Effects of process parameters on numerical control bending process for large diameter thin-walled aluminum alloy tubes

Numerical control(NC) bending experiments with different process parameters were carried out for 5052O aluminum alloy tubes with outer diameter of 70 mm, wall thickness of 1.5 mm, and centerline bending radius of 105 mm. And the effects of process parameters on tube wall thinning and cross section distortion were investigated. Meanwhile, acceptable bending of the 5052O aluminum tubes was accomplished based on the above experiments. The results show that the effects of process parameters on bending process for large diameter thin-walled aluminum alloy tubes are similar to those for small diameter thin-walled tubes, but the forming quality of the large diameter thin-walled aluminum alloy tubes is much more sensitive to the process parameters and thus it is more difficult to form.

Influence of deformation zone length on bending radius of SS304 tubes with small diameters manufactured via free bending-based active motion

In three and six-axis free-bending equipment,the deformation zone length(A)is a fixed mechanical structure parameter modified when the relevant structure is redesigned and manufactured.In this study,a six degree of freedom(6-DOF)parallel mechanism was used as the control mechanism of the bending die,and a new method of changing the deformation zone length(A)was proposed.Firstly,an idealized geometric model of free bending-based active motion was established.Then,the influence of the deformation zone length(A)on the bending moment and the bending radius of the tube was analyzed.In addition,the finite element simulation and a kinematic model of free bending-based active motion controlled by the 6-DOF parallel mechanism were established,and bending processes of the SS304 tube with different deformation zone lengths were investigated.Afterwards,the impact of the deformation zone length(A)on the bending radius,bending moment,wall thickness,and motion of the parallel mechanism were analyzed.Finally,experiments were carried out on the free-bending equipment based on the 6-DOF parallel mechanism.Experiments verified the rules in the theoretical analysis,finite element simulation,and kinematic simulation.

Forming limits under multi-index constraints in NC bending of aluminum alloy thin-walled tubes with large diameters

With increasing diameters of aluminum alloy thin-walled tubes (AATTs), the tube forming limits, i.e. the minimum bending factors, and their predictions under multi-index constraints including wrinkling, thinning and flattening have been being a key problem to be urgently solved for improving tube forming potential in numerical control (NC) bending processes of AATTs with large diameters. Thus in this paper, a search algorithm of the forming limits is put forward based on a 3D elastic-plastic finite element (FE) model and a wrinkling energy prediction model for the bending processes under axial compression loading (ACL) or not. This algorithm enables to be considered the effects of process parameter combinations including die, friction parameters on the multi-indices. Based on this algorithm, the forming limits of the different size tubes are obtained, and the roles of the process parameter combinations in enabling the limit bending processes are also revealed. The followings are found: the first, within the appropriate ranges of friction and clearances between the different dies and the tubes enabling the bending processes with smaller bending factors, the ACL enables the tube limit bending processes after a decrease of the mandrel ball thickness and diameters; then, without considering the effects of the tube geometry sizes on the tube constitutive equations, the forming limits will be decided by the limit thinning values for the tubes with diameters smaller than 80 mm, while the wrinkling for the tubes with diameters no less than 80 mm. The forming limits obtained from this algorithm are smaller than the analytical results, and reduced by 57.39%; the last, the roles of the process parameter combinations in enabling the limit bending processes are verified by experimental results.

小径管X射线焊缝图像缺陷识别算法

针对小径管X射线焊缝图像缺陷检测精确率低的现状,通过对图像进行特征分析并结合稀疏字典学习,提出一种基于图像分割的小径管焊缝图像缺陷检测算法.首先,对小径管焊缝图像进行两步图像分割获得感兴趣区域;其次,提取焊缝缺陷,得到缺陷疑似局部图像;最后,提出以不同类型原子间相关性最小为目标的小径管焊缝缺陷字典矩阵数学模型并使用K-SVD算法进行求解,利用该字典矩阵实现圆形缺陷、线形缺陷和噪声的分类鉴别.为提高系统实时性,使用并行编程对图像分割算法进行加速.结果表明,改进后缺陷字典矩阵对圆形缺陷识别成功率为0.974,线形缺陷识别成功率为0.967,且具有较快的识别速度,实现了小径管焊缝图像缺陷的有效识别.

Forming Characteristics of Al-alloy Large-diameter Thin-walled Tubes in NC-bending Under Axial Compressive Loads

Tube thinning control without wrinkling occurring is a key problem urgently to be solved for improving the forming qualities in numerical control （NC） bending processes of large-diameter Al-alloy thin-walled tubes （AATTs）. It may be a way solving this problem to exert axial compression loads （ACL） on the tube end in the bending. Thus, this article establishes a three-dimensional （3D） elastic-plastic explicit finite element （FE） model for the bending under ACL and has its reliability verified. Through a multi-index orthogonal experiment design, a combination of process parameters, each expressed by a proper range, for this FE model is derived to overcome the compression instability on tube ends. By combining the FE model with a wrinkling energy prediction model, an in-depth study is conducted on the forming characteristics of large-diameter AATTs with small bending radii and it can be concluded that （1） The larger the tube diameters and the smaller the bending radii, the larger the induced tangent tension stress zones on tube intrados, by which the tube maximum tangent compression stress zones will be partitioned in the bending processes; thus, the smaller the ACL roles in decreasing thinning degrees and the larger the compression instability possibilities on tube ends. （2） The tube wrinkling possibilities under ACL are larger than without ACL acting in the earlier forming periods, and smaller in the later ones. （3） For the tubes with a size factor less than 80, the ACL roles in decreasing thinning degrees are stronger than in increasing wrinkling possibilities.

核电站小径薄壁管的超声检测方法

为了对核电站中的小径薄壁管实施有效检测,介绍了水浸聚焦横波法和水浸聚焦纵波直入射法,分析确定了探头的工艺参数,并在含有局部磨损、环形磨损、轴向裂纹、周向裂纹、通孔等缺陷的样管上进行了对比检测。结果表明,两种超声检测方法对于不同缺陷的检出、定量各有优劣,其中水浸聚焦纵波直入射法对于磨损、肿胀、通孔等缺陷的检出能力较强,缺陷定量精确;水浸聚焦横波法对于裂纹检出能力较强,但难以定量;两种方法结合、相互验证,可大幅提升缺陷的检出能力。

房间空调器小管径室外换热器流路优化

随着空调器的快速发展和国际铜价的持续升高,制冷空调行业采用的换热器在向着小体积、低成本发展的过程中往往面临着性能衰减的技术瓶颈。为突破此瓶颈,以一款冷暖型房间空调器翅片管式室外换热器为研究对象,将其换热管外径由7 mm减小至5 mm并在此基础上优化其流路,最终实现Φ5 mm换热器性能达到初始样机水平并有效降低换热器成本。首先,分别在5种标准工况下测试初始样机性能;然后,利用CoilDesigner软件来分析小管径化对换热器性能的影响,仿真结果表明,在不改变流路布置的情况下,Φ5 mm换热器的换热能力略有提升,但制冷剂侧压降增大4~7倍;进一步地,有针对性地设计了5种流路布置方案来探究分路数、分路汇合位置等因素对换热器传热及压降特性的影响规律,总结了小管径翅片管式换热器流路优化的思路,并设计了3种Φ5 mm管径室外换热器流路优化方案。仿真评估3种方案的可行性后制作样机进行性能测试,实验结果表明:方案(3)性能与原换热器相当,同时其材料成本可降低34.6%。

中小直径钻芯法在水利薄壁构件强度检测中的应用

水利薄壁构件强度检测方法多样化,钻芯取样属于常用的方法。文章结合水利工程实例,重点研究中小直径钻芯法在强度检测中的应用要点,提出钻芯方案,进行试验设计和试件加工,分析试件的破坏形态,根据实测抗压强度评价薄壁构件的强度是否达标。经研究,在评价薄壁预制构件的抗压强度时,高径比为0.71的D70H50芯样试件检测结果具有可靠性,能够较为准确地反映薄壁构件的强度,并减轻钻芯引起的薄壁构件损伤,研究内容可供同仁参考,有效做好薄壁构件强度检测工作。

某滑梯喷嘴组件加工工艺研究

针对应急撤离滑梯喷嘴组件采用常规手工钨极氩弧焊易存在变形、烧穿、焊瘤缺陷等问题,通过对喷嘴组件加工工艺分析研究,采用多种加工工艺进行试验筛选,开发了高频脉冲弧焊和真空钎焊等方法,保证了喷嘴组件焊接质量,解决了型号研制的加工瓶颈。同时,通过对几种加工方法进行对比分析,确定了不同产量需求下的加工工艺措施,为滑梯喷嘴组件的高质量制造提供了解决方案。

核用小直径传热管衬管焊接TIG焊枪的设计及优化

随着我国核工业进入第3个30年发展阶段,核用设备的维修需求日益迫切。核用蒸汽发生器内部结构复杂,关键传热管结构管径小、管道长、拆卸安装难度大,传统修复方法难度极高。针对核用小直径传热管因长期处于高温高压工况而出现的腐蚀破坏问题,文中设计了一种全位置自动化TIG衬管焊接修复焊枪,并进行了焊枪可靠性验证和焊接修复试验。首先,提出了焊枪的总体结构设计方案,并阐述了所设计焊枪相对传统钨极TIG焊枪的优势;接着,完成了焊枪传动系统的设计与验证,所设计的传动系统体积小、空间利用率高;随后,对焊枪关键部位——导电轴进行了刚度理论建模、分析和实例计算,并通过有限元求解验证了理论模型的可靠性,在此基础上提出了焊枪结构的优化方法;最后,进行了现场挠度检测和焊接试验,验证了导电轴的刚度满足现场焊接工况,并用线性回归方程和挠度修正公式定量预测焊枪挠度变形,验证了所设计结构的合理性;焊接试验表明焊枪工作时传动系统的转速稳定可控,焊缝成形良好。文中所研制的焊枪能够满足核用蒸汽发生器不锈钢传热管的衬管焊接修复工艺要求。

小直径管幕工法横导洞施工现场试验及参数优化

对沈阳地铁市府大路站采用的小直径管幕工法进行研究,首先通过现场监测分析了车站横导洞施工对地表沉降和拱顶变形的影响,然后利用Midas GTS NX数值软件建立车站三维模型,并与监测数据对比验证了模型的准确性,最后分析了横导洞数量及施工顺序对地表沉降的影响.研究结果表明:横导洞开挖施工引起的地层损失率为0.08%,管幕结构有效地抑制了地表沉降;相比于其他开挖方案,采用先边后中的开挖顺序可有效减少地表沉降24.7%;当横导洞开挖数量为5~7时,引起的地表沉降差较小仅为8%,采用4个横导洞和3个横导洞施工时,相比于7个横导洞施工方案可分别减少地表沉降18.0%和28.3%.

6A02铝合金异形截面小弯曲半径薄壁管液压成形工艺研究

目的研究6A02铝合金异形截面薄壁管的液压成形过程,改进管件的成形质量。方法使用Abaqus软件进行数值模拟,通过考察管件壁厚分布情况、管件轴线的最小弯曲半径及管壁与模具贴合情况,研究了内压、轴向进给量、加载路径及合模过程中的内压与进给对成形质量的影响,并提出了合模力–轴向进给–内压三者同时配合的加工方法。结果通过数值模拟确定了无轴向进给情况下管件薄弱处发生破裂时的内压为7.5 MPa,发生起皱前的最大轴向进给量为2 mm,最低整形内压为80 MPa。确定了在合模过程中进给0.75 mm、合模后继续按照特定加载路径进行内压提升和轴向进给、最后施加80 MPa的整形压力的情况下成形效果最好。通过此路径加工出的管件最小壁厚为0.42 mm,最大减薄率为16%,轴线最小弯曲半径为1.258 mm,与模具间隙面积为0.065 mm^(2)。结论适当的内压–轴向进给可以实现较好的成形质量。在合模过程中,施加与合模力相配合的轴向进给和内压能增加管件弯曲处薄弱部分的补料量,改善管件在合模后的壁厚分布情况,进一步提升管件最终成形质量。

小管径管束外含空气的蒸汽冷凝传热特性分析

针对空气-蒸汽冷凝高效排热问题,本文采用CFD方法进行了小管径管束外冷凝传热特性分析。通过对不同管束结构进行建模并对管径为d、3排多列管等典型结构的综合分析发现:管间距较小时(≤2 d),空气层的叠加效应是影响小管径管束冷凝传热的关键因素,冷凝换热系数略低于大管径管束且明显低于单管。大管间距(>2 d)条件下,管束抽吸效应成为主控因素,使小管径管束冷凝传热系数高于大管径管束,甚至超过单管起到强化传热作用。管束结构布置方案对空气-蒸汽冷凝传热特性同样具有显著影响。

R32制冷剂在小管径水平管内的沸腾换热与阻力特性实验研究

针对污染小、能效高、可燃性差、低毒性的新型R32可替代制冷剂在水平管内低温工况下的沸腾换热特性开展研究,设计并自主搭建了管内对流沸腾相变换热实验系统,分别开展了3 mm、4 mm小管径水平管内低温R32沸腾换热的实验研究,探究了质量流速、热流密度、饱和温度等参数对R32对流沸腾换热特性的影响,分析了蒸干对沸腾换热系数恶化的影响机制。结果表明:3 mm内径管的沸腾换热相比4 mm通道平均提升约8%~12%,且高质量流速下的临界干度几乎与管径无关;相较传热特性,R32饱和温度对两相流动阻力更为敏感,饱和温度自13℃降低至11℃时阻力损失提高约23%;利用改进的Fang关联式,可实现小管径水平管内R32对流沸腾换热系数预测,88.56%的实验数据误差可控制在±10%范围内。

大直径薄壁TA24钛合金管中频感应加热弯曲工艺研究

根据某船舶管路系统用大直径薄壁TA24钛合金弯管的产品特点,开展了φ426 mm×10 mm规格管材中频感应加热弯曲成形工艺试验。对成形弯管表面质量、壁厚减薄率、截面圆度进行了分析,对比研究了热弯成形态、750℃热处理、800℃热处理3种状态下弯管的力学性能和金相组织。结果表明,采用给定的热弯工艺参数能够制备出满足要求的TA24合金弯管。

深井炸药筛管式震源结构的优化研究

针对深层石油勘探,考虑到既要满足震源产生足够的能量、又不能破坏石油套管的技术要求,优化筛管式炸药震源的结构,分别通过数值模拟和地面实验的方法,分析装药直径、筛管孔隙率、装药壳体壁厚等参数对筛管式震源能量的影响规律。结果表明:在一定范围内,孔隙率越高,筛管的胀径越大。优化后,采用孔径15 mm、孔间距50 mm、环向8孔的方案,且壳体壁厚不小于8 mm。

小管径顺排管束单元换热特性实验研究

小管径管束的管外对流换热系数对航空发动机用紧凑换热器的设计至关重要。为探究小管径光管管束的管外对流换热特性,设计了不同横向管间距比和流向管排数的顺排光管管束换热单元,并通过实验方法分析了管束横向管间距比、流向管排数和流动雷诺数对管束平均管外对流换热系数的影响。结果表明:经典换热经验关系式对小管径管束的管外努塞尔数预测误差基本在10%以内;不同横向管间距比下管束的管外换热努塞尔数随流动雷诺数增加的趋势不同,相比于大横向管间距比,小横向管间距比下管外努塞尔数在低雷诺数时增加更快,在高雷诺数时则增加更慢;管束的平均管外努塞尔数随着流向管排数的增加而增加,且小横向管间距比时管束流动更快达到充分发展状态。

基于NSGA-III算法的小管径翅片管式蒸发器高维多目标优化

以稳态分布参数法和NSGA-III算法为基础,提出一种翅片管式蒸发器结构参数与流路参数混合寻优的方法,并依此展开小管径蒸发器结构和流路参数的影响分析与流路的高维多目标设计优化。建立的小管径翅片管式蒸发器模型与实测数据的误差在4%以内,可以较好地用于小管径翅片管式蒸发器的计算。基于该模型进一步建立以结构参数与流路参数为自变量,换热量、制冷剂侧压降、空气侧压降以及成本为因变量的神经网络模型,并利用NSGA-III算法对模型进行优化求解,得到小管径翅片管式蒸发器在一定的结构参数变化范围内的最优结构参数及最佳流路。研究结果显示:管外径对小管径翅片管式蒸发器的换热量、制冷剂侧压降以及成本的影响程度最大;翅片间距对小管径翅片管式蒸发器的空气侧压降影响程度最大;翅片厚度对换热量、制冷剂侧压降、空气侧压降以及成本的影响程度均最小;流路主要影响蒸发器的换热量及制冷剂侧压降;制冷剂流路为二支路、三支路和四支路时,模型可输出综合性能最优的结构及流路特征。

小管径壁厚超声测量方法及测量不确定度分析

导管等管状类零件是飞机、发动机等产品的重要构件,这类构件承担着输送燃油、液压、氧气、冷气等任务,处于承压工作状态,需要保证零件的强度,才能保证产品的使用安全,壁厚作为直接影响强度的指标,通常对于其最小厚度有着严格的控制要求。但是常用的超声测厚在实际的小管径厚度现场测量时会出现测量数据不稳定甚至无法显示厚度数据的现象,导致超声测厚数据无法作为厚度评价依据。论文针对小管径管状类零件壁厚超声测量难题,通过对超声测厚机理的分析,提出频率、换能器直径、延迟块外形、换能器夹持工装等方面的改进建议,从而获得稳定有效的测量数据。同时对改进后的超声测厚提出基于蒙特卡洛方法的测厚不确定度分析方法,并通过试件进行测量不确定度的分析、评定,供从事小管径壁厚超声测量的检测人员参考。

0Cr18Ni9小径薄壁管对接氩弧焊接头疲劳性能分析

采用光学显微镜、拉伸试验、疲劳试验及扫描电子显微镜对不同脉冲钨极氩弧焊(P-TIG)工艺下小径薄壁0Cr18Ni9 EH油管焊接接头组织、拉伸性能,及最优工艺下EH油管接头的疲劳性能进行了分析。结果表明:不同工艺下管接头焊缝区组织均为δ-铁素体+奥氏体,且热影响区奥氏体晶粒明显粗化。采用基值电流为20 A,峰值电流为50 A,脉冲频率为0.5 Hz,占空比为70%时,小径薄壁管焊接接头拉伸性能最优,该工艺下管接头疲劳极限为106.5 MPa;疲劳断口可分为裂纹源区、稳态扩展区以及瞬断区,随着应力幅值的减小,瞬断区在疲劳断口中所占的比例逐渐减小。