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基于固体颗粒介质成形工艺筒形件拉深力学分析

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机械工程学报 2013年第2期49卷 42-48页

作者：曹秒艳赵长财董国疆郝海滨燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心秦皇岛066004 先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学) 秦皇岛066004 燕山大学车辆与能源学院秦皇岛066004

将固体颗粒介质成形工艺应用于金属板材圆筒件的拉深成形,建立相应的板材拉深力学模型。在固体颗粒传力衰减模型的基础上,通过对工件直壁区的力学分析,得到拉深过程中所需压头单位压力的函数关系式。该关系式表明,当筒形件的直壁段成形... 详细信息

将固体颗粒介质成形工艺应用于金属板材圆筒件的拉深成形,建立相应的板材拉深力学模型。在固体颗粒传力衰减模型的基础上,通过对工件直壁区的力学分析,得到拉深过程中所需压头单位压力的函数关系式。该关系式表明,当筒形件的直壁段成形后,随着拉深系数的增加,压头最大单位压力呈线性逐渐减小;板材与凹模表面间摩擦因数增大将导致压头单位压力加大,并且该增加趋势非常明显;颗粒介质与板材之间的摩擦因数增大却可以减小压头单位压力;随着颗粒介质初始装料高度的增加,压头单位压力相应增加,这是颗粒介质所传递的应力随传递距离增加而逐渐衰减的结果。并以镁合金板材为研究对象,进行基于颗粒介质成形工艺的拉深试验和有限元模拟验证。研究结果表明,试验、模拟结果与理论值基本吻合。

关键词：固体颗粒介质成形拉深圆筒形件

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固体颗粒介质成形力学模型与成形性能研究

固体颗粒介质成形力学模型与成形性能研究

作者：刘骥飞河南科技大学

学位级别：硕士

固体颗粒介质成形工艺(Solid granule medium forming,SGMF)是采用固态颗粒体系作为压力传递介质,以代替传统的刚性介质或液体、气体、橡胶等柔性介质,进行塑性加工的新工艺。由于单个固体颗粒介质具有一定刚度而整体又具有传统柔性介... 详细信息

固体颗粒介质成形工艺(Solid granule medium forming,SGMF)是采用固态颗粒体系作为压力传递介质,以代替传统的刚性介质或液体、气体、橡胶等柔性介质,进行塑性加工的新工艺。由于单个固体颗粒介质具有一定刚度而整体又具有传统柔性介质的可流变性,因此该非连续的离散体作为传压介质兼具刚性模和柔性模的成形工艺的优点,克服了液压成形密封困难以及弹性体压力传递小的不足,可成形厚壁高强度零件。研究颗粒介质压力传递和颗粒参数对成形性能的影响,对探究固体颗粒介质成形具有重要意义。本文以固体颗粒介质板材成形中颗粒介质压力传递模型及板材性能为研究对象,建立了成形过程中颗粒压力的力学解析模型;开展了304不锈钢板材的胀形实验研究,采用数字图像相关法(Digital Image Correlation,DIC)测量系统;利用扫描电镜,对胀形试样进行断口分析和微观组织观测;基于ABAQUS对板材胀形过程进行了有限元建模与分析,验证了所建力学模型的准确性。基于自由堆积下压力传递模型,引入离散体系可流变性的侧压系数,得到胀形时颗粒的压力传递力学模型,通过侧压力实验验证了该模型的准确性,模型和实验值的误差小于10%。表明金属板材所受颗粒体系压力跟柱塞压力呈正相关,与颗粒间摩擦和侧压系数呈指数负相关;通过力学解析模型,建立了板材胀形时的板材构型函数与应力应变关系,为固体颗粒介质板材胀形提供了力学基础。根据固体颗粒介质胀形实验,得到了不同颗粒参数下金属板材的构型分布、应变分布以及壁厚分布,表明:降低颗粒直径和颗粒内摩擦、增加填装高度以及增加润滑,可提高板材的极限成形高度。减小颗粒直径、增加填装高度,板材的填充率更高;钢球成形性能优于石英砂;增加润滑条件可提高板材的表面质量。为板材成形中颗粒工艺参数的选择提供实验参照。观测胀形后的试样,发现光滑断口和粗糙断口两种板材破裂形式。液压、橡胶等柔性介质成形断裂集中于板材的中心,而SGMF板材胀形断裂集中于凹模圆角处,并出现两种断裂方式。其中,光滑断口处以韧性断裂为主,并伴有颈缩现象;粗糙断口处大部分为脆性断裂。颗粒直径的增加至1mm时,由光滑断口向粗糙断口转变,脆性断裂的累积加速了板材的局部破裂,降低成形极限。引入Drucker-Prager模型,建立颗粒介质压力传递模型。结果表明:颗粒压力传递,随着颗粒高度的上升呈现指数下降。通过对比模拟颗粒体系的压力传递规律,验证了该模型可运用于颗粒介质压力传递过程模拟。在模拟胀形过程中,金属板材在凹模圆角处产生应力集中,并结合DIC所测板材应变情况,模拟结果与实验相符,为固体颗粒介质板材胀形提供了模型参数。

关键词：固体颗粒介质成形压力传递模型力学模型数字图像相关法颗粒参数有限元模拟

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固体颗粒介质成形技术

四川兵工学报 2010年第4期31卷 64-68页

作者：邹强彭成允田平李世明重庆理工大学材料科学与工程学院重庆400050

介绍了传统软模成形工艺,为适应板料成形技术的进一步发展,提出了一种固体颗粒介质成形技术。介绍了其成形原理、成形特点、工艺参数对成形的影响、国内外的研究现状以及数值模拟方式等。

关键词：软模成形固体颗粒介质成形数值模拟

316L主屏蔽罩固体颗粒介质成形工艺仿真及试验研究

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316L主屏蔽罩固体颗粒介质成形工艺仿真及试验研究

作者：隋宽鹏燕山大学

学位级别：硕士

固体颗粒介质成形技术(Solid granules medium forming,SGMF)可以降低材料成形载荷提高成形极限,在成形壁厚减薄率要求较高的工件的领域有比较大的发展前景。针对具有较小局部特征和较高的成形要求的真空灭弧室重要零件—316L不锈钢主... 详细信息

固体颗粒介质成形技术(Solid granules medium forming,SGMF)可以降低材料成形载荷提高成形极限,在成形壁厚减薄率要求较高的工件的领域有比较大的发展前景。针对具有较小局部特征和较高的成形要求的真空灭弧室重要零件—316L不锈钢主屏蔽罩,本文提出以固体颗粒介质成形技术来成形主屏蔽罩。为了研究管材成形的影响参数以及原因,本文基于理论建模、试验探究以及模拟验证对管材固体颗粒介质成形进行作用规律及参数影响机理探索分析。具体工作如下:(1)通过对主屏蔽罩成形过程的各个状态分析,对成形区单元的应力、应变进行分析,得到主屏蔽罩固体颗粒介质成形的基本原理和成形规律。(2)基于ABAQUS建立316L不锈钢主屏蔽罩固体颗粒介质离散元-有限元耦合仿真模型;探究摩擦因数、压头角度、不同成形路径等参数对主屏蔽罩成形性能的影响。结果表明:固体颗粒介质成形工艺能够提高主屏蔽罩成形性能以及壁厚均匀性,同时摩擦力、成形路径以及压头角度对主屏蔽罩成形质量存在显著影响。(3)设计制作通过碟簧实现的双向进给轴向成形模具,开展主屏蔽罩成形试验,对比不同成形参数下的成形效果、成形力、成形工件壁厚情况,研究不同成形方案的工件成形效果以及单向、双向成形对主屏蔽罩成形的影响,总结作用规律;探究了不同填料量以及填料次数下的成形规律。将主屏蔽罩固体颗粒介质成形模拟结果与试验结果进行对比,分析了试验与模拟壁厚出现差异的原因。(4)通过数值模拟,分析不同参数情况下试制主屏蔽罩起皱的主要原因;探究褶皱产生的过程中哪些参数影响较大,能够决定死褶是否产生,分析不同参数影响下产生死褶的原因。本文对管材固体颗粒介质成形的影响参数以及作用规律进行研究,对于管材固体颗粒介质成形理论的发展有着指导借鉴意义。

关键词：固体颗粒介质成形 316L不锈钢屏蔽罩有限元-离散元耦合起皱

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镁合金板材颗粒介质拉深工艺参数数值模拟

中国有色金属学报 2012年第11期22卷 2992-2999页

作者：曹秒艳赵长财董国疆燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 燕山大学车辆与能源学院秦皇岛066004

为提高镁合金板材拉深性能,提出一种基于固体颗粒介质成形（Solid granules medium forming,SGMF）工艺的镁合金板材差温拉深工艺。以单向拉伸试验获取的AZ31B镁合金板材真应力—应变曲线和颗粒材料性能试验构建的介质线性Drucker-Prage... 详细信息

为提高镁合金板材拉深性能,提出一种基于固体颗粒介质成形（Solid granules medium forming,SGMF）工艺的镁合金板材差温拉深工艺。以单向拉伸试验获取的AZ31B镁合金板材真应力—应变曲线和颗粒材料性能试验构建的介质线性Drucker-Prager本构模型为基础,采用有限元法对板材拉深成形进行热力耦合数值模拟并进行试验验证,研究压边力、压边间隙和温度对板材拉深性能的影响。结果表明：压边间隙和压边力联合控制比单纯控制压边力或是压边间隙更能有效地提高板材拉深性能;AZ31B镁合金板材在拉深过程中对温度有较强敏感性,板材变形温度为250~300℃,颗粒介质与其温差100~150℃时,板材达到最佳拉深性能;颗粒介质能够对工件筒壁部位提供轴向摩擦力,该摩擦力能有效提高材料拉深性能并保证板厚的均匀性,这是SGMF工艺的优势所在。

关键词： AZ31B镁合金固体颗粒介质成形差温数值模拟

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镁合金板材的固体颗粒介质拉深工艺参数

中国有色金属学报 2012年第4期22卷 991-999页

作者：赵长财曹秒艳肖宏董国疆郝海滨燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 燕山大学车辆与能源学院秦皇岛066004

提出基于固体颗粒介质成形(SGMF)工艺的镁合金板材差温拉深工艺,并展开试验研究。通过对AZ31B镁合金薄板进行差温拉深成形试验,研究了成形温度、拉深速度、压边力、压边间隙、凹模圆角和润滑条件对拉深性能的影响,确定AZ31B镁合金板料... 详细信息

提出基于固体颗粒介质成形(SGMF)工艺的镁合金板材差温拉深工艺,并展开试验研究。通过对AZ31B镁合金薄板进行差温拉深成形试验,研究了成形温度、拉深速度、压边力、压边间隙、凹模圆角和润滑条件对拉深性能的影响,确定AZ31B镁合金板料最佳成形工艺参数。结果表明:该工艺可显著提高镁合金板材的成形性能,成形温度及拉深速度对板料拉深性能影响较大,板料最佳成形温度区间为290～310℃,颗粒介质与板料理想温差为110～150℃;压边力和压边间隙对拉深性能产生联合影响;此外,凹模圆角和润滑条件也对拉深性能有一定的影响。当上述工艺参数达到最佳值时成功拉深出极限拉深比(LDR)为2.41的工件。

关键词： AZ31B镁合金固体颗粒介质成形差温拉深性能

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金属薄壁管件外压缩径成形理论及实验研究

中国有色金属学报 2018年第3期28卷 586-593页

作者：杜冰谢军关风龙张鑫赵长财燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室秦皇岛066004

起皱失稳问题是空心薄壁类零件在加工和应用领域的主要瓶颈。基于此,对金属薄壁管件缩径成形过程中的弹塑性失稳规律进行研究,提出预测缩径褶皱、提高成形件质量的方法及技术手段。基于***线性屈曲理论,推导了管坯均布外压作用下的环向... 详细信息

起皱失稳问题是空心薄壁类零件在加工和应用领域的主要瓶颈。基于此,对金属薄壁管件缩径成形过程中的弹塑性失稳规律进行研究,提出预测缩径褶皱、提高成形件质量的方法及技术手段。基于***线性屈曲理论,推导了管坯均布外压作用下的环向弹性及塑性起皱临界载荷表达式;探讨了成形条件及材料参数对管材抗起皱性能强弱的影响。利用固体颗粒介质缩径工艺实现了AA7075管材不同热处理条件下的缩径成形,工艺试验验证了管材缩径成形起皱失稳理论的相关结论。

关键词： AA7075铝合金管件缩径成形起皱失稳固体颗粒介质成形

抛物线壳体软模成形FEM-DEM耦合仿真研究

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机械工程学报 2020年第20期56卷 38-46页

作者：曹秒艳胡晗田少杰杜冰赵长财燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 河北省轻质结构装备设计与制备工艺技术创新中心秦皇岛066004 燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室秦皇岛066004

针对一些形状复杂、具有局部特征的难变形薄壁构件的成形问题,提出固体颗粒介质成形(Solid granules medium forming,SGMF)技术。并以薄壁的抛物线壳体零件为例,分析零件的特征及成形难点;基于ABAQUS平台,自行编制程序对抛物线壳体SGMF... 详细信息

针对一些形状复杂、具有局部特征的难变形薄壁构件的成形问题,提出固体颗粒介质成形(Solid granules medium forming,SGMF)技术。并以薄壁的抛物线壳体零件为例,分析零件的特征及成形难点;基于ABAQUS平台,自行编制程序对抛物线壳体SGMF成形过程进行有限元法(Finite element method,FEM)和离散元法(Discrete element method,DEM)耦合仿真分析,探究不同摩擦因数对工件SGMF的影响。研究表明,FEM-DEM耦合分析技术兼顾离散颗粒介质与连续体板材各自的变形特点,能较准确模拟金属板材SGMF成形过程,并采用该耦合分析技术确定该抛物线壳体零件的最佳成形工艺参数;最后在模拟结果的基础上,开展抛物线壳体零件的颗粒介质成形试验研究,并成功试制出合格工件,试验结果与FEM-DEM耦合模拟结果基本吻合。

关键词：薄壁零件固体颗粒介质成形仿真 FEM-DEM

NiAl合金锥筒内压胀形–原位反应一体化成形工艺研究

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航空制造技术 2023年第9期66卷 63-67,74页

作者：黄钟森秦锦涛薛帅兵林鹏太原理工大学太原030024

针对NiAl合金板坯制备及复杂薄壁构件二次成形困难的技术难题,提出一种成形与原位反应一体化成形新工艺制造NiAl合金薄壳件,即先将Ni箔与Al箔交替堆叠置于模具中,再在固体颗粒介质作用下塑性成形,然后使成形后的Ni/Al叠层薄壳件继续停... 详细信息

针对NiAl合金板坯制备及复杂薄壁构件二次成形困难的技术难题,提出一种成形与原位反应一体化成形新工艺制造NiAl合金薄壳件,即先将Ni箔与Al箔交替堆叠置于模具中,再在固体颗粒介质作用下塑性成形,然后使成形后的Ni/Al叠层薄壳件继续停留在模具中,在固体颗粒介质压力作用下加热使Ni/Al叠层发生原位反应合成NiAl合金,从而制得NiAl合金薄壳件。采用扫描电子显微镜(SEM)与能谱仪(EDS)对构件微观组织进行表征,并对其高温力学性能进行测试。结果表明,采用该方法制得的NiAl合金锥筒由单一NiAl相构成,厚度方向上粗晶层与细晶层交替排布,为典型的双峰组织,无孔洞等缺陷。构件硬度为317HV且分布均匀,1000℃抗拉强度为71MPa,延伸率可达74%。

关键词： NiAl合金原位反应合成薄壳件固体颗粒介质成形双峰组织