机械设计与制造:汽车驱动桥壳液压胀形试验的失效研究
2023-02-02【作 者】程文冬;王连东
【前 言】
液压胀形是以管材作坯料,通过管材内部施加超高压液体(水、乳化液或油)和轴向进给补料把管坯压入到模具型腔使其产生环向扩张并贴模成形[1,2]。
管件的液压胀形适用于制造航空、航天和汽车领域的各种异形的空心构件。液压胀形是实现零部件轻量化的重要新工艺之一,该技术可以很大程度上替代冲压焊接方法,材料利用率高,制件壁厚分布合理,强度、刚度高,重量轻[3]。
管件在液压胀形时管壁减薄快,容易胀裂,因此采用复合液压胀形。通常是在管件内部施加液体压力,同时在轴的两端进行轴向压缩使管壁金属材料及时补充到胀形减薄区域,使管件顺利成形。影响壳体液压成形的因素比较多,如材料性能、轴向压缩量、胀形内压力、管件与模具的摩擦等因素,其中轴向压缩量△和胀形内压力P的参数匹配是决定管件成形的关键。
如图1所示,管件轴向压缩复合胀形的机理。当施加的轴向压力足够大时,胀形区母线方向的拉应力变为压应力,成为一拉一压的平面应力状态。变形也由两向拉伸、一向压缩应变状态变为一向拉伸、两向压缩的应变状态,有利于材料的塑性变形,不仅可减少胀形区材料的变薄量,使胀形区壁厚较均匀,而且可显著提高胀形极限变形程度。
管件的液压胀形可能产生两种主要的失效形式:当胀形压力相对轴向压缩过大或增加过快,管件会发生破裂,反之管件容易起皱,如图2所示。确定轴向压缩量△和胀形压力尸合理的匹配关系可以达到两个目的:(1)避免管件破裂与起皱等失效形式的出现;(2)实现管件的壁厚分布均匀、合理[4]。
本文在普通液压机上对无缝钢管进行液压胀形,通过不同的胀形方案对管件进行胀裂、起皱等失效试验并进行分析,探寻管件液压胀形的成形规律,为理论研究及工程应用提供依据。
【结 论】
管件胀形主要存在两种失效形式:胀裂和起皱。轴向压缩量和胀形内压力的参数匹配是决定管件成形的关键。
(1)根据胀裂的实验数据绘制出胀形极限图,得到管件胀裂的临界区域。如果管件变形时胀形系数k:与轴向应变的组合位于临界区之上,则管件破裂。
(2)根据胀形极限图得到管件胀形系数和轴向应变之间存在线性比例关系,揭示了材料的固有属性(延伸率)与外界加载条件对管件成形共同起着决定性作用,能够为理论研究及工程应用提供依据。
( 3)起皱试验表明了管件胀形过程中的起皱行为可分为有益皱纹和有害皱纹。有益皱纹可以为进一步成形聚集适量材料,能够作为一种预成形方法扩大管件的成形范围。
以下是正文: