考虑各向异性的回转曲面件蠕变时效成形数值模拟与实验

针对铝锂合金回转曲面件蠕变时效成形各向异性问题,开展了基于Barlat91屈服各向异性准则和蠕变各向异性本构模型的回转曲面件蠕变时效成形数值模拟与实验研究。仿真结果表明,构件加载阶段发生塑性变形,呈现出■的塑变各向异性现象;考虑蠕变各向异性行为的构件的蠕变应变分布发生明显改变。进一步通过开展回转曲面件蠕变时效成形实验发现,所建立的蠕变各向异性模型对厚度变化、残余应力分布预测准确;相对于各向同性模型,型面精度的整体预测偏差减小9.3%,焊接边预测偏差减小91.5%,证明了所建铝锂合金蠕变时效各向异性本构模型的准确性和实际应用价值。

大型厚板曲面件的多点成形仿真

传统的厚板曲面件制造方法存在着成本高、效率低等问题,多点成形技术为这一问题提供了解决方法。但多点成形技术又因为回弹导致工艺参数难以确定使实验操作次数增加,降低成形效率。为了提高成形效率,采用ABAQUS有限元软件模拟与实验相结合的方法进行板料成形的研究与分析。首先,利用有限元软件进行三维建模并模拟板料的成形过程;然后,通过对模拟结果的分析进行模具型面的补偿修正;最后,利用修正后的模具型面进行实验操作,获得了符合要求的零件。对修正后的型面进行成形实验可以减少操作次数,提高实验的成形效率,为后续的研究提供参考。

2A12铝合金锥形曲面件超低温成形工艺研究

为解决铝合金锥形件常温成形起皱与开裂并存的难题,利用超低温增塑增强的双增效应,提出了铝合金锥形曲面件梯度超低温成形工艺。以直径300 mm的2A12铝合金锥形曲面件为研究对象,通过数值模拟和工艺实验,阐明不同锥度曲面件拉深变形过程的应力、应变和壁厚分布规律。结果表明,在液氮温度条件下,2A12-O铝合金延伸率相对常温可以提高92.1%、硬化指数提高29.2%,具有显著的“双增效应”。随着试件锥度增大,抑制起皱所需的最小压边力先增大后减小,等效应变最大区域由凹模圆角向凸模圆角转移,凸模圆角处发生集中变形,壁厚减薄严重。采用梯度超低温可以抑制凸模圆角区的集中变形,进而可以提高压边力来防止起皱,成功试制出锥形曲面试件,相对常温成形高度提高了132.9%。本文的研究可为铝合金深腔锥形曲面件一次性高性能精密成形提供理论指导。

轴对称曲面件智能化拉深成形过程的解析定量描述

成形过程的定量描述是板材成形智能化控制中在线识别材料参数和工况参数以及预测最佳工艺参数的理论依据，识别和预测精度取决于定量描述的准确程度。为了实现轴对称曲面件拉深过程的智能化控制，分析了轴对称曲面拉深件的共性特征，建立了完整的力学模型，在直线假设、面积不变假设和似直梁弯曲假设条件下，给出了拉深过程中拉深力－行程曲线的解析定量描述。用三种板材以锥形件拉深为例进行了实验验证。

1Cr18Ni9Ti薄壁曲面件粘性介质内、外压力成形

薄壁曲面零件的加工常常采用分体成形、组合焊接的方法,所需工序较多。该文提出粘性介质内、外压力成形方法,可以直接整体成形薄壁曲面零件,不需要成形后的组合焊接,并针对直径变化比达35%的1Cr18Ni9Ti薄壁曲面零件进行了内、外压力成形试验和有限元分析,给出了变形过程粘性介质和坯料的流动规律和缺陷的预测分析,研究结果表明,薄壁曲面零件内、外压力成形是可行的。

高强铝合金复杂曲面件液压成形变形均匀性调控

针对高强铝合金复杂曲面件变形不均导致热处理后力学性能和组织不均的问题,采用液体凹模拉深和液体凸模拉深法,研究了压边圈形状、液压加载、预变形工艺对曲面件成形性和变形分布的影响,为提高复杂曲面件的形变和热处理强化效果提供理论指导。研究表明:液体凹模拉深成形对曲面件变形量调控的能力有限,与平面压边圈相比,曲面压边圈可以提高变形均匀性,曲面压边圈有利于提高变形均匀性,但应变平均值均低于7. 0%。液体凸模拉深可以使曲面件应变平均值提高到7. 5%～10. 6%之间,但仅增加正向液压无法提高曲面件的变形均匀性;正反向液压成形采用反向预变形和正向液体凸模拉深工艺可以提高曲面件的变形量,同时提高变形均匀性。

轴对称曲面件拉深智能化控制技术研究

板材冲压智能化是一项涉及控制科学、计算机科学和板材塑性成形理论等领域的综合性新技术。该技术的研究已有 10几年的历史 ,但主要是集中在V型弯曲的回弹控制方面 ,直到 90年代初才开始对筒形件拉深的智能化控制进行探索性研究。本文研究建立了轴对称壳体零件拉深过程智能化控制系统 ,并以锥形件为例 ,分析了轴对称曲面零件拉深过程中的共同特点 ,建立了完整的力学模型 。

基于阵列式工装的薄壁曲面件定位方法研究

为了满足航空航天、汽车等行业的发展需求,解决传统的薄壁曲面件加工定位工装适应性差、成本高等问题,提出了基于包围盒迭代方法的点阵式薄壁曲面件柔性加工定位方法,利用包围盒及包围盒迭代方法实现了薄壁曲面件的预定位和精定位。计算实例表明,所提出的方法是可行的,可有效解决薄壁曲面件定位过程中所涉及的数学模型建立、变换矩阵求解等问题,为解决薄壁曲面件加工过程的定位问题提供了一种新的思路。

大型铝合金曲面件在电磁渐进成形首次放电条件下的起皱行为研究

针对大型铝合金曲面件电磁渐进成形技术,采用整体压边和分块变压边力压边的方式,研究了电磁渐进成形工艺中首次放电后板料的起皱现象和规律,揭示了压边力对电磁渐进成形首次放电过程中板料起皱和材料塑性流动行为的影响。结果表明:数值模拟结果预测出的首次放电后易起皱区域为板料的法兰区和悬空侧壁区,与实验结果一致;整体压边方式下法兰区域和悬空侧壁区域无起皱的临界压边力分别为8.4 kN和21.6 kN;分块变压边力方式下,最靠近局部塑性变形区的压边分块上的法兰区域无起皱临界压边力为8.4 kN,最靠近悬空区的对称的两个压边分块上的悬空侧壁区域无起皱临界压边力为23.8 kN,且相比于整体压边方式的无起皱临界条件下,在分块压边方式的无起皱临界条件下板料的变形流动能力得以明显提高。

复杂曲面件模具设计的计算机辅助系统开发

针对复杂曲面件及其模具设计,开发计算机辅助系统,借助该系统可使设计工作直观、方便、快捷。系统以UG为平台,综合运用UG/Open开发工具、Visual C++以及数据库知识而建立。经实践证明,系统运行良好,可以顺利完成该类零件及模具设计工作。

2219铝合金薄壁曲面件拉形过程变形均匀性

为改善2219铝合金薄壁拉形曲面件的变形均匀性,建立基于Hill 1990各向异性屈服准则的有限元模型,利用ABAQUS软件对曲面件的应变分布规律进行数值模拟,分析加载路径和板坯形状对拉形变形均匀性的影响规律。结果表明:加载路径和板坯形状对曲面件的变形均匀性有较大影响。采用折线路径,开始加载时使板材发生压缩失稳从而形成一定拱形,不仅可缓解左侧钳口附近的破裂倾向,还可增加曲面件右侧变形量,从而提高其变形均匀性。此外,减小变形量不足位置对应的板坯宽度,如采用中间窄板坯或左侧宽板坯,使其在拉形时所受应力增加,从而提高其变形量,也可实现变形均匀性的改善。最终,利用矩形板坯,经两次转折的实验路径进行拉形,获得了表面质量良好的高性能2219铝合金薄壁曲面件。

工艺参数对高温合金薄壁异型曲面件旋压成形质量的影响

研究了进给比、芯模转速、旋压温度和坯料直径对GH3128高温合金薄壁异型曲面构件热旋成形质量的影响。结果表明,在给定参数内,随着进给比的增大,壁厚减薄量减小,但起皱程度增大。随着芯模转速的增加,壁厚减薄量增大,但起皱程度减小。随着旋压温度的升高,壁厚减薄量呈现先增大后减小的趋势,而起皱程度呈现先减小后增大的趋势。随着坯料直径的增大,壁厚减薄量和起皱程度都呈现出逐渐增大的趋势。综上,在给定参数内,进给比、芯模转速和旋压温度3种参数对壁厚减薄量和起皱程度的影响规律均呈现相反的变化趋势,而坯料直径对起皱程度和壁厚减薄量的影响变化趋势一致,因此为了得到较小的壁厚减薄量和起皱程度,进给比、芯模转速和旋压温度应该取参数范围的中间值,而坯料直径可在满足成形要求的前提下取较小值,据此确定了最优的旋压参数组合。

复杂曲面件多向加载液压成形技术

为了满足航天、航空、汽车等领域对深腔复杂曲面板材零件的迫切需求,研发了多向加载液压成形新技术。介绍了该技术原理、变形规律和典型成形件,分析了多向加载液压成形液压加载方式对变形均匀性、起皱行为、成形极限和应力变化的影响规律。研究表明,该技术在提高成形极限和成形精度,改善壁厚分布和变形均匀性,减少成形道次等方面,具有十分广阔的应用潜力。

铝锂合金曲面件超低温成形工艺

针对铝锂合金室温成形性差和热成形性能弱化的难题,利用发现的超低温下伸长率与硬化指数同时提高的双增效应,提出铝锂合金曲面件超低温成形新工艺。通过2195铝锂合金板材在不同温度和热处理状态下的超低温变形行为研究,确定发生双增效应的临界温度为低于-140℃,伸长率可提高至40%以上、硬化指数达到0.44;利用建立的超低温成形工艺实验装置,首次试制出直径200 mm的2195铝锂合金球底曲面件,深径比达到0.55、成形极限提高104%;阐明超低温成形试件壁厚分布规律与回弹规律,最大减薄率为10.3%。

ST16薄壁曲面件拉深成形起皱规律

采用ST16钢板,以直径为Φ200 mm、厚径比为0.5%的球形薄壁曲面件作为研究对象,通过数值模拟和工艺实验研究了拉延筋与压边力耦合作用下薄壁曲面件的起皱规律。结果表明,无拉延筋时需要4 MPa的压边力才能抑制起皱缺陷;使用拉延筋时仅需1 MPa压边力即可抑制起皱,通过设置拉延筋可以大幅降低压边力。大的拉延筋中心距更利于抑制起皱,但会加重壁厚减薄。选择合适的拉延筋中心距可以在抑制起皱的同时调控壁厚均匀性,最终实验试件的最大壁厚减薄率仅为10.4%。

封闭腔薄壁曲面件数控加工技术初探

数控加工作为机械加工中精加工的一种,且具有加工范围广,加工精度高等优点,是机械加工的未来发展方向。不可否认的是,未来的机械加工将会普遍采用数控加工。而封闭腔薄壁曲面件的加工是也是属于精加工的,不管从那个方面来看都应采用数控加工的方式进行。在加工的过程中,合理的改进加工工艺能够降低对于机床本身的要求,也可以对机床的加工范围进行拓展。本文将研究分析封闭腔薄壁曲面件数控加工的工艺流程,并探讨如何拓展普通机床加工能力的实际方法。

复合材料薄壁曲面件一次成型加工技术研究

从复合材料薄壁曲面件的结构特点、加工难点入手,在无加工经验可借鉴的情况下,探索复合材料薄壁曲面件一次成型加工技术,并对刀具与编程技术进行研究,该新加工技术有效保证了复合材料薄壁曲面件的加工质量,同时使加工效率提升,已推广至多类敷制产品的生产加工中。

大尺寸三维曲面件多点分段成形技术

介绍了大尺寸三维曲面件多点分段成形原理,测试了LF6铝合金材料性能参数,建立了双曲率凸面件多点分段成形有限元模型,阐述了多点分段成形流程,得到了双曲率凸面件多点分段成形和回弹结果。通过数值模拟分析了成形方向和过渡区长度对成形质量的影响,结果表明：从小端开始成形可以获得光顺的曲面和均匀的等效应变;过渡区长度越大,成形件表面光顺性越好,应变分布越均匀。开展了大尺寸双曲率凸面件多点分段成形实验,获得了形状轮廓和表面精度较好的成形件,验证了数值模拟的有效性和多点分段成形技术的实用性。

2219铝合金薄壁曲面拉伸件的变形与强化规律

为了研究拉伸成形2219铝合金薄壁曲面件的变形与强度分布规律,通过网格应变法和单向拉伸试验对曲面件各个区域的应变与力学性能进行测试,得到全域范围内的变形与强度分布规律。结果表明:等效应变分布在1%~15%范围,但瓜瓣曲面件有效区域的等效应变在7%~12%,变形较为均匀;屈服强度为312.8~346.9 MPa,抗拉强度为421~442.2 MPa;强度与变形量之间成正比例关系,抗拉强度和硬度皆随变形量增加而增大。所有测试数据表明拉伸成形的2219铝合金薄壁曲面件满足火箭燃料贮箱箱底的力学性能要求。

梯形轮廓曲面件多夹钳拉形的成形力研究

为了研究成形力对三维曲面件拉形质量的影响,采用有限元软件ABAQUS,以梯形轮廓曲面件为研究对象,建立梯形毛坯的多夹钳拉形有限元模型,选取4组不同的成形力进行数值模拟。结果表明:水平拉力一定时,随着倾斜拉力的增加,成形件的应力和厚度分布更均匀,但是进一步增加倾斜拉力时其分布均匀性变差;倾斜拉力为水平拉力的3/4时成形效果最佳,且成形件的回弹量较小,分布也较均匀。采用该成形力在多夹钳拉形机上进行了梯形轮廓曲面件拉形试验,成形件的质量良好。试验结果与数值模拟结果一致,验证了梯形毛坯多夹钳拉形的可行性和数值模拟的正确性。