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北京航空航天大学学报:薄壁管轴压胀形关键工艺参数及成形极限

2023-04-10

【作 者】李新军;周贤宾;郎利辉

【问题的提出】

管材胀形(tube hydro forming)是利用柔性成形介质直接作用于管坯内部进行成形的方法,属于软模成形工艺,具有柔性成形的特点[1,2]。随着计算机控制技术和超高压流体技术的发展,已经成为加工空心轻体件的先进工艺方法与板材和壳体液压成形相比,管材胀形使用的压力更高[3,4],一般达200一1000 MPa。近年来在汽车、航空、航天等工业中得到广泛的应用。

管材轴压胀形((tube hydro forming with axial feeding)是将直管或预变形的管坯两端密封,放入闭合的模具型腔内,在内压力和两端轴向压力的共同作用下使管坯成形为模具型腔形状的过程,其原理如图1所示通过建立内压和轴压力的合理匹配关系,探寻适合于具体零件的“最优加载路径”,使管材壁厚尽量均匀或获得更大的胀形比是研究界和工业界共同追求的目标,也是获得优质产品的关键[5,6]。

我国在管材轴压胀形方面的研究和应用成果都有限在德、美、日3个工业发达的国家,虽然已有不少大型的管材轴压胀形生产线,但仍然需要采用大量的工艺试验来摸索最佳工艺曲线和成形加载方法,效费比低下,在很大程度上阻碍了此项技术的推广与发展[7~9]。

以往文献中关于管材拉伸一胀形的分析较多为揭示管材轴压胀形的机理并确定关键工艺参数的合理取值范围,本文以轴对称件胀形为对象,对管材轴压胀形中载荷的计算方法及成形极限进行了研究,以期为零件及其成形工艺设计提供基本的技术手段。

【结 论】

以上理论分析、有限元计算和利用粘性介质对管材进行轴压胀形载荷和成形极限的实验研究结果吻合,得出如下结论:①所建立的胀形内压上限Pmax和下限Pmin区间,可以作为轴对称件轴压胀形加载函数的设计依据;②采用送料速度V或者位移D与内压匹配,建立D-p或V-p函数来控制送料量D,可使轴压胀形的加载控制简化而可靠;③胀形应力比理想取值范围为-1<α<0. 5.在达、到α=0. 5的变形情况下,继续变形将出现明显的局部细颈甚至破裂,以此可近似判断零件的基本可成形性;④在轴压胀形的初始阶段,轴向压力对提高胀形极限有明显效果,在胀形后续阶段,轴压的作用将明显降低。

以下是正文:

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