北京航空航天大學學報：薄壁管軸壓脹形關鍵工藝參數(shù)及成形極限
2023-04-10【作 者】李新軍;周賢賓;郎利輝
【問題的提出】
管材脹形(tube hydro forming)是利用柔性成形介質(zhì)直接作用于管坯內(nèi)部進行成形的方法，屬于軟模成形工藝，具有柔性成形的特點[1,2]。隨著計算機控制技術(shù)和超高壓流體技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)成為加工空心輕體件的先進工藝方法與板材和殼體液壓成形相比，管材脹形使用的壓力更高[3,4]，一般達200一1000 MPa。近年來在汽車、航空、航天等工業(yè)中得到廣泛的應用。
管材軸壓脹形((tube hydro forming with axial feeding)是將直管或預變形的管坯兩端密封，放入閉合的模具型腔內(nèi)，在內(nèi)壓力和兩端軸向壓力的共同作用下使管坯成形為模具型腔形狀的過程，其原理如圖1所示通過建立內(nèi)壓和軸壓力的合理匹配關系，探尋適合于具體零件的“最優(yōu)加載路徑”，使管材壁厚盡量均勻或獲得更大的脹形比是研究界和工業(yè)界共同追求的目標，也是獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的關鍵[5,6]。
我國在管材軸壓脹形方面的研究和應用成果都有限在德、美、日3個工業(yè)發(fā)達的國家，雖然已有不少大型的管材軸壓脹形生產(chǎn)線，但仍然需要采用大量的工藝試驗來摸索最佳工藝曲線和成形加載方法，效費比低下，在很大程度上阻礙了此項技術(shù)的推廣與發(fā)展[7~9]。
以往文獻中關于管材拉伸一脹形的分析較多為揭示管材軸壓脹形的機理并確定關鍵工藝參數(shù)的合理取值范圍，本文以軸對稱件脹形為對象，對管材軸壓脹形中載荷的計算方法及成形極限進行了研究，以期為零件及其成形工藝設計提供基本的技術(shù)手段。
【結(jié) 論】
以上理論分析、有限元計算和利用粘性介質(zhì)對管材進行軸壓脹形載荷和成形極限的實驗研究結(jié)果吻合，得出如下結(jié)論:①所建立的脹形內(nèi)壓上限Pmax和下限Pmin區(qū)間，可以作為軸對稱件軸壓脹形加載函數(shù)的設計依據(jù);②采用送料速度V或者位移D與內(nèi)壓匹配，建立D-p或V-p函數(shù)來控制送料量D，可使軸壓脹形的加載控制簡化而可靠;③脹形應力比理想取值范圍為-1<α<0. 5.在達、到α=0. 5的變形情況下，繼續(xù)變形將出現(xiàn)明顯的局部細頸甚至破裂，以此可近似判斷零件的基本可成形性;④在軸壓脹形的初始階段，軸向壓力對提高脹形極限有明顯效果，在脹形后續(xù)階段，軸壓的作用將明顯降低。
以下是正文：
