锻压技术

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凡晓波, 王旭刚, 陈险烁, 苑世剑

锻压技术. 2021, 46(4): 1-6. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.001

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针对铝合金复杂异形管件常温成形易开裂的难题,利用铝合金在超低温下伸长率与硬化指数同时提高的双增效应,提出了铝合金异形管件超低温介质压力成形方法。通过建立管材超低温介质压力胀形装置,测试了6061铝合金管材在液氮温度(-196℃)条件下的胀形性能;结合数值模拟,分析了铝合金管材在超低温条件下的自由胀形行为。结果表明:铝合金管材在超低温(-196℃)条件下,胀形性能显著提高,膨胀率由常温下的17.4%增加至34.5%,提高了近1倍;超低温下铝合金管材的硬化能力同样提高,变形更均匀;相同变形阶段,随着硬化指数n值的增加,自由胀形变形区的极限应变和应变梯度均逐渐降低。

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管材各向异性和拉压非对称性表征与建模研究进展

李恒, 张昭, 杨恒, 魏栋

锻压技术. 2021, 46(4): 6-16. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.002

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由于管材在制备过程中经历了复杂的多道次热力复合加工过程,通常具有明显的各向异性和拉压非对称性等性能,极大地影响了管材的成形性能和服役性能。如何准确、全面地表征管材的各向异性和拉压非对称性特征,并建立相应的本构模型,是管材成形设计与制造的前提和基础。然而,由于管材具有曲面、薄壁等几何特征,测试并表征管材的各向异性和拉压非对称性难度较大,对其各向异性和拉压非对称性的表征建模一直以来是国内外管材成形制造领域的前沿热点和难点问题。基于此,系统地总结了国内外近年来对于管材各向异性和拉压非对称性的测试表征手段,评述了相关的本构建模方法,并对测试表征与本构建模方法进行了展望。

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基于双轴可控加载实验的应力应变建立薄壁管各向异性屈服准则

林艳丽, 袁杭, 何祝斌, 张坤

锻压技术. 2021, 46(4): 17-20,55. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.003

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提出了基于双轴应力状态下的实验应力、应变参量构建薄壁管屈服准则的新方法。以6061-O态挤压铝合金薄壁管为研究对象,分析了管材双轴可控加载胀形实验中薄壁管的应力计算模型,并以此为基础,采用管材双轴可控加载胀形实验系统,获得了多组双轴拉伸应力状态下薄壁管的流动应力-应变曲线。以Hill48模型为例,利用多组双轴拉伸应力状态下薄壁管的流动应力、应变分量构建了薄壁管的屈服准则。结果表明,与传统的构建方法获得的屈服准则相比,利用双轴应力状态下实验应力、应变参量构建的薄壁管屈服准则,可以较为准确地描述双轴应力状态下薄壁管的屈服行为,并可以更加准确地表征其后继屈服行为的演化过程。

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型材拉弯工艺理论解析研究进展

金朝海, 刘聪, 李小强, 李东升

锻压技术. 2021, 46(4): 21-28. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.004

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拉弯工艺是一种可以有效控制弯曲件外形精度的成形方法。理论解析分析作为研究拉弯成形工艺机理与预测拉弯工件成形质量的一种研究手段,目前主要有4种方法:基于弹塑性理论标准载荷法、基于弹塑性理论过程解析法、基于能量泛函数值解析法和基于应变增量理论差分解析法。其中,方法 1能给出工件关于拉伸力和弯矩的成形极限图,以预测在不同截面参数与材料下,工件卸载后的回弹和残余应力的分布;方法 2基于拉弯工艺过程,着重分析截面的应力、应变状态,推算工件卸载后的回弹与拉弯工艺参数的关系;方法 3与方法 4均属于简化后的数值解析方法,分别基于泛函方程和差分方程展开推导,可预测拉弯成形后零件的回弹与截面畸变。针对目前研究拉弯工艺的解析法比较零散的情况,通过对解析法研究型材拉弯成形的相关文献进行分析与总结,提出一个较为可行的研究方向。

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管材液力成形技术的研究进展

徐勇, 夏亮亮, 李明, 张士宏

锻压技术. 2021, 46(4): 29-35. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.005

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针对航空航天、核能工程与新能源汽车等国家重大科技工程领域中具有大膨胀率及大截面变化比等复杂结构特征的管类零件,开展将液压成形与机械力加载相结合的管材液力成形技术的研究。根据零件几何结构特征和施加载荷方向的不同,将该技术进一步分为轴向加载、径向加载以及多向复合加载液力成形工艺。从工模具开发、有限元仿真、加载路径优化及在典型复杂管类零件上的应用等多个方面,对管材液力成形技术的研究进展进行阐述和介绍。结果表明,该技术通过结合外部的机械力作用,在降低成形时管材内所需液体压力及设备吨位的同时,还能够实现变形量高达近70%的复杂管类零件的整体成形,从而提高了产品的成形性能和表面质量,进一步拓展了液压成形技术在管材精密成形中的应用,为高性能金属复杂管类零件的开发提供了有效的技术支撑。

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大径厚比非对称5083铝合金弯管充液弯曲成形

王小松, 刘峻岐, 傅孟春, 赵杰, 秦中环, 李保永, 刘钢

锻压技术. 2021, 46(4): 36-43. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.006

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针对大尺寸大径厚比非对称铝合金薄壁弯管弯曲成形过程中的起皱难题,提出了两端仅压板约束、两端固定约束、两端采用封头3种充液弯曲成形方案,通过有限元数值模拟分析了管件的起皱缺陷、壁厚分布以及应力状态,并进行了实验验证。研究表明:采用两端仅压板约束时,压板与管材之间的摩擦力提供的管材轴向拉应力较小,只有当充液内压大于3.6 MPa时,才能消除起皱缺陷;采用两端固定约束和两端封头时,可在较低充液内压下成形出合格的大径厚比非对称的铝合金弯管件,其原因为:轴向约束与封头均会使管坯内产生轴向拉应力,其平衡了弯曲过程中产生的内侧轴向压应力,从而避免了起皱缺陷的产生。

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矩形截面小圆角管件胀-压复合成形工艺

刘志强, 金守一, 祝世强, 刘钢

锻压技术. 2021, 46(4): 44-49. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.007

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对于精度要求高、圆角半径小、厚度分布均匀的矩形截面管件,传统的成形工艺难以成形出合格零件。采用有限元模拟和实验研究的方法,研究了矩形截面小圆角管件胀-压复合成形工艺,分析了内压、上模压下量等关键参数对零件圆角半径和壁厚分布的影响。结果表明,增大内压和上模压下量有利于圆角的填充,采用适当的内压和上模压下量,矩形试件的相对圆角半径可以达到0.86。与常规的内高压成形中圆角及附近减薄严重不同,胀-压复合成形工艺的圆角及附近区域具有增厚的现象,有利于获得壁厚更加均匀的小圆角零件。在对成形规律进行研究的基础上,建立了矩形截面小圆角管件的成形工艺窗口,成形出了满足形状与尺寸要求的管件。

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薄壁多腔挤压件的充液镦压校形工艺

孙磊, 林才渊, 郭晓琳, 初冠南

锻压技术. 2021, 46(4): 50-55. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.008

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为了减小甚至消除薄壁多腔构件经热加工后的变形,提出了一种新的充液镦压校形工艺。其核心思想为在内压支撑下通过轴向压缩变形改变零件截面的应力分布来提高形状精度。为了验证该工艺的可行性,以6005-T6铝合金薄壁多腔热挤压件为研究对象,进行充液镦压校形有限元模拟和实验验证。结果表明:充液镦压校形工艺可以有效减少试验件在热加工后的变形、提高其形状精度。当内压为10 MPa、压缩量为12 mm时,充液镦压获得的试验件形状与所需形状完全一致。同时,内压卸载前后位移的分布结果显示,试验件压缩变形后的位移分布变化较小,说明卸载后回弹较小,满足设计要求。

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铝合金Ω形波纹管轴向低压压形工艺

王彪, 孙磊, 林才渊, 初冠南, 李继光, 胡德友

锻压技术. 2021, 46(4): 56-63. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.009

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为了得到具有大直径大膨胀率且壁厚减薄小的铝合金Ω形波纹管,提出了一种轴向低压压形工艺,其核心思想是通过合理匹配成形内压与轴向进给间的关系来提高波纹管的成形质量。同时,通过实验与数值模拟分析结合的方式,基于ABAQUS有限元分析软件,建立了波纹管轴向低压压形过程的有限元模型,并基于波纹管轴向低压压形过程中的等效应力及壁厚分布情况,分析了3种不同加载路径对波纹管成形过程的影响,获得了成形内压与轴向进给间最佳的匹配关系。结果表明,由加载路径3阶梯形匹配关系所得波纹管的形状精度高,最大减薄率为12.1%,验证了工艺的可行性。

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航天薄壁弯管零件充液压弯成形技术

林磊, 杨睿萌, 贺飞飞, 钟涵, 郑森木, 游文卓

锻压技术. 2021, 46(4): 63-68. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.010

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针对航天弯管零件在实际生产中材料利用率低、产品质量一致性差等问题,采用充液压弯成形技术代替现有工艺方法,通过单向拉伸试验获得0Cr18Ni9不锈钢薄壁管的基本力学性能,基于有限元仿真平台进行数值模拟,对0Cr18Ni9不锈钢薄壁管的充液压弯成形工艺进行研究,获得了充液压力P、成形半径R、摩擦系数μ对充液压弯成形的影响规律,优化了工艺参数,且通过工艺试验验证了其可行性和准确性。结果表明:合理控制薄壁管的充液压力和成形半径,可以有效提高薄壁管的成形性能;良好的润滑条件能够提高管材的成形性能、显著改善产品的成形质量。

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微小管轴向超声辅助液压成形装置的设计与开发

陈占斌, 杨连发, 李贤章, 黄进杰, 姜靖宇

锻压技术. 2021, 46(4): 69-75. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.011

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针对现有的超声振动液压成形装置中振动主要施加在模具上、振动能量传递路径长、结构复杂等特点,开发了一种将振动直接作用于管材的微小管轴向超声辅助液压成形装置,可在普通压力机上进行超声和常规的轴压胀形。该装置选用标准模架作为轴向进给机构,结构简单、成本低,通过设计耦合了变幅杆功能和密封结构的一体化工具头,将超声振动顺利叠加在轴压胀形过程中,并以TP2无缝内螺纹铜管为试验材料进行了相关试验。结果表明:该装置拆装方便、操作简单,振动的加载降低了对成形过程中轴压载荷和液压力的要求,加强了材料的轴向流动。

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管坯预弯轴线设计对DP800管件低压液压成形起皱的影响

陈智勇

锻压技术. 2021, 46(4): 75-80. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.012

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以大径厚比液压成形翼子板支撑构件为研究对象,结合模拟仿真分析,在液压成形工艺参数一定的情况下,研究了不同管坯预弯轴线与零件中心线的偏差值对弯曲起皱的影响,并通过样件调试验证了模拟仿真结果的正确性。研究结果表明:DP800超高强钢车身件在低压液压成形工艺过程中,弯曲内侧轴线压应力与管坯预弯轴线和零件中心线的偏差值呈正相关,偏差值越大,压应力越大;当轴向压应力与材料屈服应力的比值达到1.3时,易导致弯曲内侧失稳起皱;同时,预弯轴线与零件中心线的偏差值越大时,起皱凹陷深度及尺寸轮廓度偏差值也越大。

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薄壁多层不锈钢波纹管整体成形工艺

简翰鸣, 赵淘, 卜星, 王业伟, 王紫旻

锻压技术. 2021, 46(4): 81-88,111. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.013

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对运载火箭增压输送系统的薄壁多层不锈钢波纹管的成形工艺进行分析,通过精密卷板焊接、整体液压成形等方式,实现了薄壁多层波纹管的高精度制造。通过工艺试验,确定了0.4 mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢的纵缝焊接参数:当焊接电流为40 A、焊接速度约为50 mm·s^-1时,可使焊缝较好地成形,外观及内部质量达到QJ 1165A—2001中的Ⅰ级要求;同时,确定了纵缝焊接时管坯起弧点对接边间隙的尺寸范围,当起弧点对接边间隙小于0.04 mm时,方可顺利起弧。另外,根据试验确定了目标多层波纹管产品的整体液压成形工艺路径及参数取值,当胀形压力为15~16 MPa、成形压力为13~15 MPa时,成形出的目标3层波纹管层间紧密贴合、无间隙。

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变截面薄壁复杂铝合金管件充液成形压力参数对零件成形的影响

张艳峰, 郎利辉, 曾一畔, 门向南, 孙桂川, 张三敏

锻压技术. 2021, 46(4): 89-95. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.014

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变截面薄壁复杂铝合金管件是飞机管路中的重要组成部分。通过有限元分析软件建立零件充液成形的有限元模型,采用单因素分析法,在给定轴向进给量、摩擦系数、终成形压力相同的条件下,成形相同的铝合金零件,并综合分析在预成形阶段加载不同的低压预成形压力以及在补料阶段加载不同的补料压力时,管坯与模具的相对位置及壁厚分布规律,来研究不同加载压力对最终零件成形效果的影响。在有限元模拟的基础上,对工艺试验中出现的零件起皱与破裂等失稳现象进行分析,并对不同阶段进行工艺优化,最终得到该零件的最优低压预成形压力为4 MPa、最优补料压力为14 MPa。根据优化参数最终制得合格零件,验证了优化参数的可行性。

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汽车结构钢大曲率变截面管件充液成形工艺优化

张三敏, 郎利辉, 矫志辉, 张艳峰, 吴家文

锻压技术. 2021, 46(4): 96-100. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.015

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大曲率变截面复杂薄壁钢管件被广泛应用于汽车行业,但因其成形难度较高,一直采用传统的分体成形,针对这一技术难题,采用一模两件整体充液成形方式,以提高零件的成形质量及使用寿命,并节约成本。通过有限元分析软件,建立大曲率变截面复杂薄壁钢管件充液成形的有限元模型,通过分析不同的预成形阶段压力加载路径,以及补料阶段的补料压力对壁厚分布的影响规律,并通过有限元模拟对零件成形的破裂及起皱的失稳情况进行分析,进而优化出最佳的成形工艺参数,得到该零件最优的成形阶段压力加载路径,以及最优的补料压力为80 MPa。并且根据优化的工艺参数制得合格的目标零件,进一步验证了成形方案及成形工艺参数的可行性。

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摩擦系数对航空铝合金三通管充液成形后壁厚分布的影响

王玲, 张建民, 孙进, 张鹏, 郎利辉

锻压技术. 2021, 46(4): 101-105. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.016

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在铝合金三通管的充液成形过程中,摩擦系数是影响其壁厚分布及支管高度的关键因素之一。通过建立三通管充液成形的有限元模型,在固定的充液压力、轴向进给参数下,采用有限元分析方法对三通管在充液成形中摩擦系数对壁厚的影响进行模拟分析,获得了摩擦系数对三通管成形壁厚的影响规律,得出摩擦系数为0.075时既能保证支管较小的减薄率,又能获得较好的壁厚分布的结论。同时,通过摩擦磨损试验机获得了不同润滑介质对应的摩擦系数,最终选取了一种摩擦系数接近0.075的润滑介质进行实际胀形验证,获得了满足壁厚及减薄要求的航空铝合金三通管件,可为三通管零件的充液成形提供一些理论指导。

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单侧并列双支管内高压成形应力与应变分析及金属流动研究

陈名涛, 肖小亭, 周富强

锻压技术. 2021, 46(4): 106-111. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.017

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为了掌握单侧并列多支管内高压成形时的塑性变形规律,以并列双支管为例,采用数值模拟方法,结合管件形状,分析其应力、应变状态和金属流动规律。研究结果表明:并列双支管在轴向压缩和内压力的共同作用下,支管顶部由于承受双向拉应力,导致壁厚减薄,顶部厚向应变为压应变。支管两侧圆角区由于受到三向压应力使得壁厚增加,圆角区厚向应变为拉应变,支管外侧圆角比内侧圆角的壁厚增加更显著。由于两支管之间(内侧)的主管材料难以流向支管,导致支管仅靠单边轴向压缩完成补料,使得支管中心向内偏移,支管形状呈现非对称结构,从而限制了支管的成形高度。

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Ti55钛合金管电辅助加热气压胀形圆角填充成形规律及多场耦合数值模拟

张宇翔, 汤泽军, 许爱军, 狄旭东, 惠鹏程, 王子涵

锻压技术. 2021, 46(4): 112-120. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.018

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利用ABAQUS仿真软件,采用间接顺序耦合的方式,建立了Ti55钛合金管电辅助加热气压胀形过程的电-热-力多场耦合有限元模型。通过多场耦合有限元分析和力学分析,研究了Ti55钛合金管电辅助加热气压胀形过程中的圆角填充规律。结果表明:当模型的节点电流密度为14 A·mm^-2时,圆管壁厚最大减薄率仍然出现在过渡区;但当电流密度提高至15 A·mm^-2后,圆管圆角处的温度进一步上升至750℃,直边部分因贴模降温,由温度分布结合力学分析可知,此时过渡区的成形压力大于圆角处的成形压力,因此,圆管壁厚最大减薄处由过渡区转移至圆角部分。该成形方法对圆管直角部分的贴模程度有较大改善,提高了Ti55钛合金管圆角填充的成形精度,并解决了直边过渡区最易形变并先于圆角区发生破裂的问题,充分利用了材料的成形性能。

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三维轴线后副车架纵梁内高压成形工艺

王娜

锻压技术. 2021, 46(4): 121-126. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.019

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利用非线性有限元分析软件AutoForm,对三维轴线的底盘后副车架纵梁进行弯管、预成形、内高压成形的全过程分析,根据零件非对称和不等截面的几何特征,确定零件工艺参数和加载路径,并分析预成形过程中的零件表面拉毛缺陷。同时,针对不同壁厚(4.0和4.5 mm)的纵梁管坯,通过采用相同的工装模具和不同的内高压成形工艺参数,验证了内高压成形零件型面的一致性。结果显示:壁厚为4.0和4.5 mm的纵梁分别经170和200 MPa的内压力,得到的纵梁零件型面差异最大为±0.3 mm,型面一致性较好。通过对预成形镶块进行渗氮+PVD的表面处理试验后,镶块表面硬度达到3000 HV以上,降低了摩擦系数,有效解决了零件的外观拉毛问题,改善了纵梁零件的表面质量,最终通过试验验证了采用内高压成形工艺制造三维轴线纵梁零件的可行性。

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芯棒结构对薄壁管材自由弯曲成形质量的影响

郭训忠, 程诚, 郭嘉鑫, 张浩, 陈浩, 刘春梅

锻压技术. 2021, 46(4): 127-136. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.020

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为提高不锈钢薄壁管材自由弯曲的成形质量,在管材内部加入芯棒以降低自由弯曲管材起皱和截面畸变的程度。建立了内置芯棒下自由弯曲成形的力学模型,采用有限元模拟与成形实验相结合的方法,研究了芯棒位置、芯球个数,以及芯棒与管材内壁间隙对自由弯曲成形过程中不锈钢薄壁管材应力、应变分布,截面畸变率和壁厚分布的影响规律。研究结果表明:位于管材变形区的芯球可对薄壁管材内壁起支撑作用;在保证芯球间互不干涉的情况下,芯球数量越多,对管材成形质量的改善程度越大;当芯棒与管材间隙处于合理范围时,自由弯曲成形后的管材外侧壁厚减薄率和截面畸变率较小。

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钛合金L型材电辅助热绕弯工艺仿真

王杨杨, 李小强, 郭贵强, 金朝海, 李东升

锻压技术. 2021, 46(4): 136-142. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.021

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针对小截面大包角钛合金型材零件的弯曲成形,提出了一种新型热绕弯成形工艺。为了研究该工艺的成形特点,基于ABAQUS软件建立了钛合金L型材电辅助热绕弯成形的有限元模型,并对TC2钛合金弯曲构件在700℃条件下的热绕弯过程进行了数值模拟,分析了侧压力、摩擦系数、成形角速度及应力松弛时间等工艺参数对成形回弹的影响规律。结果表明:在采用新型热绕弯成形工艺成形小截面大包角型材零件的过程中,当侧压力和摩擦系数增大时,型材回弹量显著减小;当成形角速度增大时,型材回弹量随之增大;当应力松弛时间增加时,应力松弛后的型材回弹量呈现先显著减小、后趋于稳定的变化规律。

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铝型材三维拉弯成形回弹预测的理论解析与数值模拟

高嵩, 吴宇航, 李奇涵, 桑晔, 何童贵, 孙荧力, 王浩然

锻压技术. 2021, 46(4): 143-149. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.022

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通过对柔性多点三维拉弯成形工艺原理进行抽象与合理简化,将矩形截面三维拉弯成形过程等效为菱形截面的二维弯曲过程,建立了菱形截面型材回弹理论分析模型;随后建立了矩形截面型材拉弯成形过程及回弹变形的数值模拟模型;基于开发的柔性多点成形装置,分别对比数值模拟和理论解析模型与实验回弹的结果,验证了理论模型的有效性。研究结果表明,理论模型与实验的误差值大于数值模拟与实验的误差值,最大误差值为1.3124 mm,发生在离型材中心最远距离处,且小于目标成形件的最小误差值2 mm。并且理论模型的计算较数值模拟模型更为简单、用时更短,为以后的三维拉弯回弹预测研究提供了理论参考。

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铝合金小弯曲半径薄壁管数控绕弯模具设计

李光俊, 孙红, 曾元松, 杨景超, 王巧玲, 李恒, 吴为

锻压技术. 2021, 46(4): 150-155. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.023

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铝合金小弯曲半径薄壁管数控绕弯成形是多模具约束、多因素影响的复杂成形过程,成形过程中极易出现起皱、破裂等成形缺陷,而模具材料和结构的合理设计对成形质量的影响至关重要。通过分析铝合金小弯曲半径薄壁管的结构特点,结合导管数控绕弯工艺过程,对模具材料选取、模具结构设计及成形仿真等关键技术问题进行了研究,最终确定了铝合金小弯曲半径薄壁管数控绕弯模具的材料、结构形式、尺寸参数,通过数控绕弯成形几何运动仿真、有限元数值模拟与工艺实验,实现了满足设计要求的铝合金小弯曲半径薄壁管数控绕弯成形,证明了小弯曲半径薄壁管数控绕弯模具的可行性,为工程化应用奠定了基础。

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TA18中强钛合金管数控弯曲成形工艺与结构参数显著性分析

刘大海, 陈劲东, 李波, 李智, 仇雯晴, 郭正华

锻压技术. 2021, 46(4): 156-165. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.024

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基于ABAQUS平台建立了TA18中强钛合金管数控弯曲成形过程的有限元模型,并对模型进行了可靠性评估。通过虚拟正交试验,研究了结构参数与工艺参数对TA18中强钛合金管数控弯曲成形工艺影响的显著性。从壁厚减薄率、截面畸变率、壁厚增厚率、回弹角这4个方面综合研究分析表明,不同因素对TA18中强钛合金管弯曲成形的影响程度依次为:相对弯曲半径、弯曲角度、芯棒伸出量、芯棒与管间隙、弯曲速度、芯棒与管之间的摩擦系数、压块与管之间的摩擦系数。在本文所选参数水平中,当结构参数为相对弯曲半径r/d=3.0、弯曲速度v=0.8 rad·s^-1,以及工艺参数为弯曲角度θ=90°、芯棒伸出量e=3 mm、芯棒与管间隙δ=0.3 mm、芯棒与管之间的摩擦系数f₁=0.2、压块与管之间的摩擦系数f₂=0.2时,TA18中强钛合金管数控弯曲成形的质量最好。

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双壁间隙组合管整体弯曲成形特征分析

张荣霞, 吴为, 曾元松, 陈福龙

锻压技术. 2021, 46(4): 166-171. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.025

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采用三维有限元模拟方法,分析双壁间隙组合管整体弯曲成形过程的应力和应变分布、壁厚分布及各组件间的接触,揭示弯曲过程的成形特征。结果显示:相比于单层管,双层管中内层管的等效应变相差不大,但外层管显著增大,说明更容易产生开裂,缺陷控制难度增大;内、外层管的中间填充物,在弯曲过程中与内、外层管之间有相对位移,产生摩擦力,且与外层管之间的摩擦力和弯曲方向相反,导致壁厚减薄量增加,壁厚分布不均匀。通过对实际试验件的壁厚进行测量,验证了有限元模拟结果与试验结果的规律一致,有限元模拟过程对物理试验具有有效的指导作用。

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导管构件的三坐标测量机自动化检测技术的研究与应用

马海钊, 陈雪梅, 李光俊, 刘京亮, 贺子芮, 葛天哲

锻压技术. 2021, 46(4): 172-179. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.026

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针对某机型飞机导管构件,开展三坐标测量机自动化检测技术的研究,开发了一套数字化导管检测系统,以实现导管构件的高效、准确、全方位检测。首先,进行点激光扫描测头传感器集成技术的研究,采用滑动滤波方法对测量中获得的测头数据进行滤波处理,准确获得了被测导管构件的特征尺寸;其次,进行光学测头标定技术的研究,采用光学测头7点标定法,获得了被测导管构件的相对位置关系;对导管构件的法兰面和圆柱面进行路径规划,通过采集大量点云进行模型对齐,采用圆柱拟合法进行导管构件法兰孔的测量,最终实现导管构件的自动化检测。

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细长轴预拉伸残余应力分析及加工变形控制研究

张琦, 徐宏图, 田天泰, 韩宾, 王聚存, 陈超群, 李均

锻压技术. 2021, 46(4): 180-184. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.027

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针对细长轴加工过程中棒材内部应力释放而导致的加工变形问题,提出了通过轴向预拉伸对细长轴内部应力进行调控的新方法。为进行对比研究,采用三点弯曲法对轴内部施加内应力,并分析轴向拉伸对残余应力和后续加工变形的影响规律。通过ABAQUS软件建立了细长轴三点弯曲及轴向拉伸的数值模型,使用生死单元方法模拟细长轴材料的去除及变形,研究了不同预拉伸率下残余应力和加工变形情况,并对细长轴进行轴向拉伸及加工实验验证。研究结果表明:预拉伸可以使轴向内应力重新分布,拉伸卸载后细长轴的主要残余应力为拉应力且沿轴向分布;随着拉伸量的增加,后续机械加工变形量逐渐减小。

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波纹管无模成形中不锈钢管材变形行为研究

张自成, 张昊天

锻压技术. 2021, 46(4): 185-190. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.028

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利用实验和有限元模拟的方法,研究了无模成形工艺参数对金属管变形行为及波纹管尺寸的影响规律。研究采用SUS 304不锈钢管为坯料,并利用不同参数的无模成形工艺成功地获得了具有良好形状的波纹管。首先,建立了金属波纹管无模成形的有限元模型,通过对比轴向温度分布及波纹管轮廓尺寸的模拟值与实测值,验证了所建立模型的可靠性。其次,应用该模型计算了不同工艺参数对波纹管成形行为的影响。结果表明,在成形过程中,两端速度比、变形区宽度等参数对金属管的波峰高度、波峰间距、壁厚和变形行为具有显著影响,通过控制合理的参数可以制备出具有预期形状的金属波纹管。

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铝合金管等径孔电磁脉冲翻孔实验研究

马伯洋, 杨澍, 李春峰, 于海平

锻压技术. 2021, 46(4): 191-198. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.029

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传统工艺成形多通管件存在工装结构和工序复杂等问题。通过控制各项工艺参数,研究铝合金管电磁脉冲翻孔过程中主要参数的影响规律,获得了极限翻孔系数。研究结果表明:最佳预制孔形状为椭圆形;高放电频率会使管坯变形过快,从而导致裂纹产生;低放电频率会导致趋肤深度增大,使管坯外侧在变形中产生反向作用力而难以贴模;在一定范围内增大放电电压有利于管坯贴模;适当的润滑可以有效抑制翻孔端口的壁厚减薄。在本文条件下,等径翻孔的最大翻孔高度达6 mm,相比于常规翻孔工艺的理论值,极限翻孔系数降低了20.9%。

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2219铝合金交叉筋筒段固溶态温旋实验研究

冯苏乐, 周宇, 杨学勤, 王业伟, 李淑慧, 于忠奇

锻压技术. 2021, 46(4): 199-204. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.030

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针对大型铝合金交叉筋筒段旋压后热处理变形大的问题,设计了“固溶-温旋-人工时效”的工艺路线,完成了旋压成形+固溶时效(T6态)和固溶-温旋-人工时效(T8态)两种工艺路线下的2219铝合金交叉筋筒段旋压试验,并分别对T6态和T8态样件的力学性能和微观组织进行了分析。试验结果表明:采用固溶态管坯在180~200℃进行温旋压,时效后的样件获得了较高的尺寸精度;与T6态样件相比,T8态样件的壁板拉伸性能、壁板和筋部维氏硬度均得到了提高,这得益于时效样件获得了更为细小的晶粒组织和更多的析出强化相。该工艺方法为航天大型带交叉筋筒段的工程研制提供了技术支持。

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多缝隙集磁器的磁脉冲管件缩径成形及连接

颜子钦, 邱东阳, 崔晓辉, 孙晓明, 王世鹏

锻压技术. 2021, 46(4): 205-214. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.031

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磁脉冲管件缩径是金属管件与金属或者非金属管件、杆件连接时使用的一种高速成形工艺。集磁器能显著提高磁脉冲的焊接效率。传统集磁器中通常存在一个缝隙,用于改变感应电流流向,进而调控磁力分布。缝隙的存在使得电磁力在周向上分布不均,靠近缝隙处的区域难以焊接,这种缺陷降低了磁脉冲管件缩径的周向均匀性。为了提高磁脉冲管件缩径的均匀性,提出了一种多缝隙集磁器结构,并研究了缝隙数目N对磁脉冲管件缩径性能的影响,最终通过电磁力分布与成形结果确定了N=4为较好的工艺参数。结果表明,带有多缝隙集磁器的磁脉冲管件缩径系统能够显著提高管件自由缩径与磁脉冲焊接周向成形的均匀性。

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管材斜连轧过程的运动学分析及实验研究

王付杰, 毛飞龙, 双远华, 陈建勋, 胡建华, 王清华

锻压技术. 2021, 46(4): 215-222. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.032

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介绍了生产无缝管材的斜连轧工艺的变形过程。以建立了连续斜轧关系后受穿孔段轧辊及轧管段轧辊共同作用的管材为研究对象,采用理论分析方法,建立了轧辊与管材间的运动学关系,获得了满足变形协调关系的穿孔段出口与轧管段入口间管材的速度方程。在斜连轧实验机组上进行了实验研究,采用单一变量控制法,分析了轧管段轧辊转速对斜连轧过程及轧后管材质量的影响。实验结果表明:当穿孔段工艺参数不变时,轧管段轧辊转速对能否顺利完成连续斜轧轧制的影响较大;当转速为174 r·min^-1时,由于轴向和周向的速度协调,可实现顺利轧制;当转速为168 r·min^-1时,由于轴向速度不协调,出现堆钢现象;当转速为182 r·min^-1时,由于周向速度不协调,出现扭转现象。

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组合式凸轮轴热胀锻成形工艺

张闯闯, 李航, 初冠南

锻压技术. 2021, 46(4): 223-228. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.033

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针对组合式凸轮轴成形困难的技术现状,提出了以热胀锻工艺成形组合式凸轮轴的工艺方案。通过有限元软件ABAQUS,对组合式凸轮轴热胀锻成形过程进行数值模拟分析,研究了凸轮端面斜度、镶块斜面长度、成形温度、内压和单侧效果轴向补料量对成形质量的影响规律。研究结果表明:当凸轮端面斜度减小、镶块斜面长度增大时,有利于轴管外壁和凸轮的填充;成形温度为850℃时,填充效果最好;随着内压和轴向补料量的增大,有利于轴管外壁和凸轮的填充,但是轴管内壁也会出现折叠现象。设计工装对此工艺进行验证,实验结果证明了热胀锻工艺的可行性,以及数值分析的正确性,使用热胀锻工艺成形的组合式凸轮轴,其静扭强度完全符合凸轮轴的使用要求。

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无扩口管接头试验件弯扭复合疲劳断口特征及断裂部位的应力反推方法

邓瑛, 郑远泊, 张荣霞, 吴为, 曾元松, 李荣生

锻压技术. 2021, 46(4): 229-234. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.034

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分析了某型无扩口管接头试验件疲劳试验的断口特征,其宏观断口呈现台阶状,断裂形成表面上存在明显的环向摩擦痕迹,并且其局部区域与管接头轴向不垂直。显微尺度下,管材和管套的接触面上存在与管材轴线成0°、45°和-55°等多个夹角的摩擦痕迹,表明试验装置对试验件施加了不稳定的扭转附加载荷,试验件在弯扭复合载荷作用下产生了疲劳破坏。通过有限元软件和理论分析相结合的方法,分析了扭转与弯曲载荷幅值、相位差对管材和管套接触面摩擦痕迹特征的影响规律,两个方向载荷的相对大小影响了摩擦方向与管材轴向夹角的斜率,两者的相位差影响了摩擦痕迹的曲率,以此为基础计算得到试验件断裂位置处附加扭转应力的幅值为401.1 MPa。

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含硼钢管状扭力梁热处理脱碳层对疲劳性能的影响

徐小华

锻压技术. 2021, 46(4): 235-240. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.04.035

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针对含硼钢扭力梁疲劳开裂问题,采用含硼钢BR1500HS为原材料,按照制管、预成形、液压成形、热处理、喷砂、激光切割等工艺制造扭力梁零件,通过台架试验对零件进行扭转疲劳性能测试,分析了台架试验过程中零件疲劳开裂后扭力梁的断口形貌、应力、应变、原始奥氏体晶粒度和金相显微组织。研究结果表明:含硼钢扭力梁台架试验中应力较大的位置均位于扭力梁“V”形开口处;含硼钢扭力梁零件在热处理之后,表面存在一定深度的脱碳层,该脱碳层对零件的显微硬度和零件的疲劳性能有显著影响,通过优化热处理工艺,降低了脱碳层深度,提高了含硼钢扭力梁的疲劳性能。

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2021年, 第46卷, 第4期　
刊出日期：2021-04-25

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