柔性夹持多点拉形过程的数值模拟

采用动态显式有限元软件,对2024-O铝合金板材在传统夹持方式和柔性夹持方式下成形球面件的过程进行了数值模拟,对比分析了拉形过程中板材的应力和应变变化.结果表明,与传统夹持方式相比,在柔性夹持方式下得到的多点拉形件应力应变分布均匀,成形效果较好,而且可以提高材料的利用率.完成了相关的实验验证,结果表明:柔性夹持方式适用于多点拉形过程,验证了柔性夹持装置的可行性与实用性;模拟结果与实验结果的误差基本在0.3～0.5 mm之间,验证了数值方法的准确性.     

曲面件柔性拉伸成形时的过渡区

利用多夹钳式拉伸成形机能够实现夹持和拉伸成形的柔性化特点,对投影面为梯形的曲面件分别建立矩形板料和梯形板料夹持有限元模型,并进行了不同过渡区的矩形板料和梯形板料的数值模拟.结果表明,随着过渡区最大长度的减小,板料容易贴模,成形力减小,成形件的最大应变值减小,有效成形区应变、厚度分布更均匀,成形效果更好.对投影面为梯形的曲面件进行拉伸成形实验,实验结果与数值模拟结果吻合,验证了数值模拟的正确性.多夹钳式拉伸成形机能够根据模具形状合理设计过渡区形状,提高成形质量,节省材料,降低拉伸成形成本.     

差厚管内高压成形变形协调性研究

为了揭示差厚拼焊管内高压成形中,厚管与薄管的长度比和厚度比对变形协调性的影响规律,对不同长度比和厚度比拼焊管坯胀形过程进行了数值模拟研究,并分析了长度比和厚度比与轴向应变分布、减薄率分布的关系.通过拼焊管胀形实验获得了不同长度比拼焊管坯的胀形结果,对实验件轴向应变分布和变形协调性进行了测试分析.研究表明:变形协调性随差厚拼焊管长度比增大而提高,随厚度比增大而降低.差厚管内高压成形过程中,由于壁厚不同导致薄、厚管变形状态出现明显差异,薄管靠近焊缝区域的轴向拉应变最大,致使该处减薄率明显大于其它部位.变形协调性越好,壁厚均匀性越高.     

柔性三维拉弯成形零件的形状控制

对柔性三维拉弯成形工艺进行了研究,给出了三维弯曲成形件的数学表达式.通过分析柔性三维拉弯成形过程中型材的水平和垂直方向的变形,给出了控制成形件水平方向和垂直方向形状的单元体调形方法与夹钳的拉弯轨迹计算方法.根据柔性三维拉弯工艺中单元体调形多点控制的特点,定义了多点模具的调形参数,给出了单元体与成形件接触的几何关系,并给出了描述单元体上多点模具包络形状的三次B样条插值方法.基于上述的几何关系和多点模具的调形参数,使用圆弧对夹钳的拉弯轨迹进行计算.对L形截面铝型材的三维拉弯成形实验结果表明,成形件轮廓误差小于0.7%,验证了上述方法的实用性.     

工艺参数对多辊下压式柔性拉形影响的数值模拟

多辊下压式拉形方法是基于新原理的柔性拉形方法。为了研究不同工艺参数对该拉伸成形过程和成形质量的影响,使用非线性动态显式有限元分析软件对该新工艺的成形过程进行模拟。模拟结果表明压辊装置与模具距离越近板料合模越容易,成形效果也越好,而夹持装置和压辊装置之间的距离对成形结果影响不大。进行了相关实验验证,结果表明数值模拟结果与实验结果趋势一致。     

连续柔性成形过程的有限元建模方法

通过分析连续柔性成形装置的结构特点,提出了柔性辊离散和连续两种建模方法.从接触方式、应力分布等方面对两种有限元模型进行比较,结果表明:柔性辊离散模型中的刚体短辊以分段折线逼近目标曲线形状,与板料为点接触,柔性辊连续模型中的实体辊与板料为光滑曲线接触;相比于光滑曲线接触,从厚度分布可以看出点接触导致了鞍面件厚度分布不均匀,产生了局部变形;柔性辊连续模型的应力分布较离散模型均匀.采用两种有限元模型成形鞍面件和球面件并与实验结果比较,可知柔性辊连续模型预测实验件的偏差小于离散模型的偏差,说明其更适用于模拟连续柔性成形过程.     

柔性电热镍微夹钳结构设计及加工测试研究

把柔性机构的设计方法--伪刚体法应用于柔性微夹钳的设计中,得到一种新结构形式的电热微夹钳,用UV-LIGA方法进行加工制作,并进行动态性能测试. 从对称的平面十杆刚性机构得到其伪刚体模型,对伪刚体模型进行优化并柔性化得到放大20倍的柔性微夹钳钳体,通过仿真验证了设计的正确性和可靠性. V形电热驱动器与柔性钳体集成到一起,形成柔性电热微夹钳. 用SU-8胶做电铸铸模,钛和二氧化硅做牺牲层,铜做种子层,在氨基磺酸镍电铸液中进行电铸,加工出最小特征尺寸10 μm,厚度30 μm的电热镍微夹钳. 最后对制作的微夹钳在0～1.5 V直流电压下进行动态测试,夹持端位移最大可达24 μm.     

三维曲面柔性轧制辊形计算方法

分析了利用曲面柔性轧制方法实现三维曲面件成形过程中板料厚度变化与轧制变形之间的关系,推导出当工作辊弯曲形状为圆弧时,凸曲面柔性轧制不均匀辊缝的辊缝分布以及工作辊排布函数公式.根据该公式对凸曲面柔性轧制进行数值模拟研究,并通过计算将离散辊全局压下量转化为局部压下分量,得到较好的模拟结果.研制了小型实验装置并进行成形实验,得到典型实验件.数值模拟与实验结果表明,曲面柔性轧制用于成形三维曲面零件具有可行性和实用性.     

组合热源模型下焊剂片约束电弧焊温度场预测

通过反演法将高斯面热源与柱型体热源耦合构建成组合热源,再运用软件ABAQUS对焊剂片约束电弧焊高强钢T形接头在此组合热源作用下形成的温度场进行数值模拟.模拟过程中着重考虑了夹具与工件之间的接触传热.通过将模拟结果与实验结果对比,发现模拟与实验所得焊缝形貌、以及各测试点焊接热循环曲线基本吻合,从而验证了有限元分析中使用该组合热源模型预测焊剂片约束电弧焊温度场的可行性和有效性.对T形接头温度场分布研究发现,模拟的T形接头的面板和芯板在厚度方向温度分布均匀.对热循环曲线的分析中发现,夹具在工件冷却阶段的作用明显,为此对焊接热影响区范围进行数值预测,预测结果与实验结果吻合.     

钛合金网板多点成形起皱缺陷的数值模拟

采用动态显式有限元软件,针对不同厚度、不同曲率半径的带孔网板和无孔板球形面的无压边多点成形过程进行了数值模拟.模拟结果表明,在相同的成形条件下,带孔网板成形球形件时不易起皱,成形效果较好.分析表明,带孔网板成形时不易起皱的原因是网孔吸收了部分金属变形,从而减小了网板起皱的趋势.通过模拟得到了带孔网板和无孔板成形球面件时不起皱成形极限与板厚的关系曲线.实验结果表明,模拟结果与实验结果吻合良好,且满足与不起皱成形极限图的对应关系.     

矩形管多点弯曲成形截面畸变的影响因素研究

建立了矩形管多点弯曲成形有限元模型.通过对比矩形管多点模具弯曲成形和整体模具弯曲成形的截面畸变率,证明了多点模具用于矩形管弯曲成形的可行性.分析了矩形管长度、宽度、高度、壁厚和弯曲半径对截面畸变率的影响,结果表明：矩形管越长、管壁越厚、曲半径越大,截面畸变率越小;矩形管截面越宽、越高,截面畸变率越大.对矩形管进行了多点弯曲成形实验,结果表明：矩形管成形效果较好,成形实验与数值模拟得到的截面畸变率基本一致.     

Influence of deformation path on the forming effect in a multistep flexible rolling process

The flexible rolling process (FRP) is a novel three-dimensional (3D) forming process that combines the multipoint and traditional rolling forming. The principle of FRP is based on thickness thinning, so the deformation path significantly impacts the forming effect. In this study, the multistep forming process with different deformation paths was introduced to improve the forming effect of FRP. For instance, with the convex surface part, three finite element models of multistep FRP (MSFRP) were established. The corresponding numerical simulations and forming experiments performed among different deformation paths showed the surface part with a longer effective forming region was obtained and the forming regions with more steps in MSFRP were smoother. Thus, the sheet-metal utilization rate was greatly improved. Moreover, the MSFRP can improve the longitudinal bending effect dramatically and thereby endowing the forming part with a better forming effect. Therefore, MSFRP is a prospective method for broad applications.     

薄材多点成形中回弹的预测

多点成形技术是三维曲面板类件柔性成形的新技术.在薄板边多点成形中,回弹是一个必须解决的问题.论文中采用显-隐式算法分析了板材厚度、曲率半径对柱面、球面等典型曲面的多点成形回弹的影响,得到了回弹趋势和回弹分布规律,这些结果对多点成形技术具有一定的参考价值.     

半球形件变液压力变压边力充液拉深研究

采用充液拉深工艺,运用变液压力变压边力组合的方法,以DYNAFORM软件为平台,对半球形件的成形过程进行了有限元仿真模拟.仿真结果表明,在恒定压边力充液拉深下,零件易发生起皱和破裂,零件减薄率较大,无法满足成形要求.采用变液压力和变压边力组合的加载方式进行研究.研究结果发现,采用变液压力变压边力组合进行充液拉深的零件不破裂、不起皱、减薄率小,零件厚度分布均匀,能够较大程度地改善零件的成形效果.最后通过试验验证了该工艺的可行性.     

柱面件无压边多点成形中成形面的修正与回弹控制

利用数值模拟技术,在回弹分析的基础上,研究了不同厚度的柱面件在无压边多点成形中回弹影响的修正方法.结果表明:目标曲面成形件依据最后一次修正的成形面调整基本体群的形状进行多点成形,可以有效补偿板材的回弹影响,并能实现板材的精确成形.     

输电线路耐张线夹压接长度对其抗拉承载力及失效模式的影响分析

以NY-300/40压缩型耐张线夹为对象,建立了耐张线夹-导线系统的LS-DYNA三维有限元模型,模拟研究了标准压接长度(110 mm)时耐张线夹的拉伸受力性能并与试验结果进行了对比,验证了模型的正确性,在此基础上分析了钢锚与钢芯压接长度变化时耐张线夹的抗拉承载特点。研究表明,耐张线夹的握力主要来自于钢锚与钢芯的压接。标准压接情况下,耐张线夹的抗拉承载力能满足设计要求,而且由于压接长度足够,其失效方式是铝绞线断裂而非钢芯从钢锚中拉脱。当钢锚与钢芯压接长度不足时,随着压接长度的减小,耐张线夹的握力亦逐渐减小,虽然其握力绝对值减小幅度不大,但其破坏模式逐渐由铝绞线断裂转变为钢芯被从钢锚中拉脱,就本文的分析对象而言,破坏模式发生转变时钢芯与钢锚间的临界压接长度在50～60 mm。     

TA2材质6mm厚度泡罩分割件拉伸成形工艺优化

以厚度为6 mm、材料牌号为TA2的板材作为毛坯,对其进行冷、热拉伸,加工生产泡罩分割件的实例为依据,记述产品冷、热拉伸成形时的工艺过程、出现的问题、解决方法。重点阐述了成形时的关键步骤及注意事项,对同类产品的生产加工具有很好的借鉴价值和意义。     

模内压板与成形复合工艺及杆系柔性成形模具

分析了板料在曲面成形过程中的应力分布情况和板料的受压屈曲与起皱机理,提出了一种新颖的板料成形方法———模内压板与成形复合工艺,板料在成形过程中板面法向受压板力的约束,可抑制板料受压屈曲,这种工艺方法可以显著地减少板料在成形过程中的起皱现象.杆系柔性成形模具由若干个可调节杆组成,若干个杆组合成一个阵列,各杆端冲压头可以更换,选用与被冲压板件局部成形面近似形状的冲压头组成一定尺寸的模具冲压面,以适应加工件的表面形状,从而构成冲压成形模具.模内压板技术与杆系柔性成形模具相结合,实现模内多点压板与成形,从而可以有效地抑制板料的起皱.