Deformation characteristics and inertial effect of complex aluminum alloy sheet part under impact hydroforming:experiments and numerical analysis

Impact hydroforming(IHF),as a novel sheet metal forming technology with the advantages of high strain rate forming and flexible liquid loading,is highly suitable for efficiently manufacturing aluminum complex-shaped sheet parts.In this paper,deformation characteristics of complex sheet parts under IHF are systematically investigated.The mechanical properties of 2024 aluminum alloy under a wide range of strain rates(10-3 s-1–3.3×103 s-1)were studied.It indicated that the elongation of 2024 aluminum alloy was improved by 116.01%under strain rates of 3.306-×-103 s-1,referring to 10-3 s-1.Further,a complex-shaped part with symmetrical and asymmetrical structures was selected.The deformation characteristics of sheet and role of inertial effect under IHF were investigated with well-developed solid–liquid coupling finite element(SLC-FE)model with high accuracy.Differentiating deformation tendency is found for symmetrical structure with notably prior deformation at central zone,showing a“bulging”profile at initial forming stage.Whereas,synchronous deformation is presented for asymmetrical structure with a“flat”profile.Additionally,distinctive inertial effect was observed at different positions change for both symmetrical and asymmetrical structures,in which lower values were resulted at their central regions.Meanwhile,the inertial effect evolved with the impacting speed.Specially,larger difference of inertial effect was observed with increasing impacting speed.

新型液压成形技术的研究进展

针对我国航空航天、汽车及核电等关键领域对精密零部件的迫切需求,以及目前液压成形技术应用中遇到的常见问题和缺陷,提出研发针对异形空心零件的脉动液压成形技术,和适用于复杂曲面薄壁板类零件的高能率冲击液压成形技术。分别从技术原理、成形机制、工艺设备和应用领域等方面进行了阐述和介绍。研究结果表明,两种新型液压成形技术能够充分发挥控形与控性一体化的优势,避免成形过程中的材料失稳和产品缺陷,显著提高管材和板材的成形能力和成形质量,未来有望在汽车和航空领域得到更为广泛的应用。

液压成形汽车吸能盒研制关键技术

汽车前保险杠吸能盒是重要的缓冲吸能结构,在整车发生正面碰撞时通过塑性变形吸收碰撞产生的能量。基于液压成形管件重量轻、刚度和强度高、耐撞性能好等优点,设计液压成形吸能盒替代原始冲压焊接结构。采用数值模拟方法分析吸能盒设计中关键吸能特性指标,如最大压垮载荷、总吸能、平均压垮载荷和比吸能等,对比原始冲压吸能盒和改型液压成形吸能盒在缓冲吸能方面的能力,并通过落锤冲击试验验证。成功研制出质量轻、耐撞性好的液压成形吸能盒。

新型充液冲击冲裁技术

充液冲击复合成形技术是一种高能率成形方法,适用于薄板加工。该文提出一种新型充液冲击冲裁方法,即在充液成形完成零件特征后,再以刚性锥形冲头高速向下运动压缩液体,产生的瞬时高压以冲击波的形式作用在板坯上进行冲裁。其中,脉冲压力作用时间仅0.001s。充液冲击冲裁力作用形式数值模拟及1mm低碳钢板冲裁实验结果表明,充液冲击冲裁中,极高瞬时压力以波的形式作用,板料获得的动能使其在冲击波压力低于其变形抗力和冲击波压力停止作用后仍能继续变形,在坯料中形成较大拉应力,而剪应力由坯料自身向下运动形成。这两种应力使坯料产生缩颈和裂纹,最终断裂分离。因此,充液冲击复合成形技术冲裁与传统刚性凸模剪应力作用有本质区别。采用液体作为凸模,对模具制造精度要求大幅降低,且冲裁件断面整齐、几乎无毛刺,尺寸精度满足要求。

冲击液压载荷作用下双金属薄壁管内压力与型腔体积变化的关系

双金属薄壁管冲击液压胀形技术是在液压胀形与冲压成形基础上发展起来的一种复合成形技术。冲击液压载荷作用下的双金属薄壁管成形所需内压力源自于管坯型腔体积的压缩,其大小随液体体积压缩量变化而变化,为此提出了基于冲击液压载荷作用下双金属薄壁管的内压力形成机理的研究。首先介绍了双金属薄壁管冲击液压胀形的成形原理;然后,通过对内外管轴向冲击液压预成形与径向冲击液压成形过程中内压力形成的理论分析,构建了管坯型腔内压力与体积变化之间的数学模型;同时,利用Ansys Workbench有限元模拟技术获得了内外管轴向冲击液压预成形与径向冲击液压成形过程的内压力,通过有限元模拟与理论分析结果的对比发现,两者具有较好的一致性,并通过模型误差优化了内压力数学模型,为双金属薄壁管冲击液压胀形技术的进一步研究奠定了良好的理论与应用基础。

2B06铝合金薄壁圆盘零件冲击液压成形研究

提出了冲击液压成形冲孔一体化新工艺,对2B06铝合金薄壁圆盘形零件普通液压成形与冲击液压成形下板料的变形行为进行系统研究。与普通液压成形初期板料的“凸底变形”不同,冲击液压成形初期板料的变形呈现“平底变形”;当冲击速度在28.9~31.6 m/s时,零件贴模效果较好;冲击液压冲孔工艺相比普通冲孔工艺,孔壁质量更高。采用新工艺可获得较好的成形及冲孔精度,并有效降低减薄及破裂缺陷,拓展了冲击液压成形的应用领域。

冲击液压胀形下退火处理对H65黄铜管性能的影响

基于拉伸试验和冲击液压胀形技术,研究了不同退火工艺对H65黄铜管力学性能和成形性能的影响。首先,基于拉伸试验分析了不同退火工艺参数下管材的力学性能,结果表明,随着退火温度的升高,强度和硬度下降,塑性上升,保温时间对材料力学性能的影响较小。然后,从胀形高度、壁厚分布和圆角半径等方面分析了管材的胀形性能和填充性能,结果表明,随着退火温度的升高,破裂内压逐渐减小,胀形高度和壁厚减薄逐渐增大,壁厚分布均匀性和填充性能得到改善,保温时间对成形性能影响不大,但可通过适当延长保温时间来提高材料的成形性能。最后,综合考虑管材力学性能和成形性能的影响,确定退火温度450℃、保温时间60 min为较理想的退火工艺。

高应变速率下铝合金增塑降弹效应研究

针对高强轻质材料复杂薄壁构件在室温成形过程中存在的因低塑性导致的破裂和因大回弹导致的尺寸偏差等问题,以航空领域广泛应用的2024铝合金作为研究对象,分别开展低/高应变速率下的单向拉伸试验,以探究应变速率对2024铝合金塑性的影响规律。通过对比分析普通冲压、高速冲压和冲击液压三种加载方式下不同角度的板材弯曲成形,解耦分析了高应变速率和液体介质对板材回弹的影响规律。结果表明,高应变速率加载下2024铝合金表现出明显的“增塑”特性,其伸长率最大增幅可达到112.92%;在兼具高速加载特性和液压加载特性的冲击液压加载方式下,2024铝合金表现出明显的“降弹”特性,回弹角最大降幅达到110.25%,出现负回弹现象。

新型冲击充液复合成形工艺及其关键技术研究

冲击充液复合成形技术是充液成形技术与高能高速冲击成形技术复合的一项新型板材成形技术,主要用来成形航空航天、汽配领域中的特种材料复杂构件,以解决充液成形技术对于小凹角、小压痕等局部特征尺寸的、难一次成形的问题。分析了冲击充液成形工艺步骤以及高能高速成形下材料动态响应等关键技术;推导获得液体冲击力与打击能量间的关系式以及脉冲作用频率;最终设计制造出以压缩气体膨胀做功并输出能量的冲击充液复合成形装置,其结构简单且容易控制,实现了大部分特征的充液成形和局部小特征的高能高速成形工艺复合。

面向航空铝合金薄壁深腔构件的冲击液压成形工艺优化

为实现冲击液压成形下LY12铝合金薄壁深腔构件的一道次成形,采用响应面法结合冲击液压成形实验进行成形中的工艺参数优化研究。以减薄率和贴模率为响应量,压边力和冲击压力为优化变量,建立响应量与优化变量间的响应模型。选择中心复合设计法进行实验设计,通过Design Expert 12软件设计实验方案,分别建立关于减薄率的一阶响应模型和关于贴模率的二阶响应模型。优化结果表明当压边力为1.443MPa、冲击压力为12.594MPa时可满足减薄率和贴模率优化条件。通过验证实验得到的筒形件其减薄率和贴模率与预测值相对误差不超过5%。研究结果表明建立的响应面模型准确性和预测性良好,采用优化后的工艺参数成形的筒形件满足减薄率和贴模率要求。

基于响应面法的大曲率半径TC4钛合金板材零件冲击液压成形回弹实验研究

以大曲率半径TC4钛合金板材零件为研究对象,依照响应面法设计实验,对零件进行冲击液压成形回弹实验研究,制定了用于描述大曲率半径零件回弹的评价指标,获得不同工艺参数下TC4钛合金板材的回弹量。研究了气压、压边力以及不同曲率半径模具对TC4钛合金板材冲击液压成形回弹量的影响规律,并建立了回弹量的响应模型,得到了最佳工艺参数组合。结果表明,相比于准静态成形,冲击液压成形能够显著减小钛合金板材零件的回弹量。同时发现,回弹量随着气压和模具曲率半径的增加而减小,压边力对回弹量的影响不明显。当气压超过一定值时出现负回弹,而且模具的曲率半径越大,负回弹的绝对值越大,压边力越大,负回弹的绝对值越小。

新型管材冲击液压成形装置的设计

针对常规的管材液压成形技术需要昂贵的专用设备及模具、生产效率低等不足,开发了一种简单实用、可在冲床或压力机上使用的管材冲击液压成形装置,可用于薄壁金属管材的自然胀形、轴压胀形和异形截面中空件的冲击液压成形。该装置无需外部高压供给系统和专用液压成形设备,通过撞击轴压头挤压容腔中液体的方式来为管材提供液压力和轴压力。通过设计轴压头的行程和调节溢流阀的溢流压力值等来实现最大液压力和轴向进给量的合理匹配,并以304不锈钢毛细管和H65黄铜毛细管为试验管材做了相关试验。研究结果表明:该装置结构简单、操作方便;可实现最大液压力与轴向进给量的协调控制;合理的载荷匹配能显著地提高管材冲击液压成形的成形性能;H65黄铜毛细管破裂时所需的液压力小于304不锈钢毛细管破裂时所需的液压力。