大减薄率薄壁半球形封头扩径旋压的失稳研究

法兰起皱、翘曲等失稳缺陷是影响薄壁封头精密旋压制造的重要因素。运用三维有限元软件MSC.MARC模拟大减薄率薄壁半球形封头扩径旋压过程,获得了薄壁半球形封头的壁厚及减薄率对薄壁半球形封头旋压失稳的影响规律。结果表明,壁厚越小、减薄率越大,薄壁半球形封头越容易产生法兰起皱、翘曲等失稳缺陷。提取仿真结果中的周向应力数据,分析了周向应力与法兰失稳之间的关系,得到最大周向压应力为法兰起皱失稳临界应力,并通过旋压实验进行了验证,从而为研究薄壁封头的稳定精密旋压提供理论参考。

铝合金车轮一次性大减薄率强力旋压模拟与工艺优化

目的研究铝合金车轮的一次性大减薄率强力旋压模拟,以及工艺的改善方案。方法基于Simufact旋压模块,对铝合金车轮的一次性大减薄率强力旋压进行了数值模拟,分析了旋轮的运动轨迹对旋压成形、材料等效应力、旋轮载荷的影响。结果通过调整3个旋轮的工作轨迹,重新分配每个旋轮的错距、减薄率,控制材料的隆起,解决了折叠、裂纹和设备过载等问题。结论实现了铝合金车轮一次性大减薄率旋压成形,一次性减薄率达到70%以上。

基于响应曲面法的板料渐进成形最大减薄率预测与分析

以典型方锥台件为成形对象,考虑了层间步距、板材厚度和工具头直径3个工艺参数,首先,使用Box-Behnken方法设计了15组实验,并使用超声波测厚仪获得成形件侧壁上沿深度方向的厚度变化趋势。测得的数据表明,在渐进成形过程中厚度变化并不是一直遵循正弦定律的,而是出现了过度减薄的现象。然后,应用响应曲面法建立了3个工艺参数与制件的最大减薄率之间的二阶响应曲面模型,分析了3个工艺参数独自及其相互作用对最大减薄率的影响。研究结果表明,最大减薄率随工具头直径的减小和步距的增大而增加,但受板材厚度影响较小。最后,以获得最大减薄率的最小值为目标优化工艺参数,得到了最优工艺参数组合:层间步距为2mm,板材厚度为1.27mm,工具头直径为10mm。研究结果对避免渐进成形件过度减薄及提高成形质量具有指导意义。

汽车前车门加强板冲压工艺设计及成形优化

针对汽车前车门加强板变形复杂、材料流动不易控制、成形开裂等问题,首先分析了汽车前车门加强板结构特点,确定了“一模两件”的总体成形方案,并详细设计了拉延成形、修边-冲孔-整形、修边-侧冲和侧修边-侧冲孔-冲孔-切断的成形过程。其次以材料减薄率为切入点,采用数值模拟探究了压边力、模具间隙和冲压速率对零件成形质量的影响规律,预测了零件开裂的位置和程度,得到了较为优异的工艺参数:压边力控制在400 kN以内,模具间隙不小于1.10 mm,冲压速率不高于3000 mm·s^(-1)。最后采用正交试验方法,得到了各因素各水平最大减薄率平均值,计算出压边力、模具间隙和冲压速率这三者的极差分别为3.223%、1.489%和0.763%。基于分析结果得到了压边力300 kN,模具间隙1.15 mm,冲压速率3000 mm·s^(-1)的最优工艺参数组合,并进行了生产试验验证,制出了合格成形零件实物。

锆合金薄板冲压工艺的多种群社会群体算法优化

为了减小锆合金薄板冲压成形件的最大减薄率、提高冲压成形件质量,提出了基于多种群社会群体算法的冲压工艺优化方法。介绍了冲压件的3维尺寸和锆合金材料力学参数,以有限元仿真的方式确定了锆合金冲压成形的缺陷。选择冲压速度、压边力、模具间隙作为优化参数,以减小冲压件的最大减薄率为目标建立了优化模型。使用智能神经网络建立了输入参数与输出参数的回归模型,并对回归效果进行了检验。分析了社会群体优化算法的多样性缺陷,在算法中加入了多种群机制和多知识来源机制,提出了多种群社会群体优化算法。使用多种群社会群体算法求解优化模型,得到了工艺参数的优化值。依据优化参数生产了10个冲压试制件,经测量冲压试制件的最大减薄率均值为7.916%,明显小于优化前的最大减薄率10.746%,说明经过优化明显减小了锆合金冲压件的最大减薄率。10个试制件的最大减薄率标准差仅为0.652%,说明生产过程稳定。

基于灰色系统理论的隔热件成形优化

通过对压边力、摩擦系数、锁模力和拉延筋高度等影响零件成形质量的参数进行正交试验,设计多组试验方案,获得成形零件的最大减薄率和成形力;基于灰色系统理论,计算目标函数的关联系数和关联度,将多目标函数通过关联度值转换为单目标函数的问题。通过灰色系统理论对成形工艺参数进行优化,获得了优化工艺参数组合。以压边力为210 k N、摩擦系数为0.08、锁模力为340 k N以及拉延筋高度为3 mm,在JH21-315B压力机上进行试验,结果显示,最大减薄率得到控制,隔热件成形质量得到提高,与此同时,验证了上述成形工艺参数组合和灰色系统理论优化的可行性。

基于响应面模型和灰色关联度的板料成形工艺参数优化

以非线性有限元分析软件Dynaform为平台,基于二阶响应曲面法和灰色关联度,对非标准盒制件冲压成形工艺参数寻优。首先,利用正交试验法获取不同因素的不同组合下的减薄率数值;再采用灰色关联度理论,找到对该盒形件最大减薄率起主要影响的2个因素即等效拉延阻力和压边力;基于响应曲面模型,利用Design Exper软件,结合中心复合设计法(CCD)建立优化目标和主要影响因素的二次回归模型;据成形极限图(FLD)的曲线设置板料的目标函数,可求得等效拉延阻力和压边力的最优解。通过对比优化前后的数值模拟结果可知,优化后的冲压参数可以有效提高板料成形性能和质量。

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。

辊模参数对不锈钢极板辊压成形微流道端部的影响

建立了氢燃料电池金属极板辊压成形微流道数值模型,将最大等效应力和最大减薄率作为评价指标,通过数值模拟研究了上辊凸起高度、上辊凸起宽度、拔模斜度和上辊圆角半径等辊模特征参数对单流道端部成形的影响规律,进而建立了辊模尺寸参数与最大减薄率之间的数学关系,同时对比分析了连续辊压成形时的多流道壁厚减薄量并进行了试验验证。结果表明,辊压加工316L不锈钢极板流道时,最大等效应力值及壁厚最薄位置均出现在流道端部圆角区域。当上辊凸起高度h1从0.3 mm增至0.45 mm时,流道端部最大等效应力值增大且最大减薄率从11.9%增至14.8%;当上辊圆角半径r1从0.15 mm增至0.25 mm时,流道端部最大等效应力值减小且最大减薄率从17.4%降至11.3%;在相同的辊模参数下,双流道和三流道的最大减薄率仅比单流道大2.9%左右,反映出辊压成形对材料减薄率的影响较小,且辊压成形的加工一致性较好。

一种新型双层X形管内高压成形加载路径的智能优化方法

为了提高双层X形管的成形性能,本文针对双层X形管内高压成形过程加载路径的智能优化方法开展研究。将多目标动态优化方法用于双层X形管工艺质量参数的动态调整与优化,通过建立内层管最大减薄率、外层管最大减薄率、极限圆角半径、支管高度4个主要评价因素的柔性可调整区间,协调优化参数,使双层X形管的变形尽可能处于最佳状态。采用线性加权法建立双层X形管工艺质量参数的多因素综合目标函数,并运用遗传算法和BP神经网络控制方法对多目标动态优化函数进行推导求解,优化了学习效率,提高了计算精度,增强了与实际工艺的匹配程度。模拟结果与实验结果的误差在±7%以内,说明此双层X形管在内高压成形过程的加载路径优化控制方法具有较高的精度和可行性。

卡车用铝镁合金油箱盖板拉深成形的有限元模拟

以某卡车用AA5754铝镁合金油箱盖板为研究对象,利用DYNAFORM有限元软件对其拉深成形过程进行有限元模拟,研究了板料厚度、模具间隙及压边力对最大减薄率的影响,并进行了试验验证。结果表明:油箱盖板最大减薄率随着板料厚度及压边力的增大而增加,随着模具间隙的增大而减小;最大减薄率及最大增厚率的模拟值与试验值的相对误差分别为7.85%与9.48%,验证了有限元模拟的准确性;通过有限元模拟,将板料的厚度从3mm降至2.5mm。

汽车前轮罩内板起皱问题解决和工艺方案制定

采用有限元分析软件Autoform对某车型左、右前轮罩内板的拉延成形过程进行仿真模拟;通过仿真分析确定该零件合理的工艺造型和产品压料面,在此基础上,调整机床压边力、拉延筋分布状况,结合FLD曲线分析该零件关键位置的最大减薄率及表面质量状况,对上述工艺参数进行优化,得到合理的仿真分析结果;最后通过生产实践得到合格零件。

基于Dynaform的托辊轴承座壁厚减薄率的影响因素研究

利用板料成形软件Dynaform模拟了托辊轴承座的拉深成形过程,建立了相对凸模圆角半径与壁厚最大减薄率的线性回归模型,推导出壁厚最大减薄率的计算式,并通过试验验证了其正确性。结果表明:模拟计算结果与试验测量结果相差1%,能够较为准确的反映模具尺寸和壁厚均匀性之间的关系。

车身内板件拉延成形仿真与工艺参数优化

针对某型车身内板件,采用极差分析优化正交仿真试验的方法,建立制件的拉延工序三维有限元模型,研究拉延成形工艺参数中拉延筋线扩大尺寸L、可变拉延筋约束力F_(R1)与F_(R2)和压边圈压边力Q对最大减薄率T_(max)的影响。试验结果表明:影响T_(max)因素的主次关系为F_(R1)>F_(R2)>Q>L;应用分析出的最优工艺参数组仿真,T_(max)为-0.2198,次于最优水平和次优水平,说明对T_(max)具有明显的优化增益作用;应用分析出的最次工艺参数组仿真,T_(max)为-0.2362,仅次于最次水平,说明对T_(max)具有明显的优化减益作用。仿真结果表明:优化增益时,成形不充分区域面积被增大;优化减益时,成形不充分区域面积被消除,原因是进料量的变化引起的板料对凸模贴合张力变化所致。

轿车前围挡板成形工艺分析及模具设计

针对轿车前围挡板零件成形复杂、变形不易控制、拉延起皱和开裂等问题。首先,分析了轿车前围挡板零件的结构特点,基于零件特点和冲压要求确定了拉延成形、修边、侧修边-侧冲孔、冲孔-修边-翻边和侧翻边-翻孔5道冲压工序的成形工艺。其次,采用数值模拟方法对第1工序拉延成形进行模拟计算,探究了不同压边力对零件成形质量的影响规律,得到压边力应控制在550 k N以内,最大减薄率为30.222%,位置在零件两侧小圆角区域,最大增厚率为11.969%,位置在修边线以外,满足设计要求。最后,基于工艺设计和模具设计要求,设计了零件成形模具并进行了实验验证。结果表明:理论工艺设计、工艺分析和模具设计合理,可为车身覆盖件开发提供经验。

基于CAD/CAE的A柱内板成形工艺优化及模具设计

为解决轿车A柱内板冲压成形开裂、起皱和变形不对称等问题,分析了轿车A柱内板的结构特点,采用“一模两件”的工艺设计方案解决单个零件变形不对称问题,设计了拉延成形、修边-冲孔、翻边-修边-侧冲孔和侧冲孔-切断的全工序冲压方案。并采用数值模拟方法,从材料厚度最大减薄率和最大增厚率两个方面探究了压边力、冲压速度和模具间隙对零件成形质量的影响规律,得到了压边力为350~400 kN、冲压速度在2000 mm·s^(-1)以内、模具间隙为1.61~1.54 mm时成形效果较好。运用正交试验方法,计算出各因素各水平的材料厚度最大减薄率平均值,得到了压边力因素的极差为0.776、冲压速度因素的极差为1.259、模具间隙因素的极差为0.247,确定了压边力为350 kN、冲压速度为1500 mm·s^(-1)、模具间隙为1.54 mm的最优工艺参数组合。最后,基于工艺设计设计了成形模具,并采用最优工艺参数进行了试模生产,零件未产生开裂、起皱等缺陷,验证了模拟计算的可靠性。

基于响应面法的柱形壳内高压胀形工艺优化

针对柱形壳在制造过程中的厚度均匀性和成形性能差等问题,提出采用橡胶内高压胀形工艺进行柱形壳的成形,并通过优化肩部传力区域的工艺参数来提高柱形壳的成形性能。基于响应面法中的Box-Behnken Design进行试验方案的设计,建立并优化了以模具结构中肩部传力区域的内圆角半径、外圆角半径、斜边角度和摩擦因数为设计变量,以最大减薄率为响应值的响应面模型,并通过对响应面模型进行方差分析和相关性分析,确定了柱形壳内高压胀形的最佳工艺参数组合为:内圆角半径为9.89 mm,外圆角半径为1 mm,斜边角度为10.13°,摩擦因数为0.104。采用最佳的工艺参数进行柱形壳内高压胀形模拟分析和试验,验证了响应面模型优化的可靠性和模拟分析的准确性。

大型复杂型面动车车头零件快速超塑成形工艺研究

以动车车头左前侧壁板为研究对象,对铝合金左前侧壁板的快速超塑成形工艺进行了研究。基于左前侧壁板零件的三维形状,设计了快速超塑成形凸模和凹模,采用凸模成形,以壁板内型面作为凸模主要型面。利用MSC.MARC软件对左前侧壁板的热冲压、反胀超塑成形和正胀超塑成形阶段进行有限元分析,选择合适的反胀时间以控制反胀厚度,正胀实现零件的最终成形,最薄部位位于零件加工余量处,最大减薄率为21%,局部有聚料现象。之后进行了左前侧壁板快速超塑成形实验,在上端和前端中部有褶皱现象,与有限元分析结果基本吻合,对成形过程进行工艺改进后,成功地制造了表面质量良好的左前侧壁板。最后,对成形后材料的力学性能、零件的厚度分布和形状精度进行了测量。

轿车加强梁内高压成形规律的仿真研究

针对轿车前副车架加强梁内高压成形技术,为了研究其成形规律,借助非线性有限元软件AUTOFORM,采用多道次工序开展轿车加强梁内高压成形数值模拟研究。确定了合理加载路径及主要参数设置,通过仿真计算其壁厚最大减薄率为19.84%,基于此分析了低温退火处理、模具与管材接触面的摩擦系数对加强梁内高压成形厚度分布以及结构件最大减薄率的影响规律。结果表明,低温退火处理方法较未经退火方法其最大减薄率会有显著降低,并使其壁厚分布更加均匀;同时,摩擦系数越小,壁厚减薄率越小,且对于横截面处壁厚分布越接近于初始壁厚。

汽车覆盖件拉延成形工艺参数多目标优化

针对汽车覆盖件拉延成形中容易产生起皱、破裂、拉延不充分的问题,以汽车引擎盖外板为例,提出了一种正交试验设计和二次多项式逐步回归相结合的多目标优化方法。首先,运用单因素变量法研究了工艺参数对拉延成形质量的影响,得出主要影响因素;其次,针对各因素进行正交试验设计,应用二次多项式逐步回归法对试验数据进行拟合,得到二次多项式代理模型,并对代理模型精度进行分析;然后,构造多目标优化模型,以加权函数最小为优化目标,得出在保证拉延成形充分的前提下,最大增厚率的最小值以及所对应的工艺参数组合;最后,应用优化后的工艺参数进行模拟仿真,获得了良好的拉延成形效果。研究结果表明,使用优化后的工艺参数进行试模,获得的引擎盖外板的最大减薄率为16.837%,最大增厚率为10.171%,成形质量较好;应用基于正交试验设计和二次多项式逐步回归的多目标优化方法够控制和预测成形质量、减少试模次数、降低生产成本,为此类零件的研究提供了参考,具有指导和借鉴意义。