AXISYMMETRIC PROBLEMS OF CYLINDRICAL SHELLS WITH VARIABLE WALL THICKNESS

The purpose of this paper is to give the general solutions for axisymmetric eylindrical shells with paraholically varying wall thickness.

一种5m级大型薄壁筒类零件加工工艺方案研究

针对大型薄壁产品在机械加工过程中的吊装、转运、装夹工序中的划伤,研究了加工工艺,采用型面吻合高阻尼支撑块技术,有效解决了5 m级贮箱吊装磕碰的难题。通过重型整体气动夹紧工装增加该薄壁筒类零件的强度,减少刀具在加工中的自激振动,实现了零件的可靠装夹,保证了零件机械加工的高精度要求。

大型薄壁变壁厚零件壁厚模型的建立

针对特定大型薄壁零件,根据其加工工艺和结构特征,利用测量所得零件曲面上相应测量点的厚度值进行双三次B样条厚度曲面造型,形成以内表面为基准的厚度模型。

汽车大型薄壁件冲压成形过程模拟及工艺优化

采用数值模拟的方法,分析了大型薄壁冲压件(汽车前上梁外板)成形过程的影响因素,优化了成形极限和成形厚度,获得了汽车大型薄壁件冲压成形的最优工艺参数,为实际生产提供了理论支持。

50000m^3油罐壁厚设计比较与分析

油罐的壁厚设计关系到油罐的经济性和可靠性，如何把握两者的辩证关系对油罐的设计与建设具有十分重要的意义。传统上大型油罐壁厚设计采用的是变点法；以可靠度理论为基础，以可靠性分析模型为核心，提出利用可靠度法求解大型油罐壁厚的新方法。以50000m3油罐为例，编程分析并计算以2种方法设计的壁厚。变点法设计的底圈罐壁厚度与圈数无关；以中心点可靠度法求解壁厚，可靠性指标一定时，底圈罐壁厚度同样与圈数无关。探讨可靠度法求解壁厚的可行性，验证变点法设计壁厚的可靠性。

大型套筒类零件加工中壁厚均匀的优化算法

讨论了一种内表面为非加工表面 ,外表面为精加工表面的大型套筒类零件壁厚均匀的优化算法 ,以套筒外表面为基准测量套筒的壁厚值 ,间接确定套筒内表面的几何中心轴线 ,建立了确定套筒内表面几何中心轴线位置的最小二乘数学模型 ,根据优化计算得到的规划坐标调整并加工工件 ,不但可以保证套筒壁厚均匀 ,而且可以在加工前准确的判别毛坯件的合格与否 ,计算实例表明该方法简单、可靠 。

基于超声波的数控加工自动在机测厚装置设计

介绍了厚度检测在数控加工中的重要性,尤其是对于大型薄壁零件。针对在机厚度检测的难点,将在机检测技术与超声波测厚相结合,开展了在数控机床控制下的自动厚度测量装置的设计研究。经验证,本装置可以提高检测效率,减少加工时间,降低加工成本。

模流分析在大型塑料制件产品设计中的应用

大型塑料制件具有尺寸大、结构复杂等特点。在模具设计制造之前,用模流分析软件对大型塑件进行成型预测非常有必要。以某液晶电视前框为例,采用Moldflow软件进行模流分析,结果显示:Z方向上的翘曲变形非常大。为了减小翘曲变形,对导致翘曲变形的三个原因(不均匀取向、不均匀冷却、不均匀收缩)进行逐一排查。排查过程中发现,调整浇口位置、冷却系统、保压参数均无法大幅降低变形量。最后,从产品数据本身入手,对制件侧壁厚度进行调整,翘曲变形量大为降低,降低幅度为2/3。结果显示:模具和工艺参数并非变形量大的核心原因,核心原因是产品壁厚不均匀、产品侧壁冷却过快。解决方案为:增加侧壁壁厚0.3 mm,使整个产品壁厚均匀。

钛合金锥形构件变温热拉深成形壁厚均匀性控制

针对现有钛合金等温拉深过程中壁厚均匀性差的问题,开发了变温热拉深成形新技术,结合等温热拉深成形有限元分析及变温热拉深成形工艺试验,分析了变温拉深成形的工艺优势。成形试验在热成形机中进行,模具凹模与板料在热成形机中加热至成形温度(700~800℃),通过向凸模内通入冷却介质来控制凸模温度(低于板料温度),热拉深过程冷凸模底部与板料中心接触,板料在变形的过程中温度降低至屈服温度以下后不再变形,未接触到凸模的板料继续变形,解决了锥形构件热拉深过程底部过度减薄的难题。工艺试验发现采用变温热拉深成形的TC4钛合金锥形件,底部与边缘部分厚度偏差在10%以内,底部减薄现象得以改善,有效地控制了底部中心附近的厚度,使变形更均匀。

大型薄壁筒件数字减薄中的变形自适应补偿方法

针对大型薄壁筒件剩余壁厚精准控制难题,研究了一种加工变形自适应补偿方法。综合考虑了整体变形和弹性让刀变形,基于尺寸关联对整体变形进行补偿,建立了虑及结构变形的刀位补偿模型。在此基础上,建立了加工中变形的误差模型,并基于在机测量与加工数据进行了参数预测、补偿量求取和补偿刀位点生成。对某型号火箭燃料贮箱进行了测量加工实验,实验结果表明:所生成的补偿刀位点能够适应实际零件变形状态,保证零件剩余壁厚精度在设计范围内,验证了本文所研究方法的有效性。

辗扩参数对大型厚壁筒形件变形规律的影响

采用数值模拟的方法,建立了大型厚壁筒形件辗扩工艺模型,分析了辊系尺寸、筒形件尺寸和芯辊进给速度对∅712 mm/308 mm×902 mm筒件辗扩接触弧长和变形区应变分布规律的影响。结果表明,驱动辊半径为500 mm,芯辊半径为130 mm,筒形件内半径为164 mm(壁厚192 mm)时,筒件局部加载时的内外接触弧长之比最小,变形区应变分布的对称性好,变形穿透壁厚所需的压下量最小。驱动辊和芯辊半径分别为500 mm和130 mm条件下,芯辊进给速度为1.5 mm/s时,整个连续辗扩过程中筒件发生壁厚方向均匀的整体变形。辗扩结束后,筒形件中部大部分区域的应变平均值达到1.69.

板坯尺寸对筒形件多道次拉深旋压壁厚分布影响

筒形件拉深旋压可以克服传统液压拉深成形设备吨位大、工装模具多、拉深比范围窄等难题,但关于其板坯形状优化方面的研究较少。利用对比试验的方法研究了Φ352 mm×1.1 mm和Φ309 mm×2 mm两种铝合金板坯尺寸对旋压件筒壁壁厚分布的影响,并分析其影响原因,为工业生产提供理论依据。推导了成形预设形状筒形件所需板坯的参数关系,设计了多道次拉深旋轮路径。在此基础上进行了两工况的工艺试验,对比了两旋压件尺寸与直筒壁厚分布,结果是小直径厚板多道次拉深旋压壁厚与预留间隙吻合良好,并分析其原因。

大型薄壁圆筒件多件高压气淬均匀性调控技术

通过建立合适的三维物理模型和控制方程,研究了大型薄壁圆筒件多件装炉条件下的高压气淬冷却过程。根据不同装炉条件下炉内的流场和温度场的数值模拟结果,发现通过合理增加导流板结构,可以有效改善气淬过程中炉内的流场,在满足淬火冷却条件的前提下,使得工件的温度场分布更加均匀,解决了多件同时气淬存在的阴阳面问题。最后通过试验验证了模拟结果的正确性,为风冷系统优化提供了可行路径,也为以后提高大型立式真空气淬装备气淬效果提供了理论依据。

转炉出水口钢套充液拉深工艺优化有限元模拟

以转炉出水口钢套为研究对象,根据零件几何尺寸,利用UGNX12.0三维模型软件建立模型,并结合DYNAFORM有限元模拟软件,进行充液拉深成形仿真及试验研究。对成品两道次的充液拉深液室压力和半成品的过渡形式进行研究,提出了斜底筒形件过渡方式,并探究了斜角角度对壁厚分布的影响。结果表明:第1道次拉深液室压力采用两拐点加载,设置2 MPa初始反胀压力和25 MPa最大液室压力成形效果最好;第2道次拉深的最大液室压力选用30 MPa可以有效避免起皱和破裂缺陷的产生;与普通筒形件过渡方式相比,采用斜底筒形件过渡更有利于拉深变形,其中45°斜角过渡拉深的效果最佳。通过有限元仿真确定了合适的工艺参数,获得了质量合格的转炉出水口钢套产品。

多道次双面渐进成形策略对成形质量的影响

针对大壁角深腔类零件成形难的问题,在分析平行直线、平行弧线和变角度多道次双面渐进成形的基础上,提出了一种“Z”形折线连续多道次双面渐进成形策略。以大壁角深腔类方锥为研究对象,通过有限元模拟结果得出,“Z”形折线连续多道次双面渐进成形策略在平均厚度和几何偏差上表现优越。并通过试验验证了“Z”形折线连续多道次双面渐进成形策略的成形效果。结果表明,“Z”形折线连续多道次双面渐进成形策略得到了更为均匀的厚度分布,平均厚度由0.78 mm提升为0.87 mm,厚度减薄率与变角度多道次双面渐进成形相比提高了7%,显著提高了双面渐进成形工艺中大壁角深腔类试验件的成形精度和表面质量。

大型零件高性能挤压铸造的难题与对策

介绍了大型钢铁零件和铝合金零件高性能挤压铸造的最新进展及其卡脖子难题,提出了相应的对策和解决方案。针对大型斗齿、齿座,圆锥破碎机的轧臼壁、破碎壁以及重型车辆的主动轮等典型大型零件,进行了挤压铸造的技术经济可行性分析,指出大型零件挤压铸造的主要难题是浇注过程氧化吸气严重、壁厚效应突出以及工艺装备投资巨大,提出了解决这些难题的气-液送料、随动浇注、液-机联合锁模、多段分级加压等技术路线并分析其可行性。

扩孔变形模式对筒形件成形的影响规律

采用数值模拟方法分析了筒形件自由锻马杠扩孔成形过程和热辗扩成形过程,对比分析了两种变形模式对筒形件变形规律的影响。研究结果表明:相同壁厚锻比的条件下,局部加载间歇变形模式的马杠扩孔成形的筒形件横剖面上等效应变沿周向周期性分布,其大小沿径向从内到外逐渐降低;而局部加载连续变形模式的热辗扩成形的筒形件横剖面上等效应变沿周向均匀分布,其大小在外径处最高,内径处次之,壁厚中心最低。对比发现:两种变形模式中壁厚中心的等效应变值相当,且热辗扩成形的筒形件壁厚中心的等效应变略大。结合热辗扩成形试验结果发现:在相同壁厚锻比的条件下,热辗扩成形工艺可以替代马杠扩孔成形工艺来成形筒形件,在保证环坯充分锻透的前提下,获得变形均匀的筒形件。

基于灰色关联度的筒形件变薄拉深工艺参数优化

利用Simufact. forming有限元仿真软件,以变薄拉深工艺中第1道次减薄比、凹模锥角和拉深速度3个工艺参数为自变量,以筒形件的外圆度误差与壁厚偏差为优化目标进行数值模拟,设计3水平3因素的正交试验。基于灰色关联分析法,计算各工艺参数对筒形件尺寸精度的关联系数与关联度,进行多目标优化得到最优工艺参数组合。结果表明,变薄拉深冷成形工艺中,当第1道次减薄比为70%、凹模锥角为10°、拉深速度为10 mm·s^(-1)时,筒形件的尺寸精度较高。变薄拉深工艺参数对筒形件尺寸精度的影响顺序为:第1道次减薄比>凹模锥角>拉深速度。经过试验验证,仿真结果与试验结果的相对误差小于10%,证明了有限元仿真有良好的可靠性,可为实际生产做出指导。

多道次变薄拉深速度对筒形件尺寸精度的影响

多道次变薄拉深过程中,拉深速度对整个筒形件的成形质量有着重要影响。为了探究多道次变薄拉深时拉深速度对工件成形后尺寸精度的影响,针对多道次变薄拉深过程中不同的拉深速度,采用有限元数值模拟的方法进行研究,以多道次变薄拉深过程中工件的实际外径与壁厚偏差作为性能指标,探究多道次变薄拉深时拉深速度对筒形件成形后尺寸精度的影响。结果表明：经多道次变薄拉深后,工件的实际外径与壁厚偏差皆小于理论值,随着拉深速度的增大,工件外径呈现先增大后减小的趋势,壁厚偏差呈现先减小后增大的趋势,当拉深速度为15 mm·s-1时,工件实际外径最接近理论外径,壁厚偏差最小。

筒形件热强力旋压成形工艺参数的回归分步优化

为了改善筒形热强力旋压件的圆柱度并减小壁厚偏差,提出了基于回归分析的工艺参数分步优化方法。介绍了热强力旋压工艺流程,并选择筒形件的圆柱度和壁厚偏差作为优化指标,选择进给比、坯料加热温度、第1道次减薄率、轴向错距作为优化参数,设计了4因素、4水平正交实验,经实验得到了16组不同实验条件下的圆柱度和壁厚偏差。分别建立了圆柱度和壁厚偏差的线性回归方程和二阶回归方程。首先,依据二阶回归方程通过极值法对工艺参数进行初步优化;然后,参考线性回归方程系数对工艺参数进行再次优化;最终,得到的筒形热强力旋压件的最优工艺参数为:进给比为0.35 mm·r^(-1)、坯料加热温度为1100℃、轴向错距为3.3 mm、第1道次减薄率为33%。优化后筒形件的圆柱度提高了46.2%,壁厚偏差减小了30%,证明了工艺参数分步优化的可行性。