镍钛形状记忆合金管滚珠热旋压成形数值模拟

为了获得高性能、高质量的镍钛形状记忆合金薄壁管,尝试采用滚珠热旋压方法进行镍钛形状记忆合金管的成形．通过采用刚粘塑性有限元法对镍钛形状记忆合金管进行滚珠热旋压成形模拟,获得了镍钛形状记忆合金管坯在不同初始温度下的温度场、应力场和应变场,并进行了旋压载荷的预测．模拟结果表明,旋压件主变形区的温升可达100℃以上,故不宜选择太高的旋压初始温度;旋压成形时主变形区处于三向压应力状态,这将有利于提高材料的塑性,从而实现更大程度的塑性变形;主变形区的等效应力和等效应变数值均由外壁到内壁逐渐减小,说明旋压成形时管坯的外壁比内壁更容易满足塑性屈服准则;随着旋压温度的升高,各方向的旋压载荷均呈下降趋势,轴向载荷远远小于径向载荷和切向载荷．     

基于不同减薄量的纵向内筋薄壁筒反向滚珠旋压分析

采用反向滚珠旋压制造带有纵向内筋的薄壁筒形件.将刚塑性有限元与工艺实验相结合,被应用于分析在不同壁厚减薄量下带有纵向内筋薄壁筒形件反向滚珠旋压成形.有限元模拟结果和实验结果都表明内筋的高度随着壁厚减薄量的增加而增加,但在模拟结果与实验结果之间存在着大约10%的误差.有限元模拟的应变等值线图表明在筒壁变形区的径向应变和内筋变形区的切向应变有助于内筋的成形.轴向旋压力有限元预测结果表明较大的壁厚减薄量导致了轴向旋压力的增加,同时也导致了旋压件表面金属材料的非稳定流动.     

倾斜类管件单道次缩径旋压的数值模拟

为了研究非轴对称旋压的成形机理,并为以后的参数优化及工艺设计提供依据,采用有限元分析MSC.MARC软件,基于三维弹塑性有限元理论建立有限元模型,对倾斜类管件的旋压成形过程进行了数值模拟.分析得出了单道次旋压成形时的金属流动特点及应力、应变分布规律,并预测了成形过程中可能出现的缺陷及其区域.模拟和工艺试验结果表明:倾斜使得旋压件的变形网格、应力场、应变场、壁厚分布都呈非轴对称分布,旋压件的三向主应力、应变在圆周方向大致呈正弦或余弦分布;成形时毛坯向0°域倾斜,该区域的起旋点附近具有较严重的壁厚减薄现象,是倾斜类管件旋压成形时较容易发生破裂缺陷的区域.     

基于数值模拟的无芯模旋压收口工艺

为深入研究旋压收口成形机理,并为实际工艺过程提供依据,文中建立了单旋轮无芯模旋压收口成形的大变形弹塑性有限元模型,使用有限元分析软件MARC,对旋压收口成形过程进行三维弹塑性有限元模拟．对旋压成形过程的变形机理及应力应变分布的分析结果表明,变形金属在旋轮与毛坯的接触区受三向压应力作用;从已变形区到未变形区,轴向拉应变逐渐过渡为压应变,径向压应变则过渡为拉应变．随着压下量的增加,等效应力增加,径向应力最大值均出现在口部直身以及过渡圆角内壁,最薄区域（拉裂危险截面）出现在过渡圆角位置．有限元模拟结果与实际旋压变形规律吻合良好,为收口旋压成形工艺的制定提供了理论依据．     

铜热管内壁微沟槽的高速充液旋压加工

对直齿微沟槽铜热管的高速充液旋压拉拔成形加工机理进行了研究,建立了微沟槽高速充液旋压成形的几何模型,通过实验发现:微沟槽的加工包括挤压和成形两个阶段;影响微沟槽成形的主要因素包括多齿芯头几何参数、芯头位置、减薄量、拉拔速度、旋压器转速和工作温度等;通过控制挤压深度、进给量、芯头形状与位置等,可加工出不同形状、不同深宽比及不同壁厚的微沟槽;高速充液旋压加工微沟槽在生产上具有可行性,其材料利用率和生产效率高,成本低廉.     

三边形圆弧截面空心零件旋压成形数值模拟及试验研究

采用有限元分析软件MSC.MARC对三边形圆弧截面空心零件旋压成形进行数值模拟,对其应力应变分布规律进行了研究,重点研究了旋轮轴向进给比和毛坯厚径比对旋压成形质量的影响,分析了起皱、减薄、回弹现象产生的原因以及容易出现这些缺陷的部位。模拟及试验结果表明,口部（即成形过程中的坯料凸缘）、侧壁靠近圆角处大圆弧区和圆角区域小圆弧部位是三边形圆弧截面空心零件拉深旋压过程中易分别产生起皱、减薄和破裂的部位。     

镍钛形状记忆合金热机械循环变形行为试验研究

镍钛形状记忆合金在应用过程中,不可避免地承受热机械循环载荷作用,进而导致材料的结构性和功能性疲劳失效。热力学循环变形试验在自主开发的热机械循环试验平台上开展,并实时采集力、位移和温度信号,提取循环应力、应变和温度演化曲线,研究热机械循环变形对形状记忆效应的劣化作用。试验结果表明:机械循环载荷将轻微降低镍钛形状记忆合金在升温过程中的应变回复能力;同时,形状记忆效应随着热机械循环和温度循环次数的增加出现显著劣化。研发的热机械循环变形试验平台可用于揭示镍钛形状记忆合金功能性退化机理,为进一步对形状记忆合金器件的性能评估提供有益参考。     

密封件三维非线性旋压加工数值模拟

根据实际工件的尺寸及成形情况建立了不锈钢密封件旋压时的数学模型,应用ANSYS软件对密封件旋压成形过程进行了模拟分析,分析了其变形机理以及成形过程中出现的缺陷和原因,指出等效应力和应变随壁厚的增加而增大,最大值最先出现在圆弧段内侧,容易产生裂纹等缺陷。     

Ti-Ni形状记忆合金的高温变形性能

为了研究Ti-Ni形状记忆合金在不同温度、应变率和应力状态下的力学性能,进行了单向拉伸和热胀形试验研究.采用单向拉伸试验,分析了温度和应变速率的变化对材料流动应力及塑性成形的影响.通过热胀形实验,研究了压力,保压时间及凹模直径对成形性能的影响.发现成形件高度主要受压力影响,而凹模直径则对壁厚分布影响较大.     

多道次偏心旋压的工艺分析与试验研究

分析了偏心旋压与传统轴对称普通旋压的区别，利用ANSYS软件对偏心类管件的缩径旋压进行了三维有限元数值模拟，并解决了模拟中的动态边界及摩擦问题．通过模拟得到了变形瞬间接触区工件的应力场分布，工件的网格变化，变形终步毛坯的应力场、应变场分布以及轴向伸长量，并分析了偏心旋压中的一些常见现象及缺陷．模拟结果表明：偏心旋压不同于传统轴对称普通旋压，其成形参数的变化明显呈非轴对称分布；成形机理受旋压方式、偏心距、进给比、旋轮圆角半径、道次下压量以及毛坯壁厚等影响．试验结果表明，工艺参数对轴对称普通旋压的旋压力及成形质量有很大影响．文中最后基于试验结果就不同工艺参数对偏心旋压下旋压力及成形质量的影响进行了讨论、     

充液内螺旋翅片游动芯头的性能分析

系统分析了充液内螺旋翅片游动芯头在旋压过程中的润滑特性,结果表明：与传统内螺旋翅片游动芯头相比,充液内螺旋翅片游动芯头在旋压过程中可实现充液润滑状态;随着充液压力和轴向运动速度的增大,轴向拉力减小,其中充液压力对轴向拉力的影响较大;球形挡头和锥形入口模结构较好。试验结果与理论分析基本一致。     

带纵向内筋筒形件滚珠反旋工艺模拟和缺陷分析

通过对筒形件滚珠旋压工艺特点的分析,依据有限元原理建立了筒形件滚珠旋压反旋的三维有限元模型,用有限元软件对筒形件滚珠旋压工艺进行了数值模拟,分析了带内筋的筒形件滚珠旋压的变形机理及椭圆形端口和表面剥离缺陷产生的原因。分析认为,椭圆形端口是金属变形规律而产生的,因而是不可避免的;表面剥离主要是由于压力角较大而产生的,增大滚珠直径可以减少表面剥离缺陷的产生。     

芯棒直径对楔横轧5Cr21Mn9Ni4 N空心气门壁厚均匀性的影响规律

楔横轧空心轴类件存在壁厚分布不均问题,特别是在小直径大长径比空心件楔横轧成形中更为突出.本文在Gleeble-1500D热模拟实验机上进行了5Cr21Mn9Ni4N耐热钢的热压缩实验,得到了5Cr21Mn9Ni4N的热变形本构方程.通过改变芯棒直径,采用有限元仿真和实验相结合的方法,研究了楔横轧轧制空心气门过程中的壁厚变化规律.研究结果表明,带芯棒轧制时,芯棒直径存在临界值,在该值下进行轧制,空心气门预制坯壁厚均匀性最优;楔横轧空心件时,金属轴向均匀流动是壁厚均匀的必要条件;轧件轴向拉应变减小,径向压应变变大,周向应变在0附近且为拉应变时,壁厚较为均匀.     

基于遗传神经网络的钢管壁厚预测模型的研究

为解决钢管热轧过程荒管壁厚难以计算的问题,首先利用遗传算法优化了BP神经网络,在这种遗传神经网络算法的基础上建立了钢管轧制前毛管温度、长度、外径、轧辊转速、芯棒直径五项工艺参数与钢管轧制后荒管壁厚之间的数学模型.经过测试,基于遗传神经网络的钢管壁厚预测模型的壁厚预测误差远小于常规壁厚公式的计算误差,为设计更合理的设置毛管参数提供了科学的依据,对钢管热轧工艺水平的提高的具有重要意义.     

全浮动芯棒连轧管过程三维热力耦合有限元模拟

应用三维热力耦合弹塑性有限元模拟仿真及其接触分析技术,建立了全浮动芯棒连轧管过程有限元模型及其摩擦、传热和接触等重要边界条件.针对八机架椭圆-圆型孔系全浮动芯棒连轧管过程,实现了全三维热力耦合弹塑性有限元模拟仿真.获得了连轧管过程的应力场、应变场、温度场及轧制力学参数的变化特点.揭示了钢管连轧过程中浮动芯棒速度变化及荒管外径和壁厚分布变化的规律.     

薄壁铜管无芯模钢球旋压缩径实验与有限元模拟

通过实验和有限元模拟的方法,研究了薄壁微小型铜管无芯模钢球旋压缩径过程中,铜管的成形特征和应力应变分布。结果表明,随着进给比的增加,已成形表面依次出现金属切向堆积和表面波纹等现象,缩径后铜管壁厚随之增加;旋压缩径后铜管金相组织呈现明显的分层现象,内层稀疏,外层致密,且外表面由于金属流动形成剧烈变形层;等效应力应变均大致呈层状分布,三向主应力均在钢球与铜管接触处达到压应力最大值。     

薄壁轴向微沟槽铜管高速旋压成形的数值模拟

利用有限元分析软件MSC.Marc建立了简化的1/4旋转对称模型,对薄壁轴向微沟槽铜管的钢球高速旋压成形过程进行模拟,并对成形特征和等效应力应变、残余应力的分布规律进行分析.结果表明:成形过程中,金属回弹效应会导致齿根部出现凹口缺陷;等效应力应变及三向应力应变沿轴向呈层状分布,沟槽管外壁面应力超过材料应力极限导致铜屑产生,且易出现断管现象;沟槽底部的等效应力应变和残余应力大于齿顶与外壁面的应力;过大的残余应力容易造成材料脆化,进而产生裂纹等缺陷.     

超高速充液旋压时轴向拉力和断管分析

系统分析了超高速充液旋压内螺旋翅片过程中轴向拉力和断管倾向 .改善入口模区和旋压区管内 (外 )润滑条件 ,优化入口模和挡头结构 ,精确控制旋压量大小是减少轴向拉力及其断管倾向的主要措施 .旋压量增大时轴向拉力增大 ,当旋压量超过临界值时轴向拉力随旋压量增加而急剧增大 .入口模锥角对轴向拉力的影响十分明显 ,在入口模锥角13°时 ,轴向拉力最小 ,随着入口模锥角的增大或减少 ,轴向拉力均会增大 .