液成形液压机生产线技术提供可靠的理论依据。应用有限元分析软件ANSYS建立充液成形液压机有限元模型,研究了先进充液成形液压机的主机结构,同时,研究了先进充液成形液压机生产线的重要组成部分,其包括:搬运机器人、弯管单元、上料滑台、下料转台、清洗单元等及充液成形生产线的控制系统。充液成形液压机竖直方向变形情况在2.9 mm以内,刚度满足设计要求,有高刚度、高强度的特点。文中充液成形液压机生产线具有数控编程功能,整线安全可靠,效率高、响应速度快。

2024铝合金长半管类零件充液成形技术研究

针对国内某支线飞机上2024铝合金弧形挡板零件在传统落压成形中容易产生的回弹、扭曲、贴模度差和表面质量差等问题,利用有限元软件建立有限元模型,对2024铝合金长半管零件采用主动式充液胀形进行数值模拟。通过模拟分析,主动式充液胀形工艺可以显著增大零件的变形量,而变形量的增加使材料超出弹性变形阶段达到塑性变形,从而固定住所需型面形状。模拟得出合理的合模吨位为4 000 t,液室压力为17 MPa。最后对模拟结果进行试验验证,试制出了合格的弧形挡板零件,为弧形挡板成形提供了一套符合工业生产的工艺方法,对此类零件成形具有重大借鉴意义。

考虑层间内聚力的纤维增强金属层板成形工艺优化

采用半固化充液成形技术成形纤维增强金属层板零件。提出一种评估层间内粘性聚力的试验方法,设计相关夹具以保证纤维增强金属层板在厚向载荷下层间可产生不协调变形,分析了层板在变形过程中层间粘性内聚力作用的规律,并探究了厚向载荷和相对变形速度对半固化层板变形的影响。结合层间树脂的变形特征及内聚力作用对半固化层板变形的影响规律,利用充液成形技术优化液室压力加载曲线,获得了质量良好的零件。结果表明,较小的成形速度、阶梯式的液室压力和压边力加载路径可使复合层板向深腔区进料多,层间应力松弛充分且层间粘性内聚力作用小,使层间发生有益的不协调变形,提高了层板的成形极限。

5A06铝镁合金温热环境变形机理的研究

目的获得5A06铝镁合金的本构方程及各向异性指数。方法在一定温度范围和不同应变速率下进行单向拉伸试验,获得了5A06-O铝镁合金板材不同温度不同应变速率下的真实应力-真实应变曲线及不同方向的厚向异性指数等关键参数,并结合当前关于各向异性屈服准则的研究,通过分析与计算得到了适合于5A06铝镁合金温热成形的Barlat2000各向异性屈服准则。结果获得了温度范围为150~300℃的5A06铝镁合金的本构方程,以及温度范围为20~300℃的5A06铝镁合金的各向异性系数α1-α8随温度的变化曲线。结论获得的5A06铝镁合金的本构方程及各向异性指数较为符合实验结果,可用于该材料温热成形的有限元模拟。

铝合金船形深腔薄壁构件充液成形变形规律研究

目的解决一种铝合金船形深腔薄壁构件成形时尖端过渡部位容易起皱和入口圆角处容易破裂的问题。方法应用有限元软件DYNAFORM建立充液成形的有限元模型,研究关键工艺参数对成形结果的影响规律并进行理论分析,最后通过充液成形实验对该工艺方案进行验证。结果根据工艺优化方案,得出在最大液室压力为4 MPa,初始反胀压力为0,压边间隙为2.2 mm时零件的成形效果最好。结论通过充液成形的方法,可以有效解决船形深腔薄壁构件尖端部位的起皱和入口圆角处的破裂缺陷,提高成形质量。

基于神经网络遗传算法的深腔型零件拉深工艺参数优化

目的解决冲压成形中工艺参数优化难的问题。方法以一种深腔型零件的冲压成形为例。首先,借助灰度关联分析法对有限元中的工艺参数进行分析,获取该零件冲压成形中影响成形质量的2个主要因素——冲压速度和压边力。其次,借助拉丁超立方抽样法对上述2个因素进行随机取样,并借助DYNAFORM软件对其进行逐一模拟。再次,将冲压速度和压边力作为输入,最大减薄作为输出,训练在MATLAB中建立的BP神经网络,并借助遗传算法对其进行寻优。结果最优成形压边力为1.372 MN,最优加载速度为1.5366 m/s。结论与神经网络遗传算法预测相比,有限元结果的相对误差小于2%,零件试制结果的相对误差小于6%,该方法有较高的预测精度。

拉伸比对2A16铝合金板材双向拉伸性能的影响

为获取2A16铝合金板料在复杂加载条件下的材料性能,设计了一种臂上开缝、中心带槽的十字形试样并开展双向拉伸试验,研究了2A16铝合金板材在双向加载时的材料力学性能。建立有限元分析模型,基于ABAQUS软件对十字形试样的双向拉伸过程进行数值模拟。同时,利用板材双向拉伸试验机在X、Y两轴拉伸比分别为3∶3、3∶2、3∶1、1∶3和2∶3共5组条件下开展双向拉伸试验,并采用光学数字化散斑技术测量应变值。结果表明,数值模拟与试验有较好的一致性,改变两轴拉伸比对试样破裂位置及应变值具有显著影响,最终得到2A16铝合金板材在5组双向拉伸比下的真实应力-应变曲线,其在双向等拉时屈服应力值最高,且不同拉伸比下最大真实应变值差别较明显。

铝镁合金温热介质充液成形加载条件及温度场影响研究

目的探究液室压力和拉深速度以及温度场分布规律对成形性能的影响。方法在通用有限元软件MSC.Marc中建立5A06铝镁合金温热介质充液成形有限元模拟的专用平台,对典型零件温热介质充液成形进行有限元模拟。结果在液室压力为5 MPa、拉深速度为5 mm/s的情况下成形效果最好,最佳温度场分布为凹模与板料温度250℃、凸模温度20℃、压边圈温度300℃,在此条件下,凸模直径为100 mm时极限拉深深度可达到161.4 mm。结论液室压力和拉深速度以及温度场的分布对成形性能有着显著影响。

小曲率铝合金框形件弯胀成形数值模拟研究

目的针对一种小曲率铝合金框形件成形后回弹大和起皱问题,对其进行弯胀复合成形工艺的数值模拟研究。方法基于DYNAFORM软件对成形过程进行仿真,并通过对比分析零件的最大减薄率及圆角处的贴膜度,得出该零件最大液室压力的最优值为20 MPa,并基于该参数进行壁厚分布及回弹的模拟分析,最后,通过现场试验对该成形方案进行验证。结果通过采用弯胀复合成形工艺方法,该零件的最大回弹量控制在2 mm以内,零件整体成形质量较好,无破裂、起皱现象。结论该种成形方法较刚性模压弯及主动式充液胀形更具优势,能够有效解决小曲率框形件回弹大及起皱问题。

Springback analysis and strategy for multi-stage thin-walled parts with complex geometries

Springback of a SUS321 complex geometry part formed by the multi-stage rigid-flexible compound process was studied through numerical simulations and laboratory experiments in this work.The sensitivity analysis was provided to have an insight in the effect of the evaluated process parameters.Furthermore,in order to minimize the springback problem,an accurate springback simulation model of the part was established and validated.The effects of the element size and timesteps on springback model were further investigated.Results indicate that the custom mesh size is beneficial for the springback simulation,and the four timesteps are found suited for the springback analysis for the complex geometry part.Finally,a strategy for reducing the springback by changing the geometry of the blank is proposed.The optimal blank geometry is obtained and used for manufacturing the part.

充液成形设备双闭环控制分析

目的研究先进充液成形设备的精度控制技术,以满足充液成形过程中对成形介质压力及侧推油缸位置的高精度控制要求,并确保模具型腔的密封性和零件成形的稳定性。方法基于PLC控制器下的PID闭环控制功能,将速度闭环和位置或压力闭环进行集成,开发应用于液压系统的双闭环控制方法。结果使用双闭环控制方法,可以调整侧推油缸的位置控制精度及响应速度,并将精度控制在0.1 mm以内,也可调整增压装置的输出端压力控制精度,使精度达到0.3MPa。结论在利用充液成形设备进行液压成形的过程中,双闭环技术可以实现设备侧向密封的精确位置控制以及型腔内压力的精确控制。