金屬薄壁管液壓成形應用基礎研究.pdf

1、管材液壓成形技術（Tube Hydroforming，THF）是一種生產復雜整體中空薄壁結構件的先進塑性成形技術，具有成形高精度、制造柔性化、節(jié)省能源、降低材料消耗、節(jié)約成本等特點，有著廣泛的應用前景與發(fā)展?jié)摿?。本文采用理論分析和試驗研究相結合的研究方法，針對薄壁管液壓成形技術中的幾個關鍵問題展開基礎性研究。研究內容主要集中在6個方面： （1）為準確評價管材成形性能，針對管液壓成形特點，研發(fā)了新的管材性能測試裝置，用于獲取評定管

2、材液壓成形性能所需的基本數據：脹形高度－脹形內壓曲線（PH曲線）。與現有專用測試設備相比，該裝置采用管端固定的自由脹形工作方式，測試簡單、操作方便，能夠準確地反映管液壓成形中材料在雙拉狀態(tài)下成形性能。 （2）為獲得較為準確的管材成形性能參數，以自主研發(fā)的性能測試裝置為基礎，建立了新的管材成形性能解析模型。該模型基于塑性理論、平面應力假設和靜力平衡方程，并在求解中引入了管件脹形輪廓函數－二次輪廓假設。通過對鋁合金LF21M和不銹鋼

3、304L的測試和解析計算，并結合有限元模擬分析，表明該模型求解簡單方便，有著較高的求解精度。 （3）為高效準確地獲得材料性能參數，提出了新的管材成形性能求解方案-自適應有限元逆向求解方法。通過分析材料參數對THB測試中PH曲線形狀的影響，構建出材料參數修正準則。通過構建外圍控制程序，實時監(jiān)控模擬過程，以解析結果為初始值，依據修正準則對其進行調整，直至獲得準確結果。試驗和有限元模擬驗證表明該方法相對于單純的解析法和有限元逆算法，有

4、著其明顯的優(yōu)勢。 （4）為優(yōu)化THB試驗，提高材料性能求解精度，構建了新的脹形壓力解析模型，并以此為分析基礎，全面分析了液壓脹形過程中管件幾何尺寸和材料性能對脹形結果的影響。結果顯示：成形壓力不僅僅受到材料本身性能的影響，還受到管件厚徑比和脹形寬徑比的影響。管件的脹形高度基本不受厚度、加工硬化系數以及厚向異性的影響。從相對脹形高度的角度，也不受管件直徑大小變化的影響，只決定于管件的加工硬化指數和脹形寬徑比。 （5）為方便

5、獲得管液壓成形過程中的材料與模具間的摩擦系數，針對成形中的特點，提出了新的摩擦系數測試方法和相應測試裝置，并對管液壓成形中常用的潤滑劑的摩擦系數進行了測試。該方法基于Duncan原理，通過構建板料與摩擦圓輥之間的接觸力學模型，獲得摩擦系數。試驗分析表明該裝置具有結構簡單，操作方便的顯著特點，能夠快捷準確地測試材料摩擦系數。 （6）針對傳統T型管件設備昂貴，工藝復雜的缺點，提出新的成形方式－基于管端軸向進給驅動的管液壓成形法。該方

6、法僅依靠管端軸向進給產生的內部成形介質體積減小就可輕易實現管件內壓形成。與傳統方法相比，該方法不需要成本昂貴的高壓泵給系統，只需要耐高壓的溢流閥控制系統即可實現。在此基礎上，對使用該方法成形的管件質量進行理論分析，結果表明對于三通零件存在溢流壓力安全成形區(qū)域，只有壓力在其范圍內，才能成形出合格零件。安全范圍主要與材料性質有關，塑性性能較好的材料其溢流壓力的取值范圍較大。除此以外，零件的厚度分布和有效成形高度對溢流壓力不敏感，其成形質量主