機械設計與制造：汽車驅動橋殼液壓脹形試驗的失效研究
2023-02-02【作 者】程文冬;王連東
【前 言】
液壓脹形是以管材作坯料，通過管材內部施加超高壓液體(水、乳化液或油)和軸向進給補料把管坯壓入到模具型腔使其產生環(huán)向擴張并貼模成形[1,2]。
管件的液壓脹形適用于制造航空、航天和汽車領域的各種異形的空心構件。液壓脹形是實現零部件輕量化的重要新工藝之一，該技術可以很大程度上替代沖壓焊接方法，材料利用率高，制件壁厚分布合理，強度、剛度高，重量輕[3]。
管件在液壓脹形時管壁減薄快，容易脹裂，因此采用復合液壓脹形。通常是在管件內部施加液體壓力，同時在軸的兩端進行軸向壓縮使管壁金屬材料及時補充到脹形減薄區(qū)域，使管件順利成形。影響殼體液壓成形的因素比較多，如材料性能、軸向壓縮量、脹形內壓力、管件與模具的摩擦等因素，其中軸向壓縮量△和脹形內壓力P的參數匹配是決定管件成形的關鍵。
如圖1所示，管件軸向壓縮復合脹形的機理。當施加的軸向壓力足夠大時，脹形區(qū)母線方向的拉應力變?yōu)閴簯Γ蔀橐焕粔旱钠矫鎽顟B(tài)。變形也由兩向拉伸、一向壓縮應變狀態(tài)變?yōu)橐幌蚶臁上驂嚎s的應變狀態(tài)，有利于材料的塑性變形，不僅可減少脹形區(qū)材料的變薄量，使脹形區(qū)壁厚較均勻，而且可顯著提高脹形極限變形程度。
管件的液壓脹形可能產生兩種主要的失效形式:當脹形壓力相對軸向壓縮過大或增加過快，管件會發(fā)生破裂，反之管件容易起皺，如圖2所示。確定軸向壓縮量△和脹形壓力尸合理的匹配關系可以達到兩個目的:(1)避免管件破裂與起皺等失效形式的出現;(2)實現管件的壁厚分布均勻、合理[4]。
本文在普通液壓機上對無縫鋼管進行液壓脹形，通過不同的脹形方案對管件進行脹裂、起皺等失效試驗并進行分析，探尋管件液壓脹形的成形規(guī)律，為理論研究及工程應用提供依據。
【結 論】
管件脹形主要存在兩種失效形式:脹裂和起皺。軸向壓縮量和脹形內壓力的參數匹配是決定管件成形的關鍵。
(1)根據脹裂的實驗數據繪制出脹形極限圖，得到管件脹裂的臨界區(qū)域。如果管件變形時脹形系數k:與軸向應變的組合位于臨界區(qū)之上，則管件破裂。
(2)根據脹形極限圖得到管件脹形系數和軸向應變之間存在線性比例關系，揭示了材料的固有屬性(延伸率)與外界加載條件對管件成形共同起著決定性作用，能夠為理論研究及工程應用提供依據。
( 3)起皺試驗表明了管件脹形過程中的起皺行為可分為有益皺紋和有害皺紋。有益皺紋可以為進一步成形聚集適量材料，能夠作為一種預成形方法擴大管件的成形范圍。
以下是正文：
