管材绕弯变形的理论与实验分析

针对管材绕弯成形的受力与变形特点,进行了理论与实验研究．应用塑性有限元方法分析了绕弯的主要工艺参数对成形后管材壁厚变化及截面椭圆度的影响,结合实验分析了变形区不同位置的椭圆度及壁厚的减薄情况．研究表明：R／D越小,变形越大,壁厚减薄也越大,而相对壁厚t／D对壁厚减薄影响不大;另外,芯棒的尺寸及位置对壁厚减薄率及截面椭圆度影响较大．     

芯棒参数对薄壁管绕弯成形质量影响分析

芯棒的使用有助于减小薄壁管绕弯成形截面扁化,但对管件的回弹角和壁厚也产生了影响。为探究芯棒前伸量、芯棒与管件间隙及芯头个数对管件质量的影响,通过正交试验设计,应用有限元软件DYNAFORM模拟了薄壁管绕弯成形过程。横截面扁化率、回弹角度、壁厚减薄率、壁厚增大率的极差分析和方差分析表明:截面扁化率随芯棒前伸量的增大而减小,随芯棒与管件间隙增大而增大,芯棒与管件间隙对截面扁化有显著性影响;壁厚减薄率随芯棒前伸量的增大而增大,芯棒前伸量对壁厚减薄有显著性影响;芯棒参数对回弹和内侧壁厚增大率的影响不具显著性。减小芯棒前伸量、芯棒与管件间隙及芯头个数将有助于提高管件弯曲质量。     

管模间隙对21-6-9高强不锈钢管数控绕弯成形质量的影响

基于ABAQUS/Explicit有限元平台,建立了21-6-9高强不锈钢管数控绕弯成形过程的三维弹塑性有限元模型,并验证了模型的可靠性.利用该模型研究了不同管模间隙对管材数控绕弯过程壁厚变化及截面畸变的影响规律.结果表明:增加管材-芯棒间隙、管材-防皱块间隙或减小管材-压块间隙、管材-弯曲模间隙可以减小壁厚减薄率;减小管材-芯棒间隙或增加管材-压块间隙可以减小壁厚增厚率,而其他管模间隙对壁厚增厚率的影响不显著;减小管材-压块间隙、管材-弯曲模间隙或增加管材-防皱块间隙可以减小截面畸变率,而增加管材-芯棒间隙,截面畸变率呈现先减小后增加的变化规律;获得了规格为Φ15.88 mm×t0.84 mm×R47.64 mm的21-6-9高强不锈钢弯管件较佳的管模间隙值.      

AP1000主管道冷弯壁厚减薄

提出了一种改进的Johnson-Cook模型,用于室温和低应变速率下AP1000核电站主管道316LN奥氏体不锈钢的塑性变形过程研究。借助有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对AP1000核电一回路主管道热段管冷弯成形过程进行模拟仿真,分析管道壁厚、相对弯曲半径、摩擦系数等工艺参数对壁厚减薄率的影响规律,拟合出壁厚减薄率的经验公式。全尺寸主管道冷弯试验结果表明,数值模拟结果准确可靠。     

管材无模拉拔成形壁厚变化规律研究

对管材无模拉拔变形时壁厚变化进行了实验研究,分析了管材无模拉拔时壁厚变化的影响因素及影响规律。确定了管材无模拉拔时壁厚变化经验公式。实验结果发现,管材无模拉拔时,壁厚变化t_f/t_0与D_(if)/D_i,D_(0f)/D_0,(1-R_S)~(1/2)的值成正比。对于薄壁管材(当t_0/D_0<0.1)无模拉拔时,比例系数等于1,即K_1=K_2=K_3=1。     

基于不同减薄量的镍钛合金管热旋压成形分析

为探索镍钛形状记忆合金管热旋压成形规律,采用有限元法进行了镍钛形状记忆合金管滚珠热旋压成形模拟,获得了镍钛合金管坯在不同壁厚减薄量下的温度场、应力场和应变场,并进行了旋压载荷的预测.模拟结果表明,热旋压成形时管坯及芯模和滚珠与管坯接触部位的温度都有不同程度的上升,并且随着壁厚减薄量的增加,管坯、芯模和滚珠的最高温度均呈上升趋势.管坯应力沿管坯周向差别较大,而应变则在管坯壁厚方向上变化较大,外层金属较内层金属更易发生塑性变形.随着减薄量的增加,各方向的旋压载荷均明显增大,轴向载荷远远小于径向和切向载荷.     

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.     

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.     

钢-铝合金薄壁管压缩塑性连接成形性分析

以St16钢管和6061铝合金管为对象,分析了一种新的薄壁管塑性连接方法连接这2种金属薄壁管的可行性。基于Abaqus软件建立了压缩塑性连接仿真模型,设计了薄壁管塑性连接专用模具,通过实验对仿真模型进行了验证。重点讨论了压缩塑性连接过程中管坯的相对自由长度、模具与管坯间隙、芯棒与管坯间隙对成形性的影响规律。结果表明,基于压缩形成褶皱的塑性连接方法适合于异质金属薄壁管的连接;压缩塑性连接的关键技术在于正确设计管坯自由长度、管坯与芯棒、管坯与模具间隙量,使被连接两管在压缩失稳之后的塑性变形量和变形方向协调,确保内外褶皱的波形轮廓接触紧密。对研究的St16/AA6061薄壁管,管坯相对自由长度满足1.250g/r₀<1.625、模具与管坯外表面间隙为0.07～0.20倍的壁厚、芯棒与管坯间隙为0.07～0.27倍的壁厚是压缩塑性连接成功的前提条件。     

薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形方法

针对毛坯厚度1mm的薄壁铝合金封头零件,提出了挡板辅助旋压成形工艺,并采用数值模拟方法进行研究,讨论了挡板辅助旋压成形中的主要工艺参数进给率、旋轮圆角半径和旋轮安装角对成形质量的影响.结果表明:相对于传统的先剪切旋压后普通旋压的多道次成形工艺,挡板辅助旋压成形工艺能够减少工序道次,提高成形效率并改善壁厚均匀性;在径厚比增大到300的情况下,传统工艺需要增加道次来解决起皱问题,而挡板辅助旋压成形工艺仍然可以一道次成形,且径厚比越大,其对壁厚均匀性的改善作用越明显;旋轮圆角半径对壁厚均匀性和贴膜度的影响最大,减小旋轮圆角半径可使贴膜度提高,但会降低壁厚均匀性.     

弯管参数在弯管成形中的理论解析

本文运用塑性成形理论,对管材弯曲截面进行了受力以及壁厚变化的分析,验证弯管参数与应力变化、壁厚变化的关系,推导了相关的解析计算公式。     

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.     

主动径向液压路径对筒形件壁厚分布的影响

基于低塑性、大高径比铝合金板材零件成形需求,提出主动径向加压充液拉深技术,采用数值模拟和实验相结合的方法,对液压加载路径对5A06铝合金球底筒形件主动径向加压充液拉深壁厚分布的影响进行研究。应用基于LS-DYNA3D内核的动力显示分析软件ETA/Dynaform5.5,确定径向压力加载区间为15～35MPa,在该区间内可以成形出壁厚分布较均匀、较大拉深比的铝合金球底筒形件。研究结果表明:在合理的液室压力和主动径向压力耦合加载路径的作用下,可有效地抑制零件球底部的过度减薄;在球底部和筒壁靠近底部的区域内壁厚减小,随着径向压力的增加,壁厚减小量降低,零件最薄处由半球与直壁相接处逐渐向球底转移。     

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.     

楔横轧小断面收缩率轴类件的椭圆度研究

利用有限元软件对楔横轧成形小断面收缩率轴类件的椭圆度进行数值模拟,通过对数值模拟结果进行正交回归分析,研究工艺参数对小断面收缩率轧件椭圆度的影响规律.结果表明：展宽角和断面收缩率对轧件椭圆度影响显著,展宽角越大或断面收缩率越小,则轧件椭圆度越大;当断面收缩率较小时,成形角对轧件椭圆度几乎没有影响.并解释了各工艺参数对轧件椭圆度影响的原因.通过轧制实验,验证了数值模拟结果的可靠性.     

毛细铜/钛复合管材的游动芯头拉拔制备及组织性能

在热旋制备界面结合质量优异的铜/钛双金属复合管坯的基础上,对复合管进行了游动芯头拉拔加工,重点研究了复合管材游动芯头拉拔加工成形能力以及拉拔加工对复合管材组织性能的影响.研究结果表明,游动芯头拉拔方式,特别是减壁拉拔,对铜/钛复合管材结合界面有较大的破坏作用,且难以实现多道次连续拉拔加工,单道次拉拔加工量不宜超过30%;575℃保温70 min的道次间退火虽然对界面元素扩散情况影响不大,但能缓解加工硬化和残余应力,使得铜/钛复合管材的平均剥离强度由变形态的7.8 N·mm-1提高到退火态的17.1 N·mm-1,大幅度提高铜/钛复合管材的后续拉拔加工性能.通过严格控制拉拔减壁量,合理制定了铜/钛复合管材的拉拔加工工艺,成功制备了结合性能优异的毛细规格铜/钛复合管材.     

管材壁厚对双直径圆管吸能元件成形与自由翻转的影响

利用ABAQUS 6.14软件模拟了在不同壁厚下,材料为20钢双直径圆管吸能元件的液压胀形、折叠和自由翻转的过程.并分析了不同壁厚下液压胀形与折叠后的壁厚分布,准静态压缩翻转变形模式以及准静态压缩时翻转力与翻转半径与推导公式之间的关系.结果表明：壁厚减薄程度与管材初始壁厚大小有关;20钢双直径圆管成形后发生轴向压缩时其自由翻转的模式多为内管外翻;推导的翻转力与翻转半径理论公式与实际测得翻转力与翻转半径的结果比较吻合.     

轧制参数对楔横轧变截面等内径空心轴晶粒粒径的影响

为了得到楔横轧变截面等内径空心轴的微观组织演变规律,借助刚塑性有限元软件DEFORM-3D,建立楔横轧热-力-微观组织耦合的有限元模型,对轧制过程的微观组织演变过程进行数值模拟,研究原始相对壁厚、成形角和展宽角对轧件平均晶粒粒径的影响规律。研究结果表明:轧件平均晶粒粒径随坯料原始相对壁厚Q的减小而减小,随着成形角α的减小而减小,随着展宽角β的增大先减小后增大。综合楔横轧空心轴内孔椭圆度和平均晶粒粒径的影响,原始相对壁厚Q=0.625、成形角α=40°、展宽角β=3°为最优的轧制参数,建立的有限元模型具有可靠性。     

管件开式冷挤压尺寸预测的数值模拟

尺寸预测是管材在挤压过程中的一个重要方面,借助有限元模拟软件Deform分析了在成形过程中各个参数如入模锥角、摩擦系数及毛坯厚径比等参数对试件的相对伸长量及相对壁厚增量的影响.从模拟结果中找到各个参数与它们之间的关系,从而为实际生产提供参考数据.     

截顶辅助型超聚能射流成形理论及正交优化

针对截顶辅助型超聚能装药结构设计及应用问题,建立了截顶辅助型超聚能射流成形微元法理论模型;综合考虑药型罩、炸药、壳体、炸高等因素关键参数,建立了超聚能射流成形特性主控参量量纲一分析模型;通过正交优化方法,揭示了辅助药型罩厚度、辅助药型罩边缘凸出长度、截顶药型罩壁厚、锥角以及炸高对超聚能射流有效射流长度和头部速度的影响规律,获得了5个关键因素影响的主次关系.