北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)：薄壁管軸壓脹形關(guān)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(wèn)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(jìn)行成形的方法，屬于軟模成形工藝，具有柔性成形的特點(diǎn)[1,2]。隨著計(jì)算機(jī)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(jìn)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(dá)200一1000 MPa。近年來(lái)在汽車(chē)、航空、航天等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。
管材軸壓脹形((tube hydro forming with axial feeding)是將直管或預(yù)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(guò)程，其原理如圖1所示通過(guò)建立內(nèi)壓和軸壓力的合理匹配關(guān)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(biāo)，也是獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的關(guān)鍵[5,6]。
我國(guó)在管材軸壓脹形方面的研究和應(yīng)用成果都有限在德、美、日3個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，雖然已有不少大型的管材軸壓脹形生產(chǎn)線(xiàn)，但仍然需要采用大量的工藝試驗(yàn)來(lái)摸索最佳工藝曲線(xiàn)和成形加載方法，效費(fèi)比低下，在很大程度上阻礙了此項(xiàng)技術(shù)的推廣與發(fā)展[7~9]。
以往文獻(xiàn)中關(guān)于管材拉伸一脹形的分析較多為揭示管材軸壓脹形的機(jī)理并確定關(guān)鍵工藝參數(shù)的合理取值范圍，本文以軸對(duì)稱(chēng)件脹形為對(duì)象，對(duì)管材軸壓脹形中載荷的計(jì)算方法及成形極限進(jìn)行了研究，以期為零件及其成形工藝設(shè)計(jì)提供基本的技術(shù)手段。
【結(jié) 論】
以上理論分析、有限元計(jì)算和利用粘性介質(zhì)對(duì)管材進(jìn)行軸壓脹形載荷和成形極限的實(shí)驗(yàn)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(duì)稱(chēng)件軸壓脹形加載函數(shù)的設(shè)計(jì)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(lái)控制送料量D，可使軸壓脹形的加載控制簡(jiǎn)化而可靠;③脹形應(yīng)力比理想取值范圍為-1<α<0. 5.在達(dá)、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(xì)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(duì)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：
