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薄壁深杯形件多工艺复合旋压成形机理研究

华南理工大学学报（自然科学版） 2022年第9期50卷 109-115页

作者：徐晓张川洋肖刚锋夏琴香华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

针对传统的薄壁深杯形件成形流程长、效率低、质量控制难的问题,提出采用拉深-流动多工艺复合旋压方法实现此类零件的高效短流程精确制备。基于Abaqus有限元软件建立了SPHC热轧钢薄壁深杯形件拉深-流动多工艺复合旋压成形有限元模型,研... 详细信息

针对传统的薄壁深杯形件成形流程长、效率低、质量控制难的问题,提出采用拉深-流动多工艺复合旋压方法实现此类零件的高效短流程精确制备。基于Abaqus有限元软件建立了SPHC热轧钢薄壁深杯形件拉深-流动多工艺复合旋压成形有限元模型,研究了深杯形件复合旋压成形时的应力应变分布及材料流动行为,揭示了复合旋压的成形机理,结合复合旋压成形试验,验证了有限元模拟的准确性。结果表明:采用多工艺复合旋压工艺可实现深杯形零件的单道次旋压成形,并可获得成形质量良好的薄壁深杯形零件。按照材料变形状况,多工艺复合旋压可分为拉深旋压阶段、流动旋压起始阶段和复合旋压稳定阶段;在流动旋压起始阶段最大等效应变随旋压的进行而急剧上升;在稳定旋压阶段最大等效应变出现在已成形区域,其变形状态为轴向与切向拉伸、径向压缩,而过渡区域为轴向拉伸、径向与切向压缩。流动旋压起始阶段,贴模区域材料向口部的轴向流动随着拉深旋压用与流动旋压用旋轮间的轴向错距量的增大而增大。在复合旋压稳定阶段,坯料与拉深旋压用旋轮接触的外侧区域受三向压应力,而内侧区域受到三向拉应力的作用,坯料与流动旋压用旋轮接触区域受三向压应力作用。为保证旋压成形质量,旋压拉深旋压用旋轮与流动旋压用旋轮之间的轴向错距量应取值大于5.3 mm。

关键词：复合旋压成形机理深杯形件应力应变

钛合金薄壁结构选区激光熔化成形机理及力学性能研究

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钛合金薄壁结构选区激光熔化成形机理及力学性能研究

作者：杨志成中北大学

学位级别：硕士

钛合金是一种典型的轻质材料,具有比强度高、耐蚀性好、综合力学性能优良等特点。薄壁结构是轻量化零件中一种主要的结构特征,采用传统机加工方式成形困难。选区激光熔化（SLM,Selective Laser Melting）是一种基于粉末床的激光增材制... 详细信息

钛合金是一种典型的轻质材料,具有比强度高、耐蚀性好、综合力学性能优良等特点。薄壁结构是轻量化零件中一种主要的结构特征,采用传统机加工方式成形困难。选区激光熔化（SLM,Selective Laser Melting）是一种基于粉末床的激光增材制造技术,通过高能束激光逐点逐层快速熔化凝固金属粉末直接成形金属零件,为具有薄壁结构的轻量化零件提供了一种有效成形方式。与块状实体结构相比,薄壁结构SLM成形在性能控制、缺陷产生机理方面更复杂。因此,本课题开展钛合金薄壁结构选区激光熔化成形机理及力学性能研究。主要研究内容如下:（1）开展钛合金SLM成形薄壁结构温度场及熔池研究。研究钛合金薄壁结构成形过程中温度场变化规律,建立薄壁结构有限元模型,通过模拟结果与相应工艺参数下的单道扫描实验结果对比,验证模型的准确性。对比不同厚度薄壁结构温度场的异同,分析不同扫描策略对SLM成形薄壁结构温度场的影响规律。研究发现,多道扫描时由于激光扫描当前熔道时对相邻熔道进行重复加热,且扫描下一层时也会对上一层进行加热,有利于热应力的释放,因此薄壁结构壁厚越大,越有利于成形。（2）开展基于SLM工艺的钛合金薄壁结构成形尺寸精度研究。研究不同壁厚、不同摆放位置薄壁结构的可成形性,探究SLM薄壁结构极限壁厚、极限成形高度与壁厚方向的尺寸精度,建立壁厚、摆放位置与薄壁结构极限成形高度的数学模型。研究发现,钛合金薄壁结构随着壁厚的增加,成形高度逐渐增加,壁厚方向的绝对误差逐渐降低。当壁厚达到1 mm及以上时,薄壁结构可成形至设计高度100 mm。壁厚、摆放位置与薄壁结构的极限成形高度是非线性关系。（3）开展基于SLM工艺的薄壁结构力学性能研究。研究壁厚、成形高度对薄壁结构力学性能的影响,探究薄壁结构在不同壁厚、不同成形高度条件下力学性能的各向异性,分析薄壁结构各向异性随壁厚、取样高度的变化规律。研究发现,随着壁厚的增加,薄壁结构的力学性能逐渐提高,相同壁厚下随着成形高度的增加,薄壁结构的力学性能逐渐下降,薄壁结构壁厚越小,取样高度方向的各向异性越大,当壁厚达到1.8 mm时,取样高度方向的各向异性趋于稳定。（4）开展基于SLM工艺的薄壁结构微观组织及缺陷研究。通过金相显微镜、扫描电镜、CT技术探究薄壁结构的缺陷,分析实体、薄壁结构缺陷的来源与差异,揭示实体与薄壁结构力学性能变化的原因。研究发现,实体与薄壁结构的微观组织主要是针状马氏体,微观组织对薄壁结构力学性能影响较小。薄壁结构的缺陷有夹杂粉末孔洞,实体的缺陷是小而球形的气孔,夹杂未熔粉末孔洞缺陷对薄壁结构的力学性能影响较大。

关键词：选区激光熔化钛合金薄壁结构成形机理力学性能

激光选区熔化成形低角度无支撑结构的方法与工艺研究(特邀)

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中国激光 2024年第4期51卷 160-172页

作者：胡伟南冯颖王迪闫星辰蒋梦龙晋刚杨超杨永强吴杰华陈思敏华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510641 广东省科学院新材料研究所广东广州510075 广州城市理工学院机械工程学院广东广州510800 澳门城市大学创新设计学院中国澳门999078 深圳市金石三维打印科技有限公司广东深圳518107

为了实现激光选区熔化(SLM)无支撑低角度成形,进而提高样件的成形效率和降低打印成本,笔者提出了一种基于加工层角度自适应下表面工艺区域的划分方法,并对该方法成形的样件的表面质量以及该方法的适用性进行了探究。结果表明:过高或者... 详细信息

为了实现激光选区熔化(SLM)无支撑低角度成形,进而提高样件的成形效率和降低打印成本,笔者提出了一种基于加工层角度自适应下表面工艺区域的划分方法,并对该方法成形的样件的表面质量以及该方法的适用性进行了探究。结果表明:过高或者过低的能量密度都会对悬垂区域的多层成形产生负面影响,采用适熔工艺成形悬垂结构能在保证低孔隙率的同时实现多层打印。将悬垂结构进行上、下、内表面区域划分,基于向下比较层数T进行区域面积调控能够显著影响悬垂样件的可制造性和结构完整性,应用下表面工艺区域的面积越大,悬垂样件的成形性越好。对上下表面的成形机理进行了深入分析,结果显示,下表面的成形质量主要受粘粉以及熔池下陷引起的凸起的影响,而上表面除了受粘粉影响外,还主要受阶梯效应和轮廓边界熔道间隙的影响。最终,成形了不同尺寸的测试样件以及最低角度为15°的叶轮零件,证明了所提低角度成形方法的可行性。

关键词：激光技术激光选区熔化无支撑打印低角度成形机理表面质量

基于送丝激光增材制造的316L不锈钢熔覆层成形机理研究

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基于送丝激光增材制造的316L不锈钢熔覆层成形机理研究

作者：袁鹏程中南大学

学位级别：硕士

轨道交通是我国经济发展的命脉,轨道交通装备的不断提速对零部件的力学性能以及服役寿命提出了更高要求,送丝激光增材制造能够为轨道交通关键零部件服役性能的提高提供新方式。在送丝激光增材制造过程中,熔融金属传输模式对于熔覆层的... 详细信息

轨道交通是我国经济发展的命脉,轨道交通装备的不断提速对零部件的力学性能以及服役寿命提出了更高要求,送丝激光增材制造能够为轨道交通关键零部件服役性能的提高提供新方式。在送丝激光增材制造过程中,熔融金属传输模式对于熔覆层的成形质量具有重要影响。为了对熔融金属传输模式进行精确调控,本文对316L不锈钢送丝激光增材制造过程展开了实验与仿真研究,分析了熔融金属传输模式和工艺参数对熔覆层形貌的作用,揭示了送丝激光增材制造熔覆层的成形机理,阐明了关键工艺参数对熔覆层成形的影响机制。本文所开展的主要工作如下:(1)搭建了送丝激光增材制造实验平台,对不同传输模式下获得的熔覆层形貌进行了分析,基于良好熔覆层成形形貌所对应的工艺条件设计并开展了送丝激光增材制造实验;从熔覆层表面粗糙度、表面连续性与飞溅程度等方面对所获得的熔覆层表面形貌进行了对比,研究了激光功率、扫描速度与送丝速度等工艺参数对熔覆层宽度、熔覆层高度、熔覆层深度的影响。(2)在考虑熔融金属传输行为的条件下,建立了送丝激光增材制造熔覆层成形三维流固耦合动力学模型,通过实验验证了模型的可靠性;对送丝激光增材制造中熔融金属传输行为与熔覆层成形过程进行了仿真求解,分析了液滴传输模式对混合熔池自由表面演变、温度场形貌与流场分布特征的影响,揭示了送丝激光增材制造熔覆层的成形机理。(3)通过数值求解获得了不同送丝角度与送丝速度条件下的熔覆层成形过程,分析了送丝角度与送丝速度对熔融金属液滴和混合熔池的温度场以及流场的影响,阐明了送丝角度与送丝速度对送丝激光增材制造熔覆层成形的影响机制。通过上述研究,本文从实验与仿真角度深入分析了送丝激光增材制造316L不锈钢熔覆层的成形过程、形貌特征与成形机理,为良好熔覆层的成形提供了理论与方法支持,对实现轨道交通装备激光增材制造不锈钢关键零部件的高质量成形具有重要的意义。图98幅,表7个,参考文献113篇

关键词：激光增材传输模式混合熔池数值仿真成形机理

低延展性铝合金自冲铆成形机理及滑移失效研究

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低延展性铝合金自冲铆成形机理及滑移失效研究

作者：陈贵坤昆明理工大学

学位级别：硕士

随着新能源汽车结构轻量化需求越来越高,车身材料的选用呈现出多样性趋势。自冲铆连接技术在进行高强度低延展性铝合金薄板材料连接时,存在材料在模具内流动性变差、机械内锁不充分以及裂纹倾向较突出等问题,工艺影响因素较为复杂,成形... 详细信息

随着新能源汽车结构轻量化需求越来越高,车身材料的选用呈现出多样性趋势。自冲铆连接技术在进行高强度低延展性铝合金薄板材料连接时,存在材料在模具内流动性变差、机械内锁不充分以及裂纹倾向较突出等问题,工艺影响因素较为复杂,成形机理及质量控制机制有待深入研究。本文通过理论建模及试验研究,探究低延展性铝合金材料的自冲铆成形机理,辨析工艺参数对接头成形质量的影响规律以及接头失效分析,主要研究内容和结论如下:基于Avitzur上限法分析自冲铆成形过程中的能量转变,推导成形过程最大成形力的解析表达式,建立铝合金自冲铆成形过程的有限元仿真模型,探究工艺参数对接头成形质量的影响规律。结果表明:随着铆钉硬度提高,接头内锁长度和钉脚张开度逐渐减小,残余底厚和最大成形力随之增大;铆钉硬度降低时,铆钉腿镦粗和外翻的程度均有所增大,钉腿应力愈发集中。铆接能量与材料变形流动程度正相关,随着铆接速度的提高,接头内锁长度和钉脚张开度整体呈现增长趋势,而铆接冲压速度的提升降低了接头的残余底厚。开展低延展性铝合金薄板材料自冲铆工艺试验研究。基于响应面试验设计方法,建立接头静力学指标(失效载荷、能量吸收值)与影响因素(材料延展性、铆钉硬度、铆接速度)间的回归预测模型。结果表明:板材延展性对失效载荷和能量吸收值均影响显著,影响因素交互作用分析表明,板材延展性与铆钉硬度的交互影响显著性最高。回归预测模型的建立为低延展性铝合金薄板材料自冲铆连接提供了技术支撑。开展低延展性铝合金薄板材料自冲铆接头失效分析,分析研究拉伸-剪切过程中接头机械内锁区的微动滑移错动量、滑移速度与接头质量的内在联系。结果表明:接头首先经历初期弹性互锁阶段,内锁区域相对滑移量小,内锁结构相对稳定;随后,进入材料塑性变形失效阶段,机械互锁结构被滑移错动所破坏。对应于较高铆接冲压速度的接头,其内锁结构更加稳定,具有较高的抵御滑移变形能力。接头失效特征以拉脱失效为主,微观材料变形特征为纹理平滑的纤维状解离结构。

关键词：自冲铆铝合金低延展性成形机理失效特征微动滑移

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铝合金轮毂旋压成形机理与质量控制研究

铝合金轮毂旋压成形机理与质量控制研究

作者：陆宇杰宁波大学

学位级别：硕士

汽车产业是国民经济的支柱产业,朝着轻量化方向发展,使用轻金属材料,成为减轻车身重量的有效措施。铝合金轮毂是汽车轻量化的核心零部件之一,相比于传统的钢制轮毂具有重量轻、强度高等优势,完全符合我国对汽车节能减排的要求。旋压成... 详细信息

汽车产业是国民经济的支柱产业,朝着轻量化方向发展,使用轻金属材料,成为减轻车身重量的有效措施。铝合金轮毂是汽车轻量化的核心零部件之一,相比于传统的钢制轮毂具有重量轻、强度高等优势,完全符合我国对汽车节能减排的要求。旋压成形工艺是当前制造铝合金轮毂的一种成熟工艺,但旋压成形也存在变形不均匀、表面易产生缺陷等问题。因此,开展铝合金轮毂旋压成形机理与质量控制研究,具有重要的工程意义与应用价值。为探明轮毂旋压成形缺陷产生机制,提高铝合金轮毂旋压成形的表面质量,本文以6061铝合金为材料,对铝合金轮毂不均匀变形的成形机理与缺陷控制进行了系统研究,依据铝合金轮毂的旋压成形过程,建立了相应的模型,通过Simufact的数值模拟,研究铝合金轮毂的成形过程,分析在旋压过程中的应力、应变、温度场分布规律,以及在旋压过程中旋轮旋压力大小的变化和金属流动规律,揭示铝合金轮毂旋压成形机理。通过设置单因素试验分析了各工艺参数对于壁厚偏差、内径偏差及表面缺陷的影响,分析了产生缺陷的原因;以轮毂的厚度偏差和内径偏差为试验指标,对多因素的交叉影响结果进行了探究,确定了最优的工艺参数组合。通过对正交试验方案和优化后的试验结果相对比,发现优化后的实验方案能有效的降低轮毂成形件的壁厚偏差和内径偏差,说明优化后的方案是行之有效的。在上述研究基础上,对最优工艺参数的试验方案进行轮毂热旋压实验,经测量计算后得到轮毂的内径偏差及壁厚偏差,与仿真结果对比后发现内径偏差和厚度偏差均在合理范围以内。本文研究结果为消除铝合金轮毂旋压成形缺陷、提高成形质量提供理论依据,为铝合金轮毂的实际生产提供了技术支持。

关键词：铝合金轮毂 6061铝合金旋压成形机理数值模拟

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TIG-MIG双面对称焊焊缝成形机理研究

机械工程学报 2004年第4期40卷 58-61页

作者：周方明于治水王宇冯曰海钱乙余华东船舶工业学院材料学院镇江212003 哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室哈尔滨150001

就纯铝中薄板,通过单面TIG、MIG和TIG-MIG双面对称焊工艺试验对比,利用ANSYS有限元计算软件进行了TIG-MIG双面对称焊熔池的数值模拟,研究了TIG-MIG双面对称焊的熔池特征及焊缝成形规律。研究表明,TIG-MIG双面对称焊的热源静态累积效应... 详细信息

就纯铝中薄板,通过单面TIG、MIG和TIG-MIG双面对称焊工艺试验对比,利用ANSYS有限元计算软件进行了TIG-MIG双面对称焊熔池的数值模拟,研究了TIG-MIG双面对称焊的熔池特征及焊缝成形规律。研究表明,TIG-MIG双面对称焊的热源静态累积效应和动态热阻效应使得此焊接方法熔深大大增加,TIG、MIG熔池在焊接过程中发生交汇并在电弧力、熔池表面张力和重力等作用下达到平衡,并由此形成焊缝反面成形。TIG-MIG交汇熔池的稳定性决定焊缝的反面成形特征。

关键词：铝合金双面对称焊成形机理数值模拟 TIG-MIG 焊接有限元

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带横向内筋特征构件外强旋压成形机理研究

西北工业大学学报 2014年第5期32卷 799-804页

作者：詹梅郭靖陈飞杨合西北工业大学材料学院陕西西安710072

为了揭示带横向内筋特征构件外强旋成形机理,基于ABAQUS/Explicit平台建立了符合实际的带横向内筋构件外强旋成形三维有限元模型,分析了筋部充填特征及其金属流动规律。结果表明:工件筋部充填沿周向分布均匀,轴向分布较不均匀,其中筋部... 详细信息

为了揭示带横向内筋特征构件外强旋成形机理,基于ABAQUS/Explicit平台建立了符合实际的带横向内筋构件外强旋成形三维有限元模型,分析了筋部充填特征及其金属流动规律。结果表明:工件筋部充填沿周向分布均匀,轴向分布较不均匀,其中筋部中区出现明显的表面凹陷,该凹陷是充筋中期轴向拉应力的减薄作用和充筋后期工件非筋部的弯曲靠模作用机制共同造成的;筋部成形前期,金属的径向流动大于轴向流动,筋部成形中、后期,金属的轴向流动大于径向流动。

关键词：横向内筋强力旋压三维有限元筋部特征成形机理

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中空分流锻造成形机理及成形力的计算

塑性工程学报 2016年第1期23卷 1-6页

作者：夏巨谌金俊松邓磊王新云华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074

综合分析了国内外中空分流锻造成形研究取得的进展及存在的不足;为研究中空分流锻造成形机理,设计了材质、外轮廓尺寸、齿数及模数相同的实心和空心圆柱直齿轮,采用刚塑性有限元法对两个齿轮闭式模锻成形过程进行了模拟分析,得到了等效... 详细信息

综合分析了国内外中空分流锻造成形研究取得的进展及存在的不足;为研究中空分流锻造成形机理,设计了材质、外轮廓尺寸、齿数及模数相同的实心和空心圆柱直齿轮,采用刚塑性有限元法对两个齿轮闭式模锻成形过程进行了模拟分析,得到了等效应变与等效应力场、金属流动速度场和成形力曲线的变化规律;以已有闭式模锻成形力的计算公式为基础,建立了中空分流锻造成形力新的计算公式,并采用有限元模拟计算和试验验证了公式的可行性。

关键词：中空分流锻造成形机理成形力刚塑性有限元模拟