液壓成形管件的可制造性評價方法研究.pdf

1、隨著人們對燃料和原材料成本節(jié)約的要求及各國環(huán)保法規(guī)對汽車廢氣排放的嚴(yán)格限制，汽車車身的輕量化顯得越來越重要。但減小汽車車身重量的同時，必須保證汽車零部件的強(qiáng)度、剛度等安全性能指標(biāo)，以保證汽車行駛安全。解決這一矛盾除了采用輕質(zhì)材料外，另外一個重要的途徑就是在結(jié)構(gòu)上采用空心及變截面等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件。管件液壓脹形技術(shù)正是在這種背景下發(fā)展起來的一種制造空心輕質(zhì)構(gòu)件的先進(jìn)制造技術(shù)。與傳統(tǒng)的沖壓-焊接工藝所制造的汽車結(jié)構(gòu)件相比，采用管件液壓脹形技術(shù)所制

2、造的汽車零件具有重量輕、剛度和強(qiáng)度高、耐撞性能好、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)緊湊、加工工序少等一系列優(yōu)點，能夠很好地滿足汽車輕量化的特殊要求。目前，管件液壓脹形技術(shù)已經(jīng)在汽車車身的輕量化中發(fā)揮了重要的作用，并且受到了各大汽車制造商的廣泛重視?？梢灶A(yù)見，該技術(shù)的應(yīng)用將有力的推動汽車制造技術(shù)水平的進(jìn)步與提高。本文針對管件的液壓脹形工藝展開研究，對于推動轎車的國產(chǎn)化水平具有重要的意義。
　　 近年來，國內(nèi)外學(xué)者對于液壓脹形管件的工藝設(shè)計、缺陷預(yù)測

3、等方面開展了廣泛的研究，已取得了一定的成果。但由于在汽車工業(yè)的應(yīng)用較晚，液壓脹形技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計及可制造性評價等諸多方面有待深入研究。液壓脹形技術(shù)在轎車上的應(yīng)用面臨著諸多問題:首先，是現(xiàn)有零件的改型，即采用液壓脹形零件代替現(xiàn)有的沖壓-焊接零件，這是液壓脹形產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵步驟。目前，液壓脹形產(chǎn)品關(guān)鍵幾何特征的設(shè)計缺乏必要的理論依據(jù)。其次，是液壓脹形管件原材料的選擇。準(zhǔn)確的確定原材料的性能是合理選擇原材料的基礎(chǔ)，是液壓脹形工藝設(shè)計及

4、可制造性評價的重要依據(jù)。目前，仍然缺乏適用于管件液壓脹形工藝的管材成形性能測試方法。如何根據(jù)液壓脹形產(chǎn)品特征及原材料的性能設(shè)計合理的液壓脹形工藝，從而在液壓脹形過程中有效的避免各種成形缺陷的發(fā)生，是液壓脹形產(chǎn)品設(shè)計的另外一個重要問題。現(xiàn)有的液壓脹形管件的臨界缺陷預(yù)測模型還不適用于復(fù)雜工藝條件下的管件缺陷預(yù)測。
　　 本文采用實驗與理論分析相結(jié)合的方法對液壓脹形管件的可制造性評價問題展開研究。首先研究了液壓脹形條件下管材的成形性能

5、的評估方法，主要包括管材的各向異性系數(shù)和管材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系以及管材的成形極限曲線的測試方法;然后，根據(jù)轎車用液壓脹形管件的幾何特征及主要缺陷形式，建立了圓形和非圓形管件的破裂和起皺臨界預(yù)測模型;最后，研究了管件液壓成形工藝的設(shè)計方法，為液壓成形產(chǎn)品設(shè)計初期，零件的可制造性評價及關(guān)鍵幾何尺寸設(shè)計提供了理論指導(dǎo)。
　　 本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)造性工作包括以下幾個方面:
　　 1.管材成形性能評價方法研究
　　 影響

6、管材液壓脹形可加工性的主要材料性能有管材的各向異性性能和加工硬化特性。本文首先從材料的厚向異性系數(shù)的定義出發(fā)，提出采用液壓脹形試驗為主，輔以試樣的單向拉伸試驗的管材厚向異性系數(shù)測試方法;并提出通過液壓脹形試驗，輔以各種先進(jìn)的測試方法構(gòu)建管材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，從而得到液壓脹形條件下管材的加工硬化模型。與試樣的單向拉伸測試方法相比，有效的考慮了管材各向異性及管材制備工藝的影響，因此，更加適用于液壓脹形條件下管材成形性能的評價。
　

7、　 2.管材的成形極限評價方法研究
　　 本文從材料成形極限曲線構(gòu)造的基本要求出發(fā)，針對管材在各種液壓脹形模具中的變形特點，開發(fā)了適用于各種應(yīng)變狀態(tài)下管材成形極限測試的試驗?zāi)＞?根據(jù)加載路徑對應(yīng)變路徑的影響，提出適用于成形極限曲線測試的加載路徑設(shè)計方法。以此為基礎(chǔ)，提出適用于管件液壓脹形的成形極限曲線的完整測試方案。
　　 3.液壓脹形管件的缺陷預(yù)測模型研究
　　 本文針對管件液壓成形過程中經(jīng)常出現(xiàn)的各種缺陷，

8、分析各種缺陷發(fā)生的機(jī)理。采用薄殼彈塑性穩(wěn)定性理論、能量法則、材料的塑性成形理論及管件的液壓脹形理論，得到了管件液壓脹形的起皺和破裂預(yù)測模型。為液壓脹形零件及工藝設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。
　　 4.管件的液壓脹形工藝設(shè)計方法研究
　　 影響管件液壓成形可制造性的因素有模具、材料性能、零件自身的幾何特征等。本文針對管件的液壓脹形工藝相關(guān)的問題展開研究，提出了液壓成形模具的設(shè)計方法;并基于零件的缺陷預(yù)測模型，提出了零件關(guān)鍵幾何尺寸