外文翻譯（中文）----對典型的空心工件液壓成形方法的研究

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　外文文獻及譯文</b></p><p>　　文獻、資料題目：Hydroforming of typical hollow components</p><p>　　文獻、資料來源： Journal of Materials Processing

2、</p><p>　　Technology</p><p>　　文獻、資料發(fā)表日期：2004</p><p>　　院 （部）： 材料科學與工程學院</p><p>　　專 業(yè)： 材料成型及控制工程</p><p><b>　　中文翻譯：</b></p><p>　　對

3、典型的空心工件液壓成形方法的研究</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　五個具有復雜的橫截面的空心元件（包括兩個汽車零配件）可以在計算機的控制下，通過最大壓力為400MPa的液壓成型法順利成形。元件厚度選擇在每個元件的設(shè)計中分別作了詳細的討論，尤其是在底板部份。這五個空心元件所用的材料包括鋁合金、不銹鋼和軟鋼，其應用領(lǐng)域包括航空器、宇航業(yè)和汽車

4、工業(yè)方面。在這些元件之中，高速成形部分的最大直徑是 161 毫米和最大厚度是 4 毫米。因為零件需要很大的延展比率（超過 50%），或是具有低的成形性的材料,如鋁合金和布滿皺紋的管狀材料可以用作空心工件的成形。通過這種方法，材料首先積蓄于皺紋形成周圍的伸展區(qū)域，然后表面皺紋的校平主要通過增加內(nèi)部壓力校準階段來完成的。關(guān)鍵點在于要獲得“有用的”皺紋，而非“無用的”皺紋。</p><p>　　2004年發(fā)表于Else

5、vier B.V</p><p>　　關(guān)鍵字：液壓成型法；空心元件；內(nèi)部高壓成形法</p><p><b>　　1. 引 言</b></p><p>　　管液壓成型法或內(nèi)部高壓成形法都是一種金屬成形工藝；在這種工藝過程中，通過施加內(nèi)壓力和橋方向的補澆使得管藉擴大成為預先設(shè)計的形狀[1]。在高于400MPa高壓和計算機控制的優(yōu)勢下，它已經(jīng)成為制造

6、各種不同的空心元件的強力的程序，尤其是汽車零配件方面[2,3]。與普通鍛件和焊接結(jié)構(gòu)相較，它明顯的優(yōu)勢是具有易延展斷面的輕量級元件能充分地壓制成形，從而有利于減少零配件的數(shù)目和重量，且剛性得到改良。</p><p>　　最大壓力為400MPa 的液壓成型法由哈爾濱技術(shù)協(xié)會(HIT)首先設(shè)計并制造成功。在程序原則上，這種研究已經(jīng)有過[4]，其中包括鋁合金零配件的液壓成型法[5]和管液壓成型法中的皺紋的控制[6]。哈

7、爾濱技術(shù)協(xié)會(HIT)對液壓成型法發(fā)動機器架的研究還在繼續(xù)。本文主要介紹了國內(nèi)管液壓成型法和潛在應用程序研究領(lǐng)域的一些新的成就。</p><p>　　2. 液壓成型法的成形設(shè)備</p><p>　　2000年由哈爾濱技術(shù)協(xié)會研制的液壓成形法成形設(shè)備如圖1所示。這是國內(nèi)的第一臺內(nèi)部設(shè)有高壓成形的液壓成形法成形設(shè)備。這臺液壓成形法成形設(shè)備主要的組成部分有：一個關(guān)閉鋼模的液壓機，兩個水平的圓柱體

8、，一個加壓系統(tǒng)，一個水力的傳動系統(tǒng)和一個計算器控制系統(tǒng)。成形機的主要參數(shù)有：最大壓力為 400MPa，關(guān)閉壓力為10,000 kN 和水平橋向力為1500 kN。</p><p>　　3. 圓截面空心元件的液壓成型法</p><p><b>　　3.1 瓶形零件</b></p><p>　　瓶形空心零件的尺寸如圖2所示。試驗所用材料是含碳量為0

9、.2﹪的低碳鋼。直徑(d)為40mm，厚度(t)為2.5mm的管件用于制造最大直徑(D)為68mm（對應展延比率(D/d0)為1.7）的零件。</p><p>　　因為展延比率很大，且所用鋼的伸長率大約為24%，所以具有合理形狀的用于壓制的材料片保持表面平滑和相同厚度尺寸是十分必要的。除了使用壓制的材料片，另一個可用的方法是通過形成皺紋使得材料在形變處聚積來實現(xiàn)。之后，皺紋被撫平，在校正階段通過增加內(nèi)壓力來進一步

10、成形。在這情況，被起皺的管能當做在盤記錄中用以壓制的小記錄材料片的一個實物被考慮。其關(guān)鍵是要獲得“有用的”皺紋，而非“無用的”皺紋。而該如何獲得有用的皺紋將會在以后的文章中被講述到。</p><p>　　具有有用皺紋的管件和在預先形成有用皺紋的基礎(chǔ)上制成的合格成品如圖3所示。工件縱方向的厚度分布狀況如表1所示，其測試點如圖3（c）所示。</p><p>　　由表1可知，最大厚度是左邊2.6

11、6mm的補給口區(qū)域(點1處)，其較最初厚度（2.57mm）的厚度增大率為3.58%；有一個稀薄的成形區(qū)域，其最小厚度為1.92mm(點12處)，也就是說最大減薄率為25.5%。</p><p>　　3.2 不銹鋼接合管</p><p>　　圖4為一個由液壓成型法制成的亞米茄形聯(lián)合管。管件材料為不銹鋼SUS304。原始管件是外徑(d0)為Ø161mm，厚度(t0)為1.5mm的激光

12、對接管件。所用肋管的最大直徑是190mm。由于管件的比率(d0/t0)為107，管件很薄，所以使得完成管件最后的封閉工序十分困難。工藝的另一個難點是在工藝過程中容易發(fā)生折疊（如圖 4(b）所示），這主要是因為從擴大的肋管到補給口之間的直徑變化沒有過渡區(qū)域存在。然而，如果使用恰當?shù)匿撃＝Y(jié)構(gòu)，則可以成產(chǎn)出不存在折疊的合格零件。從圖4(c)可以得知，它的最小厚度為1.308mm，在擴大肋中間點（點F處）的厚度減薄率為12.8%，同時在半徑和擴

13、大的肋之間的轉(zhuǎn)移點 （點 E處和點G處）也變得稀薄。</p><p>　　3.3 鋁合金過渡管</p><p>　　圖5是過渡接不同直徑的兩個管用的聯(lián)合管。其管件材料是95% Al 和 2.21%Mg的鋁合金。該種鋁合金的伸長率為18% ，且它的可模鍛性能比較差。其較小端的外徑與最初管件直徑相同，為Ø65mm；而較粗端的外徑為Ø88mm。其伸長率大約是管材伸長率的兩倍，

14、為35%。其中，起皺的管狀被用于制造這種零件，就像是在盤記錄中用以壓制的小記錄材料片一樣。在較大端的最小厚度為1.32mm（原始厚度為1.5mm），也就是說其厚度減小率為12%。</p><p>　　4. 汽車零件的液壓成型法</p><p><b>　　4.1 底板零件</b></p><p>　　底板零件在汽車中的應用如圖6所示。從一端到另

15、一端，有三典型截面。使這根據(jù)傳統(tǒng)的沖件程序分開需要九個階段。用液壓成形法成形，只有三個階段是必需的，就是彎曲→ 液壓成型法→ 結(jié)束切斷。一個標稱直徑為Ø70mm（實際直徑為Ø70.1mm），標稱厚度為4mm（實際厚度為3.99mm）的管材用于制造這種底板零件。</p><p>　　對于截面A–A的直徑和厚度測量數(shù)值分別如表2和表3所示，但是由于文章篇幅方面的限制，所以沒有呈現(xiàn)出其他的截面相應的

16、尺寸。其中，厚度的測量位置如圖6所示。</p><p>　　如果截面A–A的尺寸能滿足設(shè)計要求，則截面B–B和截面C–C也同樣能滿足設(shè)計要求。</p><p>　　由表3可知，在截面A–A的圓周方向?qū)⒆兊酶?，且其最小厚度?.47mm（點14處）。也就是說，其厚度減薄率為13%。除了在半徑半徑周圍的點以外，在其他點處厚度要較3.60mm大，也就是說其減薄率少于 10%。對截面B－B而言，

17、其最小的厚度是3.53mm，也就是其減薄率為11.5%。對截面C－C而言，其最小的厚度是3.68mm，也就是說其減薄率為7.8%。</p><p><b>　　4.2 轉(zhuǎn)臂零件</b></p><p>　　旋轉(zhuǎn)臂零件在汽車上的應用如圖7所示。這種零件成形的難點是截面A–A和截面B－B之間存在較大的尺寸差別：截面A–A的尺寸是124.82mm，截面B－B的尺寸是218.

18、27mm（其約為截面A–A尺寸的1.75倍）。零件不能不經(jīng)預處理而直接從簡單的管材制造成形。圖7(b)為通過使用如圖 3(b)所示的瓶形的部分成功成形的零件。</p><p><b>　　5. 結(jié) 論</b></p><p>　　具有復雜的橫截面的空心元件廣泛應用于航空器、宇航和汽車工業(yè)。與傳統(tǒng)的沖壓工藝相比較，由液壓成形法壓制成形的空心元件的顯著優(yōu)勢就是具有易延展斷

19、面的輕量級元件能充分地壓制成形，從而有利于減少零配件的數(shù)目和重量，且剛性得到改良。</p><p>　　因為零件需要很大的延展比率，或是具有低的成形性的材料,如鋁合金和布滿皺紋的管狀材料可以用作空心工件的成形。通過這種方法，材料首先積蓄于皺紋形成周圍的伸展區(qū)域，然后表面皺紋的校平主要通過增加內(nèi)部壓力校準階段來完成的。關(guān)鍵點在于要獲得“有用的”皺紋，而非“無用的”皺紋。</p><p>&l

20、t;b>　　至 謝</b></p><p>　　本文的寫作得到了中國自然科學基金（編號為59975021）和中國第一汽車規(guī)劃的大力支持，作者在此表示誠摯的感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] F. Dohmann, Ch. Hartl, Tube hydroforming—resea

21、rch and practical</p><p>　　application, J. Mater. Process. Technol. 71 (1997) 174–186.</p><p>　　[2] M. Koc, T. Altan, An overall review of the tube hydroforming (THF)</p><p>　　techn

22、ology, J. Mater. Process. Technol. 108 (2001) 384–393.</p><p>　　[3] F. Vollertsen, T. Prange, M. Sander, Hydroforming: need, develop-</p><p>　　ments and perspectives, in: Proceedings of the Sixt

23、h International</p><p>　　Conference on Technology of Plasticity, Nuremberg, Germany, 1999,</p><p>　　pp. 1197–1209.</p><p>　　[4] S.J. Yuan, X.S. Wang, Fundamentals and application of

24、 tube hydro-</p><p>　　forming, Chin. J. Mech. Eng. 38 (2002) 12–25 (in Chinese).</p><p>　　[5] S.J. Yuan, L. Lang, X. Wang, Z.R. Wang, Experimental and numer-</p><p>　　ical simulatio

25、n of aluminum tube hydroforming, in: Proceedings of</p><p>　　the Second International Conference on Hydroforming, Fellbach, Ger-</p><p>　　many, November 6–7, 2001, pp. 339–347.</p><p&

26、gt;　　[6] S.J. Yuan, X.S. Wang, G. Liu, L.H. Lang, Z.R. Wang, Research on</p><p>　　hydroforming of tubular components with changeable cross-sections,</p><p>　　in: Proceedings of the Seventh Inter