佛山兴迪源机械资讯详情

航空制造技术:管材轴向压力内高压胀形数值分析及验证

2022-03-11

【作 者】董楹;黑东盛;白艳

内高压胀形工艺使金属毛坯或成形件的局部区域产生变形,通过表面积增大而获得有凸出形状零件的冲压加工方式。这类成形的主要优势在于可以获得表面质量好,回弹变形小,相对结构重量较轻,高精度的零件。

从 20 世纪 70 年代末德国开始内高压成形的基础研究 ,90 年代初德国、美国汽车公司开始在多个车型上应用了内高压成形的零件,目前该成形技术已广泛应用于汽车、航空等机械制造领域的实际生产中 [2-4]。Tseng 等 [3] 通过数值仿真

模拟了板材液压成形过程中各因素(包括施加力、摩擦力、背压情况、毛坯尺寸等)对成形过程的影响,并进行了试验对比,仿真结果与试验结果相吻合。Chen 等 [4] 利用数值分析理论对管材内高压成形的褶皱形成原理及影响因素进行了研究,并将研究结果应用于模具设计及管材内高压成形工艺中。国内,从 21 世纪初开始内高压成形的研究,但受设备的限制,大多只进行数值分析和成形机理方面的研究 [5-11]。初冠南等 [5] 利用力学分析及数值仿真对薄壁高筋简形件内高压成形的可行性进行了理论分析,研究了成形规律并为工艺设计奠定了理论基础。郎利辉等 [6,12]利用薄膜理论与塑性理论相结合,建立了弯曲异形复杂管材的理论模型,通过模拟仿真与试验对比得出了异性复杂管材在自由胀形过程中的破裂位置变化规律,通过对管材自由胀形分析以及材料性能测试为工艺设计提供了可信的材料参数。高振莉等 [7] 利用数值模拟与试验结合的方法,分析研究了管材液压成形过程,研究了褶皱及破裂两种失效模式,分析了压力对成形过程的影响。Guo等 [8] 对基于 M-K 理论的管材自由胀形进行了研究分析,建立了连续性方程,并对数值仿真及试验结果进行了对比,证实了 Oyane 韧性断裂准则的准确性。随着相关院校、实验室及企业单位对内高压成形研究的深入,近些年该项成形技术的进步突飞猛进,已被广泛应用于汽车领域,在航空、航天领域也获得实际应用 [8]。此外,内高压胀形技术虽在管材、板料成形过程中与其他钣金成形方法相比优势非常突出,由于专用设备价格昂贵,成形影响因素较多,工艺复杂,在我国航空制造领域应用情况仍处于起步阶段。

本文以航空用某卡箍类零件为例,对影响内高压胀形工艺的轴向材料补偿量、内压力、加载路径等因素进行了深入研究,提出了一套简单易行的管材轴向压力内高压胀形工艺装置 , 依托传统液压设备即可实现零件成形。

【结 论】

(1)在管材承受径向压力的同时,对其施加一定的轴向压力,使更多的材料参与零件成形,从而提高材料的胀形能力,降低材料成形区域的减薄量。

(2)在本文所述的径向压力加载路径下,轴向材料补偿量和加载时间的关系直接影响着胀形效果。可以根据体积不变原理,初步估算所需要材料补偿量,在此基础上逐步加大,并在径向压力加载前期完成材料补入,可以获得较好胀形效果。

(3)本文所提供的工装结构,只需要配备传统压力装置,便可以实现管材轴向压力内高压胀形。在不具备专业内高压成形设备资源条件下,成形类似零件,可以借鉴本文所提供的方法。

以下是正文:

标签:
18923114077(微信同号)