无模无铆连接接头的塑性变形行为及工艺参数研究

为克服传统无铆连接工艺模具结构复杂、对中要求高等不足,提出了一种新型无模无铆连接工艺,并针对2 mm厚AA5052-H32铝合金板材开展了无模无铆接头塑性变形行为及工艺参数的研究。通过单轴拉伸实验和参数拟合获取了铝合金材料模型,并以此为材料数据建立了无模无铆接头成形过程有限元模型。此外,还分析了成形过程中板料的等效塑性应变、等效应力和材料流动情况,研究了冲头工艺参数对接头塑性变形行为的影响规律。实验与仿真结果表明,所建立的有限元模型具有较好的精度,[JP3]可以有效预测接头的成形过程,接头的颈部厚度、互锁值和凸起高度的预测误差均在10%以内,分别为9.4%、1.8%和0.1%;冲头直径、冲头圆角半径、冲头高度和冲头拔模斜度4种冲头工艺参数对接头的塑性变形行为和最终的接头形状有重要影响。

高强度金属棒料精密剪切分离技术研究进展

金属棒料切断分离的下料工序是大多数机械零件成形制造的第1道工序。传统冲床剪切和带锯锯切的工艺方法由于存在不同程度的切断力大、断面质量差、生产效率低和材料浪费等问题,难以适用于中大直径的高强度金属棒料的高效精密切断。依据剪切下料的锻压设备类型及加载速度,将处于研究及推广状态的高强度金属棒料的精密剪切分离技术分为低速和高速两类,从工艺原理、设备类型、断面质量以及剪切效率等方面对不同精密剪切分离技术进行了探讨。相比于传统下料技术,高速精密剪切分离技术切断效率及断面精度更高,并提出了该技术进一步的研究方向。

交流伺服式机械压力机及其关键技术探讨

论述了制造业是中国的治国之本、兴国之器、强国之基,而先进的装备制造业是我国当前与未来重点的发展领域。分析了机器由机械本体系统与电气控制系统组成,而机械本体系统分别由动力源、传动部件和工作机构组成,明确指出直驱与近零传动是未来机器的发展方向。对比分析了交流异步电动机与交流永磁同步伺服电动机的优缺点,指出交流永磁同步伺服电动机是机械压力机的理想动力源。第三代锻压设备的交流伺服式机械压力机及其驱动与传动的三种典型方式分别为小型压机用丝杠-带轮式、中型压机用带轮-偏载丝杠-肘杆式、大中型压机则采用带轮-多级齿轮-曲柄滑块式。分析了国内外伺服压力机的产品现状,中大吨位的伺服压力机常采用多个交流伺服同步电动机共同驱动的方式。对交流伺服式机械压力机的关键技术进行了探讨,为我国伺服压力机追赶国际先进水平奠定坚实的基础。

液压缸缸筒径向锻造成形工艺仿真分析

径向锻造工艺广泛应用于复杂轴管类零件的制造中。基于径向锻造工艺的特点,提出了液压缸缸筒的节材强化高效型径向锻造成形工艺。首先介绍了缸筒径向锻造工艺的原理,然后基于Forge软件建立了有限元三维模型。通过对仿真结果的分析,得到了液压缸缸筒径向锻造工艺成形过程中的变形特点、成形载荷和能量消耗情况。通过三道次径向冷锻渐进成形,原始筒坯逐渐变长变薄。成形过程中在外径过渡区出现了拱起现象,可通过改善摩擦条件和机械手的拉拔力来改善或消除。随着道次数的增加,材料的加工硬化越来越明显,使得材料的变形抗力越来越大,导致锤头载荷和能量消耗越来越大。采用该工艺成形液压缸缸筒的材料利用率高达90%以上。

大直径薄壁压力容器封头成形工艺与设备合理性的探讨

介绍了大直径薄壁的压力容器的主要应用领域与关键部位的制造工艺,指出大直径薄壁压力容器产品在现代工业中应采用高效高性能高可靠低成本(三高一低)的成形工艺与设备来实现,因封头制造难度最大,研发封头所采用的不同塑性成形工艺与设备极为重要。论述了大直径薄壁压力容器用封头的板材变极性等离子焊接成形、板材变极性TIG熔焊成形、板材搅拌摩擦焊成形、板材整体充液成形和板材整体旋压成形5种成形工艺及其设备,比较了5种成形工艺与设备各自的优缺点及其合适的工业化应用领域。为大直径薄壁压力容器产品的高效精密成形工艺与设备的工业化推广应用奠定坚实的基础。

低应力下料中棒料V型槽应力集中系数的计算

针对低应力下料中棒料V型槽尖端应力分布的复杂性,提出采用折线形截面假设法计算型槽的应力集中效应。建立了基于折线形截面假设法构建的棒料几何模型,通过分析棒料中微量细长单元,获得了棒料V型槽的应力集中系数计算公式,并分析了V型槽底角半径对应力集中系数的影响规律。为了验证公式的准确性,采用数值仿真技术建立了棒料力学模型并进行了计算,结果显示：当V型槽底角半径在0.3～0.5 mm时,理论计算数据与Ansys仿真结果有较高吻合度;当底角半径在0.2～0.3 mm时,通过加入影响因子也能使理论计算数据与Ansys仿真结果较好吻合;并指出V型槽张角对其应力集中程度的影响较小,考虑到加工的可行性和经济性,取张角为60°。低应力弯曲下料试验进一步证明,基于试验得出的实际应力集中系数与理论公式计算所得的应力集中系数吻合较好,最大误差小于8.4%,能够满足使用要求。

低应力疲劳裂纹可控式精密分离技术

金属棒、管料下料工艺被广泛应用于装备制造业、汽车工业、航天工业和轴承工业。传统棒、管料下料技术存在生产效率低、材料利用率低和断面质量差等缺点。为实现"既平又快"的精密下料,提出低应力疲劳裂纹可控式精密分离技术。总结了低应力疲劳裂纹可控式精密分离技术的原理,针对应用该技术的6种相关工艺在工作原理、装备设计、下料效率、断面质量、适用范围及工艺优缺点等方面进行了探讨。最后总结出低应力疲劳裂纹可控式精密分离技术适用于直径为Φ2~Φ70 mm的棒、管料下料。相比于传统下料技术,低应力疲劳裂纹可控式精密分离技术下料效率高、断面倾斜度小、精度高。提出了该技术进一步研究的方向。

1600kN精压机工作机构的力学分析

建立了精压机工作机构的力学模型,包括各个连杆所受的轴向力和摩擦力。以本课题组设计的1600 k N精压机的技术参数为例,对精压机工作机构进行了惯性力分析和计算。分别求解了该工作机构在精压过程中水平方向和竖直方向上的惯性力,并提出了采用左右对称的双肘杆机构消除水平方向惯性力和采用滑块平衡器降低竖直方向惯性力的措施。对1600 k N精压机的工作机构进行了有限元分析,包括静力学分析和模态分析。求解了该精压机工作机构的等效应力分布、变形分布和前6阶固有频率,验证了该精压机工作机构的可靠性和安全性。

复杂型面滚轧成形设备现状分析

相比于传统切削加工,复杂型面滚轧成形轴类零件的强度提升、表面质量好、加工时间短、材料利用率高。复杂型面滚轧工艺类型更多、成形过程运动更复杂,不同复杂型面滚轧工艺所要求成形设备结构及运动方式也各不相同,因此首先分析了复杂型面滚轧工艺类型及衍生分支,进而阐明了相应的平板模具搓制、轮式模具滚轧、轴向进给主动旋转滚轧的设备结构原理及运动特征,评述了不同类型的复杂型面滚轧设备的最新研究进展,介绍了具有代表性的典型产品。在此基础上指出了伺服化是复杂型面滚轧设备发展趋势,复合振动或温成形是解决高强材料复杂型面精确滚轧问题的途径。

建筑用钢筋端头螺纹的高效精密滚压工艺及设备特性的研究现状

钢筋混凝土结构在大型建筑、道路桥梁、机场码头、核电等领域应用广泛,市场上高大工程建筑对大直径、超长钢筋的需求持续增加,超长钢筋由多根钢筋通过螺纹连接构成,实现每根钢筋连接端头螺纹的高效精密成形至关重要,是目前迫切需要解决的难题。分析了国内外钢筋两端螺纹的制造工艺,论述了钢筋端头螺纹滚压塑性成形的基本原理和工艺过程,对钢筋连接端头的剥肋尺寸、滚压模具的结构、工件与滚压模具之间的轴向运动以及滚压成形前模具的相位要求等多方面的问题进行了总结;对目前国内外钢筋端头螺纹滚压设备的基本原理、工作过程及其特点进行了总结,从而为建筑用钢筋两端螺纹的高效精密滚压成形工艺和设备技术的提升与推广奠定良好的基础。

铝合金板材摩擦辅热平底铆压塑性连接工艺

为了解决平底无铆连接技术中匙孔缺陷问题,提出了摩擦辅热平底铆压塑性连接工艺,针对2 mm厚5754铝合金板材开展了摩擦辅热平底铆压过程数值模拟和试验研究。首先,研究了铝合金板材摩擦辅热平底铆压过程中的材料流动行为和温度场分布,重点讨论了转速、摩擦加热时间和铆压速度对温度场分布、铆压力和成形效果的影响规律。然后,对比了摩擦辅热平底铆压工艺较平底无铆连接工艺在成形力和成形效果的提升能力,并根据摩擦热输入量对成形高度和互锁值的影响机制,确定了该工艺的合理工艺参数范围。最后,评估了有限元数值模型的准确性。结果表明:转速、摩擦加热时间和铆压速度是影响摩擦辅热平底铆压成形力和成形效果的关键因素,摩擦辅热平底铆压工艺较平底无铆连接工艺所需铆压成形力可降低67%,成形高度可提高11.1%,互锁值可提高42.1%;2 mm厚5754铝合金板材摩擦辅热平底铆压连接的最优转速范围为1000~1600 r·min^(-1),摩擦时间为10~15 s,铆压速度为0.2~1 mm·s^(-1);有限元分析结果与试验结果接近,比有限元数值模型可以有效预测摩擦辅热平底铆压连接成形过程。

氢循环泵用涡旋盘成形工艺的研究现状

在“碳达峰、碳中和”背景下,我国氢能及燃料电池汽车产业发展迅速。作为典型的多层、薄壁杯类复杂件,涡旋盘是氢燃料电池系统用涡旋式氢循环泵的核心零件,其性能的优劣对氢燃料电池汽车的氢循系统性能有着极其重要的影响。主要综述了国内外涡旋盘的成形工艺,包括数控铣削、液态压铸、液态模锻、固态热锻、粉末冶金成形等,并分析探讨了不同成形工艺的优缺点;在此基础上,结合笔者的研究经历着重介绍了一种具有“高效短流程”特点的一模四件涡旋盘零件半固态多向挤压成形新工艺,设计了相应的成形模具,并详细介绍了适用于该工艺的模具浇道系统。

多电机驱动搅拌摩擦振动铆焊设备结构有限元分析

为了实现异种材料的高性能点连接,本文针对搅拌摩擦振动铆焊新技术设计了多电机驱动搅拌摩擦振动铆焊设备,对设备结构进行了有限元分析。利用Ansys Workbench软件对设备的机身进行静力学分析,校核了机身和关键零部件的刚度与强度,并通过模态分析研究了设备振动响应特性。结果表明,设备结构设计和运动控制方案满足异种材料的搅拌摩擦振动铆焊连接工艺需求;机身的强度与刚度性能良好,设备工作过程中振动稳定,不会发生共振现象;动力头安装架及主轴等关键零部件结构设计合理,强度和刚度均满足搅拌摩擦振动铆焊工艺需求,主轴的额定转速远小于共振临界转速,动态特性良好。

6 m级分散多动力对轮旋压设备结构及有限元校核

随着我国航空航天、石油化工以及武器军工等领域的蓬勃发展,高质量高精度的大直径薄壁筒形件需求量日益增多。而对轮旋压工艺是成形制造此类大型薄壁筒形件的有效成形方法。然而,目前我国关于2500 mm以上对轮旋压设备及其设计理论研究不足。因此探讨了大型对轮旋压设备结构及驱动形式,提出了可成形制造6 m直径薄壁筒的对轮旋压设备结构及其分散动力全电伺服驱动方案。所设计的对轮旋压设备可加工直径为4000~6000 mm,最大厚度80 mm的大直径铝合金薄壁筒体。采用双齿辊夹持驱动筒坯主动旋转,伺服电动缸和伺服电机相结合的两级调节方式实现径向位置的精确定位。完成了设备各主要运动机构的结构设计与关键件的选型计算;对设备机架的刚度强度与模态进行了有限元分析,结果表明设备运行安全。其驱动形式和设计方法为大直径对轮旋压设备设计制造提供了一定的基础。

不同类型缺口对管材精密下料过程中微裂纹萌生的影响

针对管材的精密下料问题,对管料外表面不同类型环状缺口的缺口效应进行了研究,并对管料环状V型缺口根部应力场的参数进行了分析,确定了缺口张角、缺口深度和缺口根部底角半径是影响环状V型缺口根部应力场的3个主要参数,并推导出了适合管料下料的管料V型缺口参数的数学表达式。提出了管材疲劳断裂精密下料缺口的设计,并分别对表面带有环状V型缺口试样、环状U型缺口试样、朝着与背着下料端方向45°的不对称V型缺口试样4种缺口形式进行了数值模拟计算,得到朝着下料端方向45°不对称V型缺口和环状V型缺口这两种缺口形式是比较适合的缺口形式,并对每种缺口在相同实验条件下产生的裂纹扩展长度做了相关试验研究,试验结论和数值模拟结论相吻合。

影响汽车轻量化板料无铆钉连接接头强度的因素

为了研究工艺设计对无铆钉连接接头强度的影响,以6061、5052铝合金和Q235普通碳素结构钢板料为无铆钉连接的试验材料,制作同种材料、不同材料、相同厚度和不同厚度的无铆钉接头。通过三种材料的载荷-位移曲线,确定板料的放置位置。对接头进行热处理,并对不同数量接头、不同拉伸速度、不同剪切角度以及不同组合进行试验,探讨各因素对接头强度的影响规律。结果表明; 530℃的固溶处理(保温2 h)获得的6061-6061铝合金接头强度最高;随着接头数量和接头剪切角度的增加,接头强度增加;低速拉伸情况下,接头强度变化较小。

大规格花键轴单齿径向锻造变形行为

针对大规格花键轴高性能高效率成形制造问题,提出了单齿径向锻造成形大规格花键轴新工艺方法。首先分析了传统齿形成形工艺用于成形大规格花键轴所存在的不足以及包覆式4锤头同时径向锻打成形外齿形件存在的严重缺陷,然后构建了45钢热成形的材料本构模型,基于FORGE软件建立了大规格花键轴单齿径向锻造成形工艺的有限元模型。通过有限元仿真分析,得到了具有合理齿形的花键轴,验证了单齿径向锻造工艺成形花键轴齿形的可行性和有效性。揭示了花键轴单齿径向锻造成形过程中的塑性变形行为,仿真结果表明:在径向锻造成形过程中,材料的塑性变形主要发生在工件表层,且齿槽区累积塑性变形程度相对齿形区更大。

制动管一体式法兰接头热镦挤成形工艺仿真分析

目的 针对铁路货车空气管路制动系统中焊接法兰接头连接质量不佳的问题,提出一种制动管一体式法兰接头热镦挤工艺。方法 分析了制动管用AISI321不锈钢的高温变形行为并构建了本构方程,并通过DEFORM–2D软件对制动管件法兰接头热镦挤工艺进行了数值模拟。结果 应力–应变曲线在低应变速率时呈现稳态流动,但在高应变速率下会出现明显的波动。本构方程得到的应力计算值与试验真实值的相关系数为0.986,平均相对误差为6.7%。在热镦挤工艺成形法兰接头过程中,挤压阶段的最大应力位于制动管扩径的圆锥面处;镦粗阶段的最大应力位于法兰接头平面成形处,并最终转移至法兰接头的圆角处。结论 建立的本构方程能够反映AISI 321不锈钢真实应力–真实应变的关系,可用于描述该材料在热镦挤成形工艺中的塑性变形行为。在该制动管一体式法兰接头热镦挤成形过程的镦粗阶段,摩擦因数保持在0.3以下能够有效降低镦粗力。

Al5052铝合金板材平底无铆连接质量分析

目的 研究底厚值对平底无铆连接强度的影响规律。方法 对2层Al5052铝合金板材进行平底无铆连接成形试验和连接强度检测试验,分析底厚值对接头抗拉强度、抗剪强度和接头失效形式的影响。结果 随着底厚值的减小,抗拉强度逐渐增大,抗剪强度逐渐减小。当底厚值为0.5 mm时,接头的连接强度最好,接头为混合失效。结论 合理控制底厚值可保证接头的连接强度,为平底无铆连接接头质量的现场评价提供依据。

大型筒体对轮强力旋压成形特征与规律研究

目的 研究大直径薄壁筒体在对轮强力旋压过程中的应力–应变分布情况和材料流动特征,探明减薄率、进给比和主轴转速等工艺参数对成形结果的影响规律。方法 利用Forge仿真平台建立2.25m级5052铝合金筒体对轮强力旋压的有限元模型,分析筒体成形过程中的应力–应变状态和主要工艺参数对成形精度与旋压成形力的影响规律。结果 在对轮旋压成形过程中,筒体内外侧应力–应变呈对称分布,成形区域内材料呈扇形流动。工艺参数对成形工件壁厚精度和旋压成形力的影响主次顺序为:减薄率>进给比>主轴转速。结论 各工艺参数的增大均会降低工件的壁厚精度,减薄率和进给比的增大会引起旋压成形力增大,而主轴转速增大会使旋压成形力轻微减小。