Experimental and numerical investigation on surface quality for two-point incremental sheet forming with interpolator

The unsatisfied surface quality seriously impedes the wide application of incremental sheet forming (ISF) in industrial field. As a novel approach, the interpolator method is a promising strategy to enhance the surface quality in ISF. However, the mechanism for the improvement of surface quality and the influence of interpolator properties on surface roughness are not well understood. In this paper, the influences of process variables (i.e. tool diameter, step size and thickness of interpolators) on the forming process (e.g. surface roughness, forming force and geometric error) are investigated through a systematic experimental approach of central composite design (CCD) in two-point incremental sheet forming (TPIF). It is obtained that the increase in thickness of interpolators decreases the surface roughness in direction vertical to the tool path while increases the surface roughness in direction horizontal to the tool path. Nevertheless, the combined influence between thickness of interpolators and process parameters (tool diameter and step size) is limited. Meanwhile, the placement of interpolator has little influence on the effective forming force of blank. In addition, the geometric error enlarges with the increase of step size and thickness of interpolator while decreases firstly and then increase with an increase in tool diameter. Finally, the influencing mechanism of the interpolator method on surface quality can be attributed to the decrease of the contact pressure due to the increase of contact area with the unchanged contact force. Meanwhile, the interpolator method eliminates the sliding friction on the surface of blank due to the stable relative position between the blank and the interpolator.     

橡皮囊液压成形回弹补偿技术比较分析

橡皮囊液压成形工艺是航空钣金成形的主要方法之一,而回弹是影响其产品制造精度的主要缺陷。为提高航空钣金零件制造精准化制造水平,国内开展了大量的研究和实践,但各种方法的工程化应用程度并不理想。针对基于数值模拟的回弹预测方法和基于零件几何特征的快速回弹补偿方法进行综述,对比分析了两种方法的优缺点,并结合航空企业工程化应用实际需求提出将两种方法相结合的解决方案。     

整体壁板时效成形的回弹预测及模面补偿技术

时效成形是一种用于制造飞机整体壁板零件的成形工艺。由于其具有回弹量大的特点,需要开发一种准确预测成形后回弹量的方法,并在此基础上对模具型面进行补偿,以消除回弹对成形精度的影响。本文将有限元法应用于网格式高筋壁板时效成形及回弹的分析,并通过实验验证了有限元预测回弹量的准确性。提出了一种基于有限元回弹预测的适用于铝合金时效成形的模具型面补偿算法,并应用该算法进行了复杂高筋整体壁板局部件时效成形的修模计算分析。通过9次迭代计算,零件成形误差减小到0.4 mm以内,证明了该算法具有收敛速度快、精度高的优点。     

基于中性层偏移的Z型材滚弯成形回弹预测

以提高大截面Z型材四轴滚弯成形精度为目的,通过综合考虑材料属性、几何特征和成形半径等因素对回弹的影响,建立了引入中性层偏移的大截面Z型材弯曲回弹解析模型,研究了7075-O和7475-O铝合金Z型材在不同滚弯成形半径下的回弹规律,并进行滚弯成形实验验证。结果表明,与忽略中性层偏移影响的型材回弹预测经验模型相比,基于中性层偏移的回弹预测模型能够准确预测大截面Z型材的回弹量,在相同的曲率半径下,预测回弹变形的最大相对误差从11.681%减小到3.347%。     

静压支撑-单点增量成形制件减薄率研究

为解决单点增量成形制件因减薄不均而产生的破裂问题,将静压支撑技术引入到成形过程中进行辅助成形。首先,对静压支撑-单点增量成形机理进行分析,根据减薄程度对制件进行区域划分;然后,利用数值模拟研究不同静压条件下制件各区域的减薄率变化规律;最后,搭建静压支撑-单点增量成形实验平台验证模拟结果。结果表明,Ⅱ区域减薄率沿结点路径增大,在距离板料边缘37. 5 mm处达到最大值,且随成形深度增加,减薄率在Ⅱ区域中间位置略有降低,至底端附近又有增加。减薄率随静压参数的增大而减小,实验结果和仿真结果的误差小于5%。相比单点增量成形,静压支撑-单点增量成形技术可以有效提高和控制制件壁厚的均匀性,延缓或避免了制件的破裂。     

整体壁板压弯成形的形状控制

针对整体壁板压弯成形过程中由于回弹导致的压弯成形精度低和不可控问题,提出整体壁板压弯成形形状控制方法。以铝合金（7050-T7451）机翼整体壁板为研究对象,设计了整体壁板缩比试件模型,基于弹塑性变形理论和几何分析建立了压弯成形局部变形下压量解析预测模型,基于有限元法建立了压弯成形整体变形有限元仿真预测模型,并将模拟结果与实验结果进行了对比;在压弯成形局部-整体变形预测模型的基础上,综合考虑局部-整体变形精度,利用迭代补偿机制与逐步逼近思想,构建了压弯成形轮廓曲线迭代模型。通过与传统的试错法进行对比,研究结果表明所提方法能够以更高的精度、更快的收敛速度有效控制压弯件的成形形状。     

凸弯边零件液压橡皮成形回弹数值模拟分析

液压橡皮成形是飞机制造业中的一种非常重要的方法。回弹是液压橡皮成形中常见的缺陷,并直接影响产品质量。为此探讨了回弹产生的力学机理,并利用专业金属板料成形软件PAM-STAMP2G模拟凸弯边零件橡皮成形的成形和回弹过程。仿真结果表明：应力的分布不均匀导致了回弹角度分布不均匀,下层纤维沿弯曲方向的压应力的较大值和下层纤维沿弯曲方向的压应力较小值对应于回弹角度的较大值和较小值。     

精密钣金成形技术在航空制造领域的应用分析

介绍了钣金成形技术的发展和精密钣金成形技术的应用,并对精密钣金成形技术过程中的关键技术和发展方向进行了分析。     

基于数控编程的渐进成形模拟复杂刀路构建方法

复杂刀路的构建是金属板料渐进成形的数值模拟中的难点。针对此问题,提出了一种基于数控编程技术的刀路加载方法,可简单方便的在有限元模拟中实现复杂轨迹运动控制。根据该方法的基本思想,编写了渐进成形数值模拟中复杂刀路加载软件,并在ABAQUS软件中成功将该方法实现。     

铝合金厚板时效成形回弹补偿算法

 时效成形是一种适用于飞机整体壁板零件制造的成形工艺,具有回弹量大的特点,因此需要在准确预测回弹量的基础上对模具型面进行修正,以消除回弹对成形精度的影响。本文提出了一种基于有限元计算驱动的适用于铝合金时效成形的模具型面迭代修正算法,并应用该算法进行了单曲率的圆柱面零件、双曲率的球面零件及马鞍形零件的修模计算分析。通过4次迭代计算,使圆柱面和球面零件成形误差减小到0.4 mm以内;通过5次迭代,使马鞍形零件除4个角部外,其余部位型面误差小于0.5 mm。证明了该回弹补偿算法具有计算精度高、收敛速度快的优点。     

飞机蒙皮拉伸成形工艺参数优化

拉伸成形是飞机板金的基本成形方法。结合蒙皮拉伸成形常见的缺陷及影响因素,简述了最优化理论结合数值模拟优化工艺参数的必要性。以双曲度蒙皮为例,分析了产生回弹的机理和影响因素。采用正交试验设计建立响应曲面,序列二次规划和混合整数优化相结合的优化算法,以厚度减薄率为约束条件,对成形工艺参数预拉伸率进行优化,并对优化结果进行试验验证。结果表明优化拉形工艺参数后零件变形均匀程度提高,回弹减小了21.87%。     

夹层板精密成形的数值模拟

为了实现基于“点阵钉模、真空负压、蜂窝夹层”的双曲度面板精密成形过程的有限元数值模拟,分析了成形 2个阶段的变形过程,建立了简化的力学模形,以一种广义协调薄板弯曲四边形位移单元为基础构造了具有公共横向位移自由度的几何非线性四边形四节点分别考虑和不考虑横向剪切的多层板单元,通过牛顿 -拉斐逊法结合载荷、位移约束量的增量法求解几何非线性方程,较好地再现了真实成形过程     

薄壁碗状壳渐进成型技术的应用

薄壁零件如汽车覆盖件、机翼、导弹壳体、燃料储箱等在汽车、航空、航天、船舶、家电、机械等行业有着广泛的应用。本文通过对某产品薄壁纯铝碗状壳渐进成型制造工艺的综合分析,阐述了在薄壁回转体零件的加工中,如何通过选择不同的制造工艺,采用“分层制造”思想,将复杂的三维数字模型沿高度方向分解成一系列等高线层,从而实现对产品的渐进塑性成型加工,希望此文对同类型的产品的制造有所借鉴。     

公转速度对冷滚打成形制件回弹影响研究

在冷滚打成形过程中,滚打轮对工件击打和滚压的同时,工件变形区域储存了较大的弹性应变能,导致工件成形结束后会出现回弹,回弹现象对成形工件的廓形精度有着较大的影响。本文主要针对滚打轮公转速度与回弹量之间的关系进行研究。建立了冷滚打成形回弹的有限元仿真模型,通过动态仿真分析获得了不同公转速度时成形齿槽截面在切向、轴向和径向的变形规律;通过静态分析获得了成形齿槽截面各部分在不同公转速度下切向、轴向和径向的回弹规律。结果表明,相同工艺条件下冷滚打实验得到的工件廓形与仿真结果吻合,验证了仿真结果的正确性,通过合理选择工艺参数可以有效控制回弹,提高制件成形精度。     

Advances and challenges on springback control for creep age forming of aluminum alloy

Creep age forming(CAF) is an advanced forming technology that combines creep deformation and age hardening processes. When compared with the conventional forming technologies including roll bending and shot-peen forming, CAF has many advantages of low residual stress,excellent dimensional stability, good service performance and short production cycle. It is an optimal technique for precise manufacturing for shape and properties of large-scale complicated thinwalled components of light-weight and...     

22MnB5超高强钢板热成形中的回弹机理分析

回弹是影响热冲压件形状精度的主要因素,为研究影响22MnB5超高强钢板热冲压成形中回弹的因素,在不同温度下对22MnB5高强钢板进行拉伸试验,考察了变形温度和应变速率对弹性应变和蠕变应变的影响,获得其热力学性能。通过等温度和非等试验考察了变形温度、热成形终了温度和压边对热成形后回弹的影响。采用有限元法对槽形件非等温热成形过程进行了数值模拟。从试验结果和模拟结果可知,热效应是引起回弹的主要因素,蠕变应变减少了热成形后的回弹量。蠕变应变和热效应是影响热成形中回弹的主要因素。     

飞机框肋零件橡皮囊液压成形回弹研究综述

回弹是影响飞机框肋零件成形质量的主要因素之一,通过分析影响框肋零件回弹的主要因素,对框肋零件橡皮囊液压成形工艺的回弹预测及控制研究情况做了综述,并将预测方法归类为解析法、有限元法、人工神经网络法和试验法4种,最后总结分析了框肋零件橡皮囊成形零件回弹控制方法的发展方向.     

板材最优路径成形理论与方法

按最优路径成形板材将获得理想的成形效果，这种最优成形路径可通过多点成形技术来实现。本文基于理想路径（最小塑性功路径）成形理论，提出了板材最优路径成形的概念。最优成形路径可由初始构形、目标构形以及一系列中间构形描述出来，根据理想路径成形的变形及本构关系，文中建立了计算初始构形的有限元方法；建立了确定中间构形的泛函，给出了求解中间构形的数值方法。根据给出的方法设计了近似最优路径成形──多道次多点成形实验，实验结果表明，采用近似最优路径成形，球面目标形状的最大变形曲率提高了１１％～４０％；马鞍面目标形状的最大变形曲率提高了１５％－５０％。     

2060铝锂合金冷模热成形界面换热系数确定的实验与算法

2060铝锂合金具有密度低、比强度高等优势,在航空航天零件制造领域已得到广泛应用。通过冷模热成形工艺可以提高2060铝锂合金成形性,减少开裂、拉毛、回弹等缺陷的发生,后续时效处理可以提高零件整体刚度。然而在实际成形过程中缺乏对温度场的准确预测,即缺乏2060铝锂合金在变压强下界面换热行为的准确描述,无法对成形效果进行评估。本文利用冷模热成形界面换热测试平台,对不同压强下2060铝锂合金与H13热作模具钢的换热行为进行测试研究,基于考虑模具钢变热物性参数的显式有限差分法反算模具表面温度,计算得到不同压强下的界面换热系数,并与Beck反传热算法进行对比,两者计算结果相近。实验结果显示2060铝锂合金IHTC随压强增大而增大,在20 MPa下IHTC=1.906 6 kW/（m²·K）。改进的有限差分法具有计算效率高、速度快、反映实际模具内部温度场、误差较低等优点,可拓展应用于其他薄板材料在冷模热成形条件下的界面换热系数求解。     

Non-isothermal creep age forming of Al-Cu-Li alloy: Experiment and modelling

Non-isothermal Creep Age Forming (CAF), including loading, heating, holding, cooling and springback stages, is an advanced forming technique for manufacturing high performance large integral panels at short production period and low cost. However, the creep deformation and aging precipitation during heating stage is often neglected in experiments and modeling, leading to low forming precision. To achieve shape forming and property tailoring simultaneously, a deep understanding of the non-isothermal creep aging behavior and the establishment of predictive models are urgently required. A new five-stage creep feature of Al-Cu-Li alloy during the non-isothermal creep aging is observed. The microstructural interactions between the dislocations, solute atoms, Guinier Preston zones (GP zones) and T₁ precipitates are found to dominate the five-stage creep aging behavior. The physical-based model considering temperature evolution history is established to describe the five-stage creep feature. The springback and yield strength of non-isothermal creep age formed plates with different thicknesses are predicted and compared by non-isothermal CAF experiments and corresponding simulations. The CAF experiments show that the springback and yield strength of the non-isothermal creep age formed plate are 62.1% and 506 MPa, respectively. Simulation results are in good agreement with experimental results. The proposed model broadens the application of traditional CAF models that mainly focus on isothermal conditions.