不同圆角过渡的3A21铝合金矩形管弯曲壁厚变化与损伤研究

为获得不同圆角过渡3A21铝合金薄壁矩形管弯曲的壁厚变化和损伤情况,采用弹性模量变化法,通过对拉伸进行试样反复加载、卸载试验,获取了Lemaitre断裂准则中的损伤参数。基于ABAQUS/Explicit的VUMAT二次开发平台,开发了耦合Lemaitre准则的用户材料子程序,建立了相同弯曲半径条件下不同圆角过渡的矩形管弯曲损伤预测三维有限元模型,并对模型的可靠性进行了验证。基于所建模型,研究发现管材壁厚减薄率与损伤最大值均出现在弯曲后截面50°左右,并且管材截面的圆角半径越小,其弯曲后中性层外侧壁厚减薄越严重,损伤值越大,即管材截面形状越趋向于矩形,弯曲过程中越容易发生破裂。     

飞机小半径导管中频压缩弯曲工艺研究

在系统分析小半径中频压缩弯管成形机理的基础上，推导出弯管最大壁厚减薄率和最小相对弯曲半径的计算公式，研究了附加弯矩对最大壁厚减薄／增厚率的影响，并指出了减小相对弯曲半径、提高弯管质量的主要途径。     

基于PAM-TUBE 2G的管材弯曲成形数值模拟分析

管材弯曲成形工艺是飞机制造业中的一种非常重要的加工方法.在实际生产过程中,管材过度减薄或开裂、管材断面形状畸变严重、管材内侧失稳起皱等问题严重影响管材弯曲成形零件质量.PAM-TUBE 2G可以解决在管材弯曲成形工艺过程中模具设计、下料估计、精确成形模拟分析、回弹计算等问题.实例证明了PAM-TUBE 2G用来解决弯管成形工艺模拟是高效的.     

薄壁管数控弯曲过程中失稳起皱的主要影响因素

 针对薄壁管数控弯曲精确成形过程在多因素交互作用下可能发生失稳起皱这一复杂物理问题, 基于起皱能量准则和有限元方法相结合, 提出了预测该过程起皱发生的能量( 数值) 方法, 研究了影响薄壁管数控弯曲成形过程起皱发生的主要因素及影响机制。结果表明, 弯曲半径、相对管径、芯棒伸长量和摩擦因素是影响薄壁管数控弯曲精确成形过程起皱发生的主要因素, 而材料的应力强度系数和加工速度等对起皱发生影响较小。研究结果为薄壁管数控弯曲精确成形过程参数的确定和优化创造了条件。     

GH625高温合金管缩径旋压成形数值模拟及试验研究

基于ABAQUS/Explicit平台建立了高温合金管缩径旋压三维弹塑性有限元模型,对GH625高温合金管缩径旋压成形过程进行了模拟分析,研究了轴向进给速度、旋轮圆角半径、旋轮安装角度对高温合金管缩径旋压成形质量的影响规律。研究结果表明,高温合金变径管在旋压过程中,随旋轮的轴向进给,不同的区域截面变化趋势不同。对工艺参数进行分析,发现轴向进给速度及旋轮圆角半径增大时,壁厚增大;旋轮安装角度对零件壁厚无明显影响;进给速度越大或圆角半径越大,截面椭圆度越大;距自由端较远时,旋轮安装角度越小,截面椭圆度越大;随着旋轮的进给,距自由端越近,椭圆度波动越严重。最后,根据数值模拟结果确定最终工艺参数为轴向进给速度0.25mm/r,圆角半径取值2~4mm,旋轮安装角度为90o,并进行了高温合金管缩径旋压试验,得到了较好的成形件。     

运载火箭增压输送系统补偿器接头内高压成形

采用外径161mm、壁厚1．5mm的不锈钢激光焊管进行了补偿器接头的内高压成形实验研究，对成形后零件进行了测量，分析了内凹缺陷产生的原因，重点研究了轴向进给量对成形质量的影响。研究表明：轴向进给量小，圆角成形困难，成形区壁厚减薄量大；轴向进给量大，有利于成形圆角，成形区壁厚减薄量小，但轴向进给量过大，容易形成内凹现象。当轴向进给量在21．5—22．8mm间，能够获得外形尺寸与最小壁厚均满足设计要求的零件。     

引入材料参数的弯管中性层偏移解析模型

中性层偏移是表征管材弯曲内外侧不均匀变形程度的关键参数。基于弯管截面力矩平衡条件,建立了引入材料参数的管材弯曲变形中性层偏移解析模型,针对管材数控绕弯和压弯过程对所建模型从多个方面进行了评估,研究了不同几何和材料等管材本征参数下的管材弯曲中性层偏移规律。结果表明:应用于TA18钛管数控绕弯,发现所建解析模型与已有解析方法预测精度相当,但能考虑材料参数影响,且相较于有限元模拟,本文解析模型更接近实验结果;应用于A6063铝合金管和AZ31镁合金管压弯过程,并与Hasegawa解析方法相较,发现本文解析模型能够准确预测拉压不对称对压弯中性层偏移的影响;弯曲半径减小,弯管直径增大,中性层向弯曲内侧移动;拉压屈服强度比减小,厚向异性指数增大,中性层向弯曲内侧移动。     

基于工业机器人的数字化弯管成形技术研究

数字化弯管成形技术作为一种新型全自动管材加工技术,基于目前热门的工业机器人平台,配合弯曲末端装置实现了复杂弯曲构件的柔性成形。基于数字化弯管成形技术原理,建立了弯管机器人成形工艺轨迹及运动过程解析方法,设计并搭建了匹配的弯曲末端装置,使得弯管机器人可以实现管材的数字化弯曲工艺。采用有限元模拟与试验相结合的方法,研究了管件在机器人弯曲成形过程中应力的变化规律,讨论了由机器人运动提供的补料功能,并分析了该功能对于弯曲构件成形质量的影响。结果表明,搭建的弯管机器人成形试验平台及解析方法可以实现管材连续弯曲成形,成形管材最大应力值增大的幅度较小。机器人主动进给补料作用可有效改善弯管壁厚减薄现象。但同时补料也易导致管材弯曲内侧材料发生堆积,试验时较易出现起皱缺陷。未来的研究工作中,需着重开展基于起皱缺陷的机器人运动、弯曲速度等参数的优化研究。     

异型截面轻体构件内高压成形技术

介绍近年来在内高压成形机理、工艺、设备和应用方面的进展情况.针对大截面差管件、弯曲轴线异型截面构件和枝杈管3类工艺给出典型零件缺陷形式、形状精度、壁厚分布及工艺参数对它们的影响.介绍了航空航天器铝合金异型截面件研制和热介质内高压成形探索成果,以及哈尔滨工业大学最新研制的三轴数控内高压成形机,并给出了研制的典型零件及其在航空航天中的应用情况.     

铝合金壁板筋条多点对压成形失稳及断裂研究

应用多点模具对压成形铝合金整体壁板是一种新技术,如何预测和避免筋条的失稳和断裂是该技术能否用于实际生产的关键问题之一。针对铝合金壁板筋条的多点弯曲过程,提出了失稳和断裂的判定方法,应用有限元模拟和多点压弯试验进行了对比分析。结果表明,失稳和断裂判定方法能够预测筋条产生失稳和断裂的位置和时刻。基于多点模具形状调整快的特点,采用分道次成形的方式研究了压弯半径对筋条断裂和失稳的影响规律,确定了单筋条多点压弯时的极限曲率半径。模拟了复杂结构整体壁板在变路径加载条件下的失稳和断裂情况,优化了加载路径。     

变摩擦对TC4合金超塑成形零件壁厚的影响

为研究摩擦在超塑成形中对零件壁厚分布的影响,以TC4钛合金负角度法兰盘零件为背景,采用MSC.MARC有限元数值模拟分析了单面正向成形下模变摩擦和正反向成形上模变摩擦对零件壁厚的影响.通过方差分析和极差分析研究了正反向成形上模不同区域摩擦的变化对最小壁厚和壁厚均匀性的影响。结果表明:单面正向成形中,摩擦越小,负角度壁壁厚减薄越大,而正角度壁壁厚确呈相反的趋势;正反向成形中,当下模摩擦固定时,随着上模摩擦系数的增大,实际零件的最小壁厚相应增大;正反向成形上模不同区域摩擦的变化,对零件的最小壁厚和壁厚分布产生不同的影响;反向成形过程中板料先接触模具的部位对零件的壁厚影响较大。     

芯模填充对铜钛复合管绕弯截面畸变和壁厚减薄作用的模拟研究

为了提高铜钛复合管绕弯成形精度,基于所建有限元模型,研究了刚性芯模参数对复合管截面畸变和壁厚减薄的影响规律,并对比了刚性芯模填充和弹性芯模填充。研究结果表明:(1)随着刚性芯棒伸出量的增大,双金属复合弯管的基、覆管截面畸变率逐渐减小,壁厚减薄率逐渐增大,最佳芯棒伸出量为7mm。(2)较之无芯模填充,采用刚性芯模填充后,截面畸变显著降低,但是壁厚减薄率增大;控制截面畸变时,一定要考虑芯模对复合管壁厚减薄率的影响,并根据实际生产要求和管材尺寸结构灵活选择填充状态。(3)弹性芯模填充时,截面畸变率沿弯曲方向的分布较之刚性芯模均匀;刚性芯模较之弹性芯模可以更好地控制复合管的截面畸变,但最大差距只有1.03%。弹性芯模较之刚性芯模可以更好地控制复合管的壁厚减薄率,最大差距为3.27%。综合考虑截面畸变和壁厚减薄,弹性芯模对双金属复合管的填充效果更好。     

高强钛合金等壁厚弯管制备研究

传统的弯曲工艺由于属于等径弯曲,弯管壁厚存在外侧减薄、内侧增厚的现象。扩径弯曲工艺可以从根本上解决弯管成形中的壁厚不均问题,实现等壁厚,但工艺复杂,成形质量受多种因素影响。高质量钛弯管在要求高强度的同时要求内、外侧壁厚均匀。在理论分析的基础上,进行了高强钛合金热推扩径弯曲试验,研究了成形过程中的金属流动规律,给出了弯曲变形量与扩径量之间的比例关系,制备出了1300MPa级的高强钛合金等壁厚弯管,壁厚相对壁厚公差约为6%。该研究对于钛合金的弯曲加工有一定指导价值。     

铝合金变径管热态内压液力成形

测试了5A02铝合金管材热态拉伸力学性能.通过有限元模拟和试验,研究了采用热态内高压成形方法成形铝合金变径管时加载路径对成形的影响,并与室温下的成形结果进行了对比.     

复杂异形截面薄壁环形件动模液压成形研究

 液压成形技术是成形薄壁零件的一种有效的解决方法。针对具有异形截面结构的某型发动机高温合金薄壁环形件,提出了液压成形结合动模轴向加载的复合成形方法,依据塑性力学方法和增量理论对成形过程进行了应力应变特征分析,并建立了有限元模型。基于有限元模拟和工艺试验,研究了筒坯成形区高度和型腔液压加载路径等关键工艺参数对零件成形结果的影响,探讨了成形过程中壁厚过度减薄、材料堆积"折叠"、形状不对称等失效形式,提出了优化的工艺参数。结果表明,提出的工艺方法可实现复杂异形截面薄壁环形件的整体精确成形,采用优化的筒坯成形区高度和液压加载路径可获得壁厚分布均匀、成形质量较好的零件。     

电流辅助钛波纹管成形温度场控制及模拟

利用钛合金的自阻,可以施加电流将其快速加热到高温,进行成形。在钛合金波纹管成形过程中,需要确定4个重要的参数,即加载在钛管上的电流大小、升温时间、胀形气压、轴向压力。通过对波纹管加热过程中温度场的观测和控制,可以得到对波纹管成形最有利的温度场。通过对成形过程的模拟,可以得到比较可靠的试验参数,进而减少试验的次数;模拟中还可以发现成形过程中可能出现的新问题,为之后的试验提供参考。通过对温度场的控制和成形过程的模拟,钛合金波纹管可在几分钟内被加热到成形温度,从而提高生产率,降低对环境的污染;同时采用气胀和轴向加载的复合工艺,有效地避免壁厚的过分减薄。     

大截面Z型材滚弯成形缺陷的数值模拟及试验研究

以控制大截面Z型材四轴滚弯成形中型材局部起皱、扭曲等质量缺陷为目的,利用ABAQUS有限元软件数值模拟大截面Z型材数控四轴滚弯过程,在分析滚弯成形缺陷产生原因的基础上,提出了侧滚轮非对称加载和二次滚弯方式控制成形缺陷的方法。结果表明:二次滚弯方式对起皱缺陷具有较好的改善作用;侧滚轮非对称式加载方式(左侧滚轮高于右侧滚轮),对起皱和扭曲等缺陷具有明显的抑制作用。滚弯试验结果证明,型材滚弯成形的扭曲量相比数值模拟结果误差在10%以内。     

单面正向和正反向超塑成形对TC4钛合金负角度零件性能的影响

利用MARC软件完成负角度零件模具设计,修改了获得的压力-时间曲线,并用加载曲线完成超塑成形实验。研究了单面正向、正反向超塑成形后TC4钛合金零件力学性能情况及负角度壁的壁厚分布,并对结果进行了分析。结果表明:圆弧连接面比垂直连接面有更好的壁厚分布;根据修改的加载曲线能够成形负角度零件;在壁厚最小的负角度壁,单面正向成形和正反向成形后零件的最大减薄率分别为67%和64%,壁厚分布标准差分别为0.186mm和0.125mm,说明正反向成形在提高零件最小壁厚的同时使壁厚分布更均匀;由高温稳态退火及应变诱发的晶粒长大致使零件的力学性能下降;正反向成形零件比单面正向成形零件氢氧含量高,塑性下降较多。     

异型截面铝合金管件内高压成形

对空心异型截面弯曲轴线铝合金零件内高压成形进行了工艺实验与数值模拟.采用压弯与内高压成形的工艺步骤成形零件,测量了成形零件典型截面的尺寸与壁厚分布,通过数值模拟分析了变形过程中的等效应力与壁厚分布.经检测成形零件外形尺寸与壁厚均符合设计要求,但典型截面壁厚分布不均匀.     

航空发动机薄壁W形封严环动模外压成形

液压成形是复杂薄壁零件制造的一种有效方法。针对某航空发动机的薄壁高温合金W形封严环构件,提出动模外压成形方法,并建立了有限元模型。基于数值模拟和工艺实验,分析了不同成形阶段的变形规律和压缩失稳的控制机理,在此基础上研究了毛坯成形区高度和型腔液压加载路径等关键工艺参数对零件成形结果的影响,探讨了成形过程中环向失稳起皱、型面不对称、材料堆叠等失效形式,提出了优化的参数。结果表明,提出的工艺方法可实现W形封严环的整体精确成形,采用优化的毛坯成形区高度和液压加载路径可获得成形精度较高、表面平滑无褶皱的试件。