目的针对17-4PH不锈钢冷成形回弹大、贴模性差等问题,研究17-4PH不锈钢隔碗零件的拉深成形和液压胀形规律,确定隔碗零件拉深液压胀形复合成形的最佳工艺及参数。方法利用有限元方法确定并优化了拉深预成形和液压胀形中的工艺参数。基于优化后的结果设计并制造了相关的模具,最终通过试验验证了有限元方法的有效性。结果结合数值模拟和试验的方法,提出了零件先拉深预成形、后液压胀形的多步成形方案,逐步优化了成形工艺参数,最终成形出了满足尺寸和精度要求的高精度隔碗零件。结论通过数值模拟获得了最佳的坯料直径及多步成形中的关键工艺参数,基于数值模拟优化为主和试验验证为辅的设计制造理念,解决了17-4PH不锈钢冷成形回弹大和贴模性差的问题。

为研究模具参数对波纹管液压胀形后波形轮廓的影响规律,采用ABAQUS有限元软件,建立了波纹管液压胀形全过程有限元模型,基于此模型研究了不同波深系数下模具倾角和成形腔厚度对3个波形轮廓指标(波高、波距和波纹倾角)的影响规律。结果表明,模具倾角和成形腔厚度对波形轮廓有重要影响。随模具倾角的增大,回弹后波纹倾角减小,波纹倾角回弹量增大;随模具成形腔厚度的增加,回弹后的波距、波纹倾角及其回弹量增大;增大波深系数,波纹管回弹量和最大壁厚减薄率明显增大。改变模具倾角和成形腔厚度能够有效控制波形轮廓。

为了探究拱形膜片的加工工艺对膜片成型精度(特别是拱高)的影响,本文采用有限元模拟法研究了一种正拱带槽形膜片(泄放口径100 mm,厚度0.5 mm,刻槽0.2 mm)的液压胀形过程,分析了加载压力、加载速度、加载路径、夹具圆角等因素对拱高的影响规律。结果表明:随加载压力上升,拱高呈线性增加;随着加载速度减小,拱高略有降低,并趋于稳定;胀形过程加载变速会导致拱高成型时偏离设计尺寸,因此需要全程匀速加载;随夹具圆角半径增加,拱高增加,夹持部位边缘等效应力减小,膜片夹持部位变形范围增大。该结果可应用于拱形膜片的加工工艺优化。

以管材液压胀形工艺为研究对象,对常见的应变路径进行分类,采用"分段逼近"的数学简化方法,将复杂应变路径简化为分段应变路径。基于Swift分散性失稳准则建立了单一应变路径的管材液压胀形成形极限图;利用Hill集中性失稳准则建立了复杂应变路径下的成形极限图。通过对比不同应变路径下的管材液压胀形成形极限图,揭示了应变路径的改变对液压胀形的影响规律。通过管材液压胀形成形极限试验,验证了理论分析结果的正确性。理论分析和试验结果表明,不同应变路径下的管材液压胀形成形极限图的几何形状不同,极大地限制了由简单线性加载获得的成形极限图在分析复杂应变路径下的成形过程时的准确性。

针对薄壁圆管的液压胀形过程,需要建立一种快速准确的仿真方法,从而节约设计初期的时间和成本,提出一种基于一步成形法的薄壁圆管液压胀形方法。该方法将管坯作为初始构形,将凹模型腔作为最终的构形型面,把胀形过程视为一个近似比例加载的过程,仅研究从初始构形出发到最终构形的变形情况,推导出初始构形和最终构形的几何关系,确定了管材液压胀形的本构关系,针对管材成形特点选择了DKT12单元模型,最终建立了有限元平衡方程,并使用牛顿-拉普森迭代法进行计算。基于上述理论,开发了相关程序,通过对比Abaqus及试验值的结果,验证了所提出的方法具有较高的计算精度和计算效率。

液压成形法生产的双金属复合管具有良好的力学性能和耐腐蚀性能,合理设置工艺参数对获得高质量复合管具有重要意义。基于满足工程实际的有限元模型,采用不同的胀形压力、初始间隙和衬管壁厚进行了双金属复合管液压成形过程的模拟试验。通过正交试验设计和综合优化分析得到:影响残余接触应力的主次顺序依次为胀形压力、衬管壁厚、初始间隙;影响回弹的主次顺序依次是胀形压力、初始间隙、衬管壁厚。综合考虑残余接触应力和回弹两个评价指标,确定胀形压力170 MPa、初始间隙2 mm、衬管壁厚3 mm为最优工艺参数组合。

在大尺寸重卡桥壳胀压成形试验中,近似回转体预成形管坯充液压制成形后的桥壳管件,中部桥包壁厚减薄率大、后盖存在开裂。为此,设计了D形横截面的预成形管坯及轴向-环向补料液压胀形工艺,分析了轴向补料、轴向-环向补料阶段的应力状态及变形特征,推导出不同变形区的塑性变形条件以及中间横截面典型特征点环向应力的表达式。针对某载荷10 t重卡桥壳,进行了D形截面管坯液压胀形有限元模拟,揭示了各变形区的正应力、剪应力的变化规律以及金属沿环向的流动规律。进行了重卡桥壳胀压成形生产试验,成功制备出D形截面预成形管坯,成形性良好,金属环向流动量及壁厚分布与模拟结果吻合,壁厚相对减薄率明显降低;充液压制成形后的桥壳管件,中部桥包部分壁厚增加,消除了后盖开裂隐患,而且切除的附件前盖减少15.64%。

为研究TRB管无轴向补料胀形S型波纹管壁厚分布影响因素,通过理论设计构建了TRB管坯参数与S型波纹管参数的几何关系,并建立了胀形有限元模型。研究了S型波纹管参数波纹圆心角、波纹曲率半径、波纹管内半径对壁厚分布的影响。圆心角增大时,设计壁厚与最大壁厚的差(正差)、与最小壁厚的差(负差)以及最大壁厚与最小壁厚的差(总差)快速增大,圆心角对壁厚分布影响显著。当圆心角为42°时,负差为设计壁厚的11.4%,总差为19.3%,壁厚分布不均匀。曲率半径和波纹管内半径对壁厚分布影响不显著,合理的参数范围内,TRB管胀形S型波纹管壁厚分布均匀。

应用有限元软件的静态结构分析功能,对2.5万kW的护环液压胀形过程进行数值模拟及结果分析。首先分析护环在胀形过程中受到的应力、应变及外圆的尺寸变化情况,然后对比仿真与实际测量两种情况下,发电机护环胀形过程中外径尺寸的差别。结果表明,在仿真与实际测量两种情况下,发电机护环胀形过程中外径尺寸的最大误差为8.8%,证明使用有限元法可以比较准确地模拟护环液压胀形过程,具有较高的实用性。

目的掌握结构尺寸对矩形波纹管液压胀形的影响规律。方法利用有限元平台Abaqus/Explicit建立316L矩形波纹管的三维有限元模型,对其液压胀形过程进行数值模拟分析,并利用实验验证有限元模型的正确性,基于单因素法研究长宽比、过渡圆角半径及波距对矩形波纹管成形质量的影响。结果综合考虑成形波高、壁厚减薄率及周向轮廓3个指标,获得了长宽比、过渡圆角半径和波距对波纹管成形的影响规律,并给出了各参数对不同指标影响的显著性。结论随着长宽比的增大,长边壁厚减薄率明显减小,圆角与短边的壁厚变化不大,并且不同长宽比波纹管的成形轮廓均在圆角段上低于设计值,在直线段上高于设计值;增大过渡圆角半径更有利于圆角段的贴合,且有利于降低周向壁厚减薄率;波距对波纹管的壁厚减薄率影响显著,波距较小时,波峰上有明显的增厚现象,随着波距...