金属板材数字化渐进成形技术研究现状

金属板材数字化渐进成形技术是国际上刚刚兴起的一种柔性成形技术。介绍了数字化渐进成形的原理、特点及其工艺过程,综合分析了近年来数字化渐进成形技术的研究成果,重点对渐进成形的工艺规划及成形轨迹的优化、对板材成形性能的影响、成形过程的数值模拟、成形精度等方面进行了较系统的归纳和总结,列举了大量的国内外工艺应用及设备情况,探讨了数字化渐进成形技术的发展趋势和有待进一步研究的若干课题。

在电场中燃烧合成Al_2O_3-TiC-Al复合材料的结构形成机理

以3TiO_2+3C+(4+x)Al为反应体系,用电场激发燃烧合成技术并使用合成中形成的液态Al对产物的渗透作用,制备出致密度为92．5%的Al_2O_3-TiC-Al复合材料,采用燃烧波峰淬熄法研究了原位合成Al_2O_3-TiC-Al复合材料的结构形成机理．结果表明:电场提供的焦耳效应可提高体系的绝热燃烧温度,从而可突破该体系只能在x＜10 mol下发生SHS反应的热力学限制;在Al_2O_3-TiC-Al复合材料动力学过程中,首先Al粉熔融,进而加速与TiO_2的反应生成Al_2O_3;然后Al与TiO_2反应还原出Ti并与C反应生成TiC;液态Al的渗透将Al_2O_3和TiC颗粒粘结起来,形成致密的复合材料组织．

基于选择性激光烧结技术的艺术瓷成形方法研究

现代艺术瓷设计中大量运用到了计算机辅助手段,但艺术瓷的成形却主要还是使用传统方法,这已经显然已不能适应生产的需求。为了能够准确地制造出所设计的艺术瓷器型,提出了应用选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)来成形的工艺方法。研究了采用混合法制备高白土和环氧树脂E-06的混合粉末,然后对混合粉末进行SLS,再经过后处理(冷等静压、施釉、高温烧结等),最终获得通过计算机辅助手段设计完成的艺术瓷制品的工艺过程。研究表明,采用SLS成形艺术瓷的方法是可行的,不仅为使用现代方法设计的艺术瓷在成形方面提供了一种新的工艺,也拓展了SLS技术的应用范围。

热等静压成形中包套模具形变的模拟与验证

根据塑性成形相关理论，本文采用MSC．Marc有限元软件对包套模具在热等静压中变形过程进行了模拟。为了验证模拟结果，以不锈钢包套模具为例，完成了测试样件的实验。为了更精确的结果比较，在样件的不同位置上选取了测试点。对比分析模拟和试验对应点的研究结果表明，径向变形的模拟结果偏小，相关点误差达到-5．33％、-13．64％；而轴向变形的模拟结果偏大，相关点的误差达到了7．43％、3．14％和4．57％。研究表明，对于包套模具采用行限元模拟的方法，可以形象、准确描述包套的形变过程，此方法可以为复杂结构的热等静压成形提供参考，实现精确控形。

基于遗传神经网络的数字化渐进成形回弹预测

针对传统BP神经网络具有易陷入局部极小等缺陷,采用遗传算法(GA)对BP神经网络(初始权值、阈值)进行了优化,将人工智能技术和激光扫描测量技术有机结合,建立了金属板材数字化渐进成形回弹预测的遗传神经网络模型,对计算结果与BP神经网络预测结果进行比较,表明遗传神经网络预测值与实测值之间具有很高的相关性和精确度,该模型可用于预测渐进成形工艺参数与回弹量之间的映射关系,为金属板材数字化渐进成形回弹量的预测开辟了一条新的途径.

热冲压成形新型B钢开发与工艺研究

在传统22MnB5成分基础上添加Cr、Mo等化学元素,开发出热冲压专用新钢种22MnMoB材料,并通过金相显微镜、显微硬度计、电子拉伸试验机等设备对22MnMoB材料进行材料性能、材料连续冷却转变曲线(CCT)、热处理工艺性能测试,通过中试线、热冲压模具等设备测试材料的工艺参数、试制热冲压零件并测试零件性能。试制结果显示,新开发的22MnMoB材料具有良好的抗短时高温氧化性能、成形淬火后材料组织细小、强度级别与原有22MnB5相当,但总延伸率大大提高。

汽车前防撞梁热成形冷却过程温度场数值模拟

采用ProCAST软件，对高强钢板热冲压成形工艺冷却（淬火）过程进行数值模拟分析，计算了连续多个冲压工作循环下模具和坯料的温度场。结果表明，模具在连续多个冲压工作循环中，温度呈周期性的快速上升和快速下降的变化趋势，当每一个冲压工作循环结束时，模具的温度都保持在50℃左右。坯料在淬火过程中，其温度呈快速降低趋势，冲压结束时坯料的出模温度分布在75℃～225℃上下，出模温度随冲压工作循环的进行而依次略有升高，并达到稳定。对模具和坯料进行试验测试，其温度值与数值模拟值吻合较好，说明该计算模型和方法对成形工艺设计有较好的预测评价作用。

板材冲压成形有限元数值模拟界面摩擦约束处理方法

基于弹塑性大变形板材冲压成形增量有限元法,采用线性弹簧单元提出一种空间三维板材冲压成形等效界面摩擦力的处理方法.这种方法的优点是可以反映界面摩擦力的同步、被动产生效果,同时它还可以保证约束后刚度矩阵的对称性.将提出的摩擦约束处理算法引入自主开发的板材成形模拟软件FASTAMP,计算了汽车油底壳的成形过程,计算结果的厚度分布与实际冲压件吻合比较好,验证了等效界面摩擦力约束处理方法的有效性.

冲压成形模拟过程中的工艺切口算法及应用

针对板料成形模拟过程中的工艺切口问题,提出了网格自适应加密与减密技术的工艺切口算法。算法采用向前推进方式对切边线经过的单元进行网格调整,通过网格映射方法完成新旧单元体系下物理量信息传递。将算法集成到基于动力显式算法的FASTAMP软件中,模拟实际生产的汽车覆盖件成形过程,优化工艺切口时的模具行程、切口的大小、位置和形状等。将工艺切口方案应用于实际拉深成形中,其成形结果不仅验证了数值模拟结果的准确性,同时也证明了工艺切口算法的实用性。

Nd对块体Mg-Cu-Y-Nd非晶合金玻璃形成能力的影响

在非真空熔炼条件下采用工业纯原材料和负压铜模吸铸法制备Mg65Cu25Y10-xNdx(x=0,2,4,6,8,10)棒状试样,利用差示扫描量热(DSC)和X射线衍射(XRD)等方法分析Nd对Mg-Cu-Y-Nd非晶合金玻璃形成能力的影响。结果表明:Nd的含量(x)为0,4,6成分的合金试样具有完全非晶态组织,且x=4时具有最大的玻璃形成能力,其约化玻璃转变温度(Trg)为0.592,过冷液相区宽度(ΔTx)高达66 K;当x为2,8,10时,由于合金成分明显偏离共晶成分,玻璃形成能力降低,试样只含有少量非晶,且主要呈晶体组织特征。

铝合金板成形中摩擦与润滑的研究进展

概述了铝合金板成形过程中的摩擦机理、摩擦模型和润滑的发展现状。全面分析了铝合金板成形的影响因素,阐述了润滑剂的作用机理,展望了其发展趋势,提出铝合金成形应走环保型'绿色'润滑之路。

管材液压成形中的数值模拟方法

根据动力显式增量有限元方法和BT壳单元提出了液压胀形模拟算法。该算法充分考虑了管材胀形时的液体压力加载曲线、管材外壁与模具的润滑情况、轴向进给、径向进给等实际工艺条件对管材成形性的影响,能够预测零件成形过程中的开裂、起皱等缺陷,从而优化成形工艺参数,提高零件的成形工艺性。算法具有通用性,能够模拟轴线为直线、曲线以及带径向侧冲头的各种复杂管材的成形。将算法集成到FASTAMP软件中,通过模拟三台阶轴的液压胀形,并与实验数据比较,验证了算法的准确性与实用性。

短碳纤维增强复合材料注塑成型工艺的研究

以14英寸笔记本电脑外壳(A壳)为例,通过数值模拟、模具设计、注塑成型、表面处理等方法相结合研究开发了聚碳酸酯/丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(PC/ASA)基短碳纤维增强复合材料的注塑成型工艺。通过对短碳纤维分别为10%和20%的PC/ASA材料笔记本电脑外壳与普通聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(PC/ABS)基材的笔记本电脑外壳进行产品厚度尺寸及拉伸强度、弯曲强度等力学性能的比较发现,在同等强度条件下,前者比后者的产品厚度可减少35%以上,质量可减轻30%以上,满足笔记本电脑外壳等3C数码产品"更轻、更薄、更便捷"的实际需求,具有广泛的应用前景。

塑料特性对注射成形工艺的影响

以Dow Chemical USA公司产通用聚苯乙烯为例,将系列材料的特性参数近似为其特性参数分布,采用Plackett-Burman设计构造所需材料,用注射成形数值模拟软件分析材料充满同一型腔时所需的最大注射压力,并以此评价材料注射成形工艺性能,分析材料参数对成形工艺的影响.结果表明:在GPPS系列材料的流变特性和压力体积温度特性中,Cross-WLF模型中的参数D1和A1对最大注射压力的影响较显著;Cross-WLF模型中的n和τ*以及双域Tait修正模型中的b2s和b3s对最大注射压力的影响较显著;熔体密度对最大注射压力有一定的影响.

铝合金板成形性分析

在分析铝合金成形过程中的摩擦机理与润滑特点的基础上,论述了影响铝合金工件成形的主要因素,阐述了工件质量与工件材质、变形条件、应力状况、润滑剂类型等的相互关系,并指出了改善铝合金工件应注意的问题。

Al-Si镀层在热冲压成形中的形貌完整性变化

采用光学显微镜和SEM,观察了Al-Si镀层在热冲压成形过程中形貌完整性的变化,并结合EDS和XRD进行物相分析;采用Talyor Surf-120对奥氏体化前后的镀层板试样表面进行粗糙度测量。结果表明:奥氏体化前后,Al-Si镀层的完整性经历了显著变化,镀层内产生了裂纹和孔洞;裂纹密度随奥氏体化温度的升高和保温时间的延长而降低,孔洞的尺寸则随之增大;裂纹和孔洞的形成与镀层内部组织演变有关。同热浸镀试样相比,镀层板的表面粗糙度显著提高,但奥氏体化参数对粗糙度的影响并不明显。热弯曲实验表明变形区外侧的镀层在拉应力作用下开裂,裂纹垂直扩展到基体表面;变形区内侧的镀层在压应力作用下,出现层状开裂。

基于实体单元的板材渐进成形数值模拟分析

为研究渐进成形的成形机理及工艺参数对成形力的影响,应用三维实体单元对成形过程进行数值模拟分析和相应的实验研究.在解决数值模拟中运动轨迹加载等难点问题的基础上,合理简化有限元分析模型,提高数值模拟计算效率.采用坐标网格法实验,并通过检测板材厚度的变化,验证了模拟结果的准确性.通过对模拟和实验结果的研究分析,提出了一种不同于剪切变形的新的变形机理,即主要变形区的板材是平面内拉伸变形及局部反向弯曲变形的组合;对成形力的数值模拟正交实验表明层间距是成形力的主要影响因素,并且成形力随层间距的减小而减小.

铸造镁合金氢致气孔形成机理的研究

利用镁合金定量金相技术和场扫描电镜研究了铸造镁合金中显微气孔的组织形态及其形成机理。结果表明:随镁合金试样厚度的增加,显微气孔的组织形态由细小的针孔演变为显微气缩孔。铸造镁合金微孔形成机理从热力学角度分析符合气体形成模型;从动力学角度分析符合溶质再分配理论,从而验证氢气析出形成显微气孔机理。

铸造镁合金显微气孔形态及形成机理的研究

利用镁合金定量金相技术和场扫描电镜,研究了铸造镁合金中显微气孔的组织形态及其形成机理。结果表明:随镁合金试样厚度的增加,显微气孔的组织形态由细小的针孔演变为显微气缩孔。铸造镁合金微孔的组织形态形成机理符合气体形成模型和溶质再分配理论,从而验证氢气析出形成显微气孔机理。

微小精密滴灌灌水器快速成形误差对流态特征的影响

采取多种成形角度制造出试验用滴灌灌水器光固化快速成形原型件,通过流量-压力试验得出不同成形角度下灌水器的流量变化规律,并与塑料灌水器产品的流量进行对比得出水力误差。以新型涡流灌水器为例,研究结果显示不同成形角度下灌水器的流量系数变化较大,而流态指数没有明显的改变,定量结果表明该种灌水器在40°的成形角度下制造误差最小。