薄壁异形管面内绕弯过程的模拟与实验研究

研究了一种薄壁异形铝管面内绕弯成形过程.基于LS DYNA软件平台建立了铝管弯曲过程的有限元仿真模型,并通过实验验证了模型的可靠性.提出了该口琴形截面薄壁异形管弯曲成形过程中孔道畸变的评价方法,分析了弯曲变形后各孔道的变化规律,以及弯曲角度、弯曲半径、模具与管坯间隙和模具与管坯间的摩擦对异形管孔道畸变的影响规律.研究结果表明：异形管弯曲变形后外侧孔道缩小而内侧孔道扩大,其孔道的畸变程度近似呈线性分布;增大弯曲半径有利于减小孔道畸变程度,而弯曲角度、模具与管坯间隙和模具与管坯间的摩擦对孔道畸变影响不大.     

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1.250l_g/r_01.625、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。     

铝合金覆层板成形极限图

提出一种创新的试验方法研究铝合金覆层板的成形极限图,即采用单拉试验获得成形极限图的左半区域,右半区域采用不同椭圆度的凹模得到不同应力状态下覆层板的成形极限应变,并且在成形极限图中引入方板对角拉伸试验数据,用于预测板材成形过程中起皱缺陷的产生,使成形极限图的预测功能更加完善。同时,进一步研究不同覆板材料和厚度对铝合金目标板材成形极限图的影响。研究结果表明:在覆层板方式下,目标板材成形极限图中的极限临界区向上移动,并向右移动,成形极限增大,并且成形极限图中起皱区域面积减小,抗失稳能力提高。成形过程选择强度系数K较高、加工硬化指数n较大及适当厚度的覆板有助于成形板材成形性能的提高。     

基于管材缩径工艺的薄壁件成形起皱失稳共性规律研究

空心薄壁件是高新技术工程领域越来越青睐的轻体结构件之一。而起皱失稳问题是薄壁件成形所面临的主要质量问题。因此,关于空心薄壁件成形过程中的塑性失稳起皱预测研究就显得尤为重要。本文基于薄壁件成形失稳起皱试验和理论研究现状,提出基于管材缩径成形研究薄壁件起皱失稳的共性规律。通过建立管材缩径起皱失稳时刻对应形貌的平衡微分方程,求解了缩径管材的临界失稳外压解析表达式。结合塑性成形理论分析了临界失稳主应变的分布特征,探讨了成形几何条件、材料参数等成形因素对零件成形抗皱性能的影响。结合工艺试验,证实了各参数的影响权重。通过本文的理论和试验分析最终确定:综合了材料强化系数和硬化指数影响的塑性切线模量对材料抗皱性的影响比重大于屈服应力对材料抗皱性的影响比重,对材料最终的起皱程度起主导作用。     

不锈钢管件滚弯成形工艺的有限元模拟

应用ANSYS有限元分析软件中的LS—DYNA求解器,对薄壁不锈钢管件弯曲成形过程进行了弹塑性数值模拟．通过对管件弯曲角度的试验结果与模拟值的对比分析,证明了建立管件有限元模型的正确性．在此基础上对管件滚弯过程的模拟结果进行了应力应变分析,揭示了其成形时的塑性变形流动规律及其对管件质量的影响．研究结果表明：薄壁不锈钢管件弯曲冷成形的主要失效形式是内侧部分的起皱和外侧部分的失稳;管件弯曲内侧等效应雯和壁厚变化呈跳跃式条状分布,是管壁起皱变形的前兆,管件弯曲外侧的壁厚减少导致其弯曲刚度降低,是管壁失稳变形的原因;最大等效应变和等效应力的部位出现在管件弯曲区域的、与滚动轮和旋轮接触部位,其弯曲成形后,部位的应力值逐渐减小,且沿两端方向应力逐渐减少．     

旋压法兰起皱预测

针对金属薄板在普旋成形时易出现法兰起皱失效的问题,开展了铝合金封头普旋成形的有限元仿真及实验研究,分析旋压法兰边的弹性应变能及其增量与起皱失稳之间的关系,提出了铝合金材料的起皱判据.结果表明:在金属薄板普旋成形过程中,旋轮给坯料施加的变形力导致了法兰边的弹性应变能增加和振荡.由于弹性应变能增量幅值的增加,法兰边和旋轮作用区围成的扇形区域中出现了不稳定区域,故产生失稳起皱.基于Drucker公设提出了法兰起皱的判据,并建立了计算流程.通过普旋实验的验证可知,该判据能较准确地预测旋压成形时法兰边的起皱缺陷.     

金属薄壁圆管内翻口过程中应力与变形的解析

拉应力内翻管法是一种用于将金属薄壁圆管成形为具有环形底部双层管状件的新工艺,它由内翻口、翻边、拉深翻管3个成形工序所组成。基于对圆管内翻口变形过程的研究,推出了管件成形中翻口区部分管壁起皱前后其应力、变形各参数与管坯尺寸、管材性能、模具尺寸、摩擦条件及比例因子m的解析关系式,并得出了翻口区管壁是否起皱及管件内翻口成形能否成功的判别式。实例表明,在m为0.7~0.8的情况下,根据解析式计算出的管件应力、变形参数与金属塑性成形仿真软件DYNAFORM模拟所得数据基本一致,而由判别式作出的结论也与模拟结果和文献中的实验结果相符。     

多道次普旋预成形阶段法兰起皱预测

多道次普旋包括贴模阶段和预成形阶段,本文主要聚焦于预成形阶段法兰起皱预测.根据普旋预成形阶段变形特征,提出法兰失稳区域内侧为简支条件,外侧为自由边界条件的假设,并推导出符合边界条件用来描述起皱波形的挠度曲面方程.基于能量法建立了法兰起皱预测模型,结合从普旋数值仿真获得的应力场和几何信息,完成了预成形阶段法兰起皱预测.与铝合金半球形构普旋试验对比表明,所建立的预测模型可以准确评估预成形阶段法兰起皱现象.     

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.     

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.     

基于FEA的拼焊板轿车中立柱拉延成形

运用DYNAFORM软件,对轿车侧围激光拼焊板中立柱进行冲压成形有限元数值模拟研究。通过观察成形极限图和厚度分布图对零件进行成形缺陷分析。针对成形结果中出现的拉裂、起皱和减薄等缺陷问题,采用调整成形工艺参数以及设置等效拉深筋的方法改善使成形结果,并根据仿真分析的结果,提出改进及优化工艺的方案。利用数值模拟过程中优化的工艺参数,进行实际零件的拉延成形实验,得到了质量较好的成形零件。研究结果表明:拼焊板焊缝模型的选取、板坯及工具网格的划分直接影响数值模拟的精度;冲压速度、压边力和拉深筋等工艺参数的选取直接影响零件的拉延成形,尤其是通过对拉深筋阻力的调节,平衡了材料的流动,解决了用调节压边力的方法无法解决的拼焊板零件成形问题。     

圆锥形件拉深成形智能化控制中侧壁起皱的研究

对已有皱曲临界条件进行了修正,通过对圆锥形零件拉深成形中的侧壁起皱实验研究,验证了对皱曲临界条件的理论分析的合理性和可靠性,可以作为圆锥形零件拉深成形中模具设计、工艺参数制定的依据及智能控制的理论基础.     

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.     

拉深零件皱曲测量及评价指标的研究

起皱是板材拉深成形中的重要缺陷，产生的皱曲具有数量多、幅值变化大和形态多样的特点。如何评价零件起皱程度以及数学定义零件表面质量，由于皱曲难以精确测量和量化描述，目前尚没有统一的标准。基于非接触式激光测量、反求造型和数据处理等技术，以典型拉深件锥形件为模型，建立了零件截面皱曲的数字形貌波形图；并通过分析皱曲数字形貌的变化趋势和分布特点以及皱曲截面形状的特征点，建立了3种皱曲评价指标，既反映了零件上各点相对标准曲面距离变化程度的几何本质，又比较客观地量化描述了拉深零件的表面质量，研究结果表明提出的评价指标是比较准确适用的。     

板材拉深稳定性理论及其应用

介绍了作者近年来在板材拉深稳定性理论及应用方面的研究成果.给出了拉深时变形区板壳的临界皱曲载荷以及厚向异性板材在拉深危险截面处的失稳载荷通解;将其应用于成形工艺分析,实现了无压边柱形凹模拉深和锥形凹模拉深以及有压边多次拉深成形极限预测与最小防皱压边力预测.理论预测与试验结果和生产经验数据吻合良好.     

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。     

基于自适应响应面的多边形坯料形状优化设计

为了减轻设计者繁重的坯料形状试错仿真工作,对板料冲压工艺中具有很强实用价值的多边形坯料形状进行了优化设计.采用智能试验设计、移动最小二乘法、自适应优化更新方法构建响应面代理模型,优化多边形坯料形状,并开发了相应优化设计程序.以某汽车侧围内上板实际零件冲压成形为算例,进行了坯料智能设计,并对优化前后的成形效果进行比较.结果表明:优化后的坯料其成形破裂、起皱缺陷明显减少,能够获得较好的成形;文中方法可提高基于响应面代理模型的优化设计效率及精度,有助于提升模具设计智能程度,加快模具设计进程、减少生产成本.     

基于PID闭环控制的变压边力优化设计

基于压边力成形窗口的定义和分析,提出了一种新的控制目标,并以此建立了可控压边力的比例、积分、微分(PID)反馈控制模型.采用此模型对冲压成形进行反馈数值模拟,从而得出每块分块压边板随冲压行程的最优压边力曲线,在变压边力压机上的实验验证表明:使用该压边力优化设计方法所得到的最优压边力可成功冲压出阶梯盒零件,避免在恒压边力下的起皱和破裂两种缺陷.该优化方法可以同时考虑冲压行程和压边板位置进行压边力优化,因而具有更好的鲁棒性.     

球形件防内皱临界拉深力的研究

用实验方法研究了球形件及椭球形件拉深成形中内皱与拉深力间的关系,获得了球形件临界拉深力和合理压边力曲线,并讨论了工件尺寸对拉深力函数计算精度的影响。     

用模糊推理及分级优化确定板料冲压的工艺条件

提出在动力显式非线性有限元计算的各增量步中，用模糊推理技术来判断被加工零件的应力、应变状态并处理相关的工艺专家知识，在此基础上建立了以凹模入口圆角半径、压边力、拉延筋约束力为设计变量，以零件无破裂情况下起皱趋势最轻为目标的二级优化模型，从而用分级优化搜索策略实现了上述主要工艺条件的自动确定．用此方法确定的典型Dashpot零件的冲压仿真工艺条件在DYNAFORM中所得的仿真结果与现有结论及实际加工经验相一致．