薄壁管数控弯曲过程中失稳起皱的主要影响因素

针对薄壁管数控弯曲精确成形过程在多因素交互作用下可能发生失稳起皱这一复杂物理问题,基于起皱能量准则和有限元方法相结合,提出了预测该过程起皱发生的能量(数值)方法,研究了影响薄壁管数控弯曲成形过程起皱发生的主要因素及影响机制。结果表明,弯曲半径、相对管径、芯棒伸长量和摩擦因素是影响薄壁管数控弯曲精确成形过程起皱发生的主要因素,而材料的应力强度系数和加工速度等对起皱发生影响较小。研究结果为薄壁管数控弯曲精确成形过程参数的确定和优化创造了条件。

薄壁件塑性成形失稳起皱的国内外研究进展

薄壁类零件由于其塑性成形容易达到对产品精密化、轻量化、强韧化及柔性化的要求 ,广泛应用于当代航天、航空、汽车、化工和其他高技术产业中 ,成为先进塑性加工技术面向 2 1世纪研究与发展的一个重要方向。受压失稳起皱则是影响薄壁件成形过程稳定性的最主要缺陷和障碍之一 ,决定着此类产品成形潜力大小 ,并严重影响着零件的成形质量、精度、模具的寿命及后续工序的完成。因此 ,研究各种不同变形状态下的失稳起皱机理和判断准则 ,准确有效预报和控制成形中失稳现象的产生 ,在薄壁类零件的塑性加工领域就显得极为关键。本文从试验研究、理论分析和数值模拟等 3个方面 ,介绍了国内外对薄壁件特别是管材成形中失稳起皱现象所作的工作和新进展 。

芯棒伸出量对薄壁矩形管弯曲失稳起皱影响的数值模拟

基于动态显式有限元平台ABAQUS/Explicit,建立了3A21铝合金薄壁矩形管绕弯成形过程的三维有限元模型,模拟分析了芯棒伸出量对薄壁矩形管绕弯成形过程中失稳起皱的影响规律。结果表明:随着芯棒伸出量的增大,起皱波纹高度逐渐减小,切向压应力极大值波动的峰值减小,等效应力逐渐减小,并且变化趋于平缓;当芯棒伸出量达到一定值后,随着芯棒伸出量的增大,起皱波纹高度极大值变化不明显。该研究对薄壁矩形管绕弯成形工艺参数的确定具有重要的参考价值。

工艺参数对薄壁矩形管绕弯成形失稳起皱影响的显著性分析

基于三维有限元软件ABAQUS/Explicit,采用所建立的薄壁矩形管绕弯成形过程三维弹塑性有限元模型,结合虚拟正交试验,模拟研究了工艺参数对绕弯成形过程中失稳起皱影响的显著性。结果表明:弯曲半径、芯头个数、芯模与管坯间隙和防皱块与管坯间隙对薄壁矩形管绕弯成形过程中的失稳起皱影响较为显著。

薄壁筒形件粘性介质外压缩径失稳起皱分析

缩径成形受筒坯稳定性的影响,容易产生失稳起皱,很难成形出缩径量较大的零件.提出了采用粘性介质外压缩径工艺成形直径变化量较大的薄壁异形曲面筒形零件新方法.针对坯料端部约束和自由条件下的失稳起皱问题进行了试验和有限元模拟,分析了试件失稳起皱过程中几何形状和应力的变化规律.研究表明,约束坯料端部可以改善试件失稳起皱后的应力分布规律,有利于消除褶皱,在较高粘性介质压力条件下可以直接成形出缩径量为15%的试件.

U型截面弯曲件失稳起皱分析

对U型截面弯曲件失稳起皱问题进行了研究,通过板材成形性能实验及起皱模拟实验,对失稳起皱原因进行了分析,为类似的异型截面弯曲件起皱的预防提供了可行的实验分析方法。

AA6061管锥形模轴压失稳起皱过程建模仿真

管轴压成形省力、高效,但极易发生失稳起皱。通过试验与正交数值模拟相结合,对AA6061铝合金管在锥形模上的轴压失稳起皱进行了研究。在建模过程中建立了AA6061铝合金管材的本构关系,解决了建模过程中的动态加载、求解控制等关键问题,建立并验证了管轴压失稳起皱的有限元模型。通过有限元模拟与试验相结合,分析了模具半锥角对管轴压失稳起皱过程的影响。结果发现,模具半锥角对管轴压失稳过程中的变形方式及位置、管壁应力状态、临界失稳力等均产生重要影响。

复合板起皱失稳数值模拟模型的建立

复合板被广泛应用于汽车工业、航空航天、国防军工等各大领域,起皱失稳是复合板塑性成形过程中影响零件质量的主要问题之一,而目前能够准确复现复合板起皱形貌的数值模拟模型的建立方式尚不明晰。因此本文以方板对角拉伸试验(YBT)作为对比验证对象,在ABAQUS软件中采用特征值屈曲分析分别与动力显式和静力通用两种常规算法相结合的buckle-dynamic算法以及buckle-static算法,对选用不同建模方式和单元类型建立的模型,以起皱高度、厚向位移和应变云图等为评估依据,进行了起皱形貌模拟对比分析。结果表明,采用buckle-static算法对复合层建模方式建立的常规壳模型分析所得结果的综合性能最佳。若模拟工况复杂或计算不易收敛,分析方法也可选用buckle-dynamic算法。

锥形模机械扩径中失稳起皱分析与扩径力优化

研究了管材锥形模具机械扩径的特点,分析了扩径过程中失稳起皱的原因,建立了扩径变形区单元体力学模型,考虑材料扩径过程中的加工硬化,采用刚塑性直线硬化规律描述真实的应力-应变关系,通过主应力法推导出了锥形模机械扩径力解析公式,结果表明扩径力与摩擦系数呈近似线性增长关系,而模具半锥角在20°―30°之间存在一个使扩径力最小的最优值,并且最优值随摩擦系数的增大而增大。进一步,通过试验研究和数值模拟证明了结论的正确性。

基于管材缩径工艺的薄壁件成形起皱失稳共性规律研究

空心薄壁件是高新技术工程领域越来越青睐的轻体结构件之一。而起皱失稳问题是薄壁件成形所面临的主要质量问题。因此,关于空心薄壁件成形过程中的塑性失稳起皱预测研究就显得尤为重要。本文基于薄壁件成形失稳起皱试验和理论研究现状,提出基于管材缩径成形研究薄壁件起皱失稳的共性规律。通过建立管材缩径起皱失稳时刻对应形貌的平衡微分方程,求解了缩径管材的临界失稳外压解析表达式。结合塑性成形理论分析了临界失稳主应变的分布特征,探讨了成形几何条件、材料参数等成形因素对零件成形抗皱性能的影响。结合工艺试验,证实了各参数的影响权重。通过本文的理论和试验分析最终确定:综合了材料强化系数和硬化指数影响的塑性切线模量对材料抗皱性的影响比重大于屈服应力对材料抗皱性的影响比重,对材料最终的起皱程度起主导作用。

管材缩径起皱失稳数值模拟

轻质薄壁件越来越多地应用于航空、航天和汽车等高新技术工程领域,但起皱失稳一直是薄壁件成形过程中主要的缺陷之一。因此,轻质薄壁件成形过程中的塑性失稳起皱预测研究就显得尤为重要。本文针对塑性成形中薄壁管件结构由于存在多种初始缺陷(如厚度不均,尺寸偏差等)从而导致失稳模拟预测与实际情况不符的现象,以AA6061固体颗粒介质管材缩径工艺为算例,结合ABAQUS中最适合复杂接触工况的DYNAMIC算法以及Draker-Pager颗粒介质成形数值模拟模型,对无初始缺陷圆柱壳体、引入屈曲模态初始缺陷圆柱壳体、引入厚度不均初始缺陷圆柱壳体以及同时引入屈曲模态和厚度不均缺陷的圆柱壳体进行了缩径成形模拟,将四种条件下的管件失稳波形模拟结果与试验结果进行了比较。结果表明:同时引入屈曲模态和厚度不均缺陷的动态显示有限元法可以准确预测出管材缩径失稳后的形貌,并将模拟仿真与实验的应力-位移曲线进行对比,验证了此模拟方法的可靠性。

考虑周向波形特性的航空管路弯曲成形起皱理论建模与临界成形半径分析

针对传统弯曲起皱理论模型忽略管材周向波形特性造成预测精度不高的难题,基于理论推导和参数拟合建立了管材起皱周向波形函数,结合管材弯曲应力特性建立了其成形起皱机理模型,采用有限元仿真以及实验方法验证了该理论模型的正确性。研究结果表明:新建理论模型的管材起皱预测准确度达到了94.5%,较传统模型提高了12%,改善了传统模型预测精度不高的难题;弯曲半径越小,管材越易起皱。工程中为避免起皱,临界弯曲成形半径不应小于1.89倍管道直径。

基于起皱分析的钛合金异形盒件缺陷控制研究

针对钛合金异形盒零件成形起皱问题开展研究,对零件热成形过程中失稳起皱的原理进行分析,结合鼓动产生前后接触压力矢量分布情况得到成形过程中材料流动趋势以及褶皱产生的原因。通过监测零件成形过程中受压侧褶皱折弯角度及零件最大应变情况,发现在合模间隙为6 mm时零件发生失稳变形。对该状态下零件型面进行光顺,设计出零件2道次成形的过渡工装型面,并对工装排布与毛料结构进行优化,最后进行试验验证,成形后的零件贴模间隙为0~0.15 mm。结果表明,改进后的工艺方法将零件变形进行分解,使材料变化均匀,过渡型面消除了成形过程中的褶皱问题,实现了零件的精确成形。

铝合金薄壁矩形管绕弯成形起皱极限的预测

失稳起皱是铝合金薄壁矩形波导管绕弯成形过程中的主要缺陷之一,严重制约着薄壁矩形管绕弯成形极限的提高。笔者采用有限元数值模拟结合正交回归分析的方法,建立了薄壁矩形管绕弯成形起皱波纹度回归预测模型,并通过实验验证了该模型的可靠性;在此基础上推导出了基于失稳起皱成形极限的解析模型。研究获得了芯头个数、防皱块与管坯间隙及芯模与管坯间隙对起皱极限的影响规律,并获得了铝合金薄壁矩形管绕弯成形起皱极限图。该研究为提高实际生产中薄壁矩形管绕弯成形质量提供了依据和指导。

板料成形中起皱问题的分析及解决方案

从板料的相对厚度、拉深系数、材料的力学性能方面分析了板料在拉深成形过程中失稳起皱的影响因素。针对冲压生产中出现的拉深起皱现象,利用DYNAFORM软件,在模拟与实验工艺参数相一致的条件下,建立了圆筒件成形的仿真模型,并对成形过程进行了数值模拟,验证了仿真模型的正确性。在此基础上对不同压边力条件下的拉深成形进行了分析,得到了合适的压边力参数。生产实验证明,所选的压边力合理。研究结果对实际生产具有重要指导意义。

薄板剪应力起皱数值模拟研究

利用有限元法模拟了剪皱试样分叉后继变形的畸变与起皱过程,皱纹的位置、形状、起皱方向与实验结果一致.分析了剪应力失稳起皱机理,并给出了临界失稳起皱的判据和剪应力起皱的评价指标.最后还讨论了屈服强度σs、硬化指数n值、板厚方向性指数r值对抗剪皱性能的影响,为板材抗剪皱性研究提供了一种有效的数值模拟方法.

薄壁矩形管弯曲成形起皱变形的研究综述

失稳起皱是薄壁矩形管弯曲成形过程中的主要缺陷之一,严重制约着薄壁矩形管的弯曲成形质量和极限的提高。总结国内外学者和工程技术人员对薄壁矩形管起皱变形的研究现状,着重在实验研究、理论分析和有限元数值模拟三个方面进行讨论,介绍对现有弯曲工艺和模具结构做的研究和改进,最后提出薄壁矩形管弯曲成形起皱变形研究的发展趋势。

多道次冲压与电磁渐进成形复合工艺下薄壁椭球件塑性变形机制

为解决大尺寸变曲率薄壁椭球件常规成形易失稳起皱、尺寸超差和装备复杂等问题,提出了多道次冲压与采用环形线圈渐进成形制造薄壁椭球件的方法。采用ANSYS和ABAQUS软件联合分析了准静态冲压和线圈多次放电对零件不同区域应力应变状态和成形质量的影响。结果表明:环形线圈正对的板料区域在电磁力作用下发生高度变形,材料周向压应力出现高频振动并大幅度衰减,有效抑制了起皱产生。传统直接冲压高度为60 mm时,板料起皱位移可达7 mm。采用多道次冲压与电磁成形复合的方法,零件起皱被完全抑制。采用有限元模拟得到的最佳工艺参数,建立了实验工装并获得表面光滑的椭球形零件。

双圆锥台壳体液压胀形的防皱措施

等边双圆锥台壳体在内压的作用下,赤道环焊缝处易产生失稳起皱,且胀形后所得容器圆度较差。针对这一问题,对其胀形过程进行了有限元数值模拟,并通过改变圆锥台的初始形状,来保证容器的圆度和避免赤道处的失稳起皱。

拉深件成形时的起皱原因及措施

介绍了工件在拉深过程中 ,由于坯料在外力的压应力作用下所产生失稳而引发起皱的原因 ,并就防止起皱提出了增加压边力。