機(jī)械設(shè)計(jì)與研究：基于液壓脹形的直焊縫管力學(xué)性能測(cè)試方法
2023-03-30【作 者】許長(zhǎng)寶;趙亦希;陳新平;陳慶欣;徐祥合;王武榮
【前 言】
管件液壓脹形是通過(guò)內(nèi)部加壓和軸向加力補(bǔ)料使管坯外壁與模具型腔內(nèi)表面完全貼合的過(guò)程，采用液壓脹形技術(shù)所制造的汽車零件具有質(zhì)輕、剛 度 和強(qiáng)度高、耐撞性好等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)在汽車工業(yè)界中主要應(yīng)用與副車架、車頂縱梁、保險(xiǎn)杠等梁類零件的加工［1 － 3］。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，與 無(wú) 縫 管 相比，焊管具有成本低、壁厚均勻等優(yōu)點(diǎn)，已成為液壓脹形產(chǎn)品的主要原材料［4］。管材的材料性能是液壓脹形產(chǎn)品選材、有限元仿真及工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。目前，在管件液壓成形數(shù)值模擬和工藝設(shè)計(jì)中所使用的材料性能大多為通過(guò)對(duì)應(yīng)板材標(biāo)準(zhǔn)試樣的單向拉伸測(cè)量得到的［5］。由于焊管由板材經(jīng)過(guò)輥壓和焊接而成，在此過(guò)程中，材料性能發(fā)生很大變化，因而用板材材料性能來(lái)評(píng)價(jià)液壓脹形產(chǎn)品成形性能的精度大大下降，甚至?xí)绊懖牧线x擇及工藝設(shè)計(jì)的合理性。隨著液壓脹形技術(shù)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)如何準(zhǔn)確評(píng)價(jià)管材材料性能展開了研究。Pavlina 等［6］結(jié)合理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，建立了雙相鋼焊管應(yīng)力 － 應(yīng)變關(guān)系，但所用焊管經(jīng)過(guò)熱處理，使焊縫性能與母材性能相同，管材制造成本高;楊 連 發(fā) 等［7］通過(guò)直接對(duì)焊管切取標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行單向拉伸實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式分析了焊管的材料性能，但由于單向拉伸時(shí)的受力狀態(tài)和液壓脹形時(shí)的不同，用單向拉伸實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不能準(zhǔn)確的反應(yīng)脹形時(shí)材料的應(yīng)力 － 應(yīng)變關(guān) 系。評(píng)價(jià)焊管力學(xué)性能的方法需要進(jìn)一步研究改進(jìn)。
下面將通過(guò)理論分析，結(jié)合自由脹形，測(cè)試出焊管母材力學(xué)性能參數(shù);再結(jié)合文獻(xiàn)［8］中的方法，測(cè)試出焊縫、熱影響區(qū)的力學(xué)性能，并應(yīng)用于方形焊管液壓成形過(guò)程的數(shù)值模擬，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相吻合。
【結(jié) 論】
(1) 通過(guò)直縫焊管脹形受力分析，結(jié)合自由脹形實(shí)驗(yàn)，測(cè)試出母材力學(xué)性能參數(shù);結(jié)合單向拉伸和混合準(zhǔn)則法，可確定焊縫以及熱影響區(qū)材料的力學(xué)性能參數(shù)。
(2) 建立方形零件液壓脹形仿真模型，預(yù)測(cè)零件貼模量和厚度分布，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，證 實(shí) 了 該 焊 管脹形力學(xué)性能測(cè)試方法的正確性。
(3) 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，方形零件焊縫一側(cè)貼模量較大，表明焊接區(qū)和母材性能差異導(dǎo)致鄰近焊縫的母材變形量增大。
以下是正文：
