在航空、航天和汽車工業等領域,結構輕量化是人們長期追求的 目標,也是先進制造技術的發展趨勢之一。在此背景下,一種基于輕量化和一體化特征開發的管材液壓脹形技術得到了迅速發展,并成 為國內外眾多學者研究的熱點。根據金屬薄壁管液壓脹形技術的迫切需求,結合國內管材液壓脹形技術發展的現狀,采用理論分析、試驗研究以及數值模擬等研究方法,對金屬薄壁管液壓脹形技術的基礎領域進行了研究,主要成果包括以下方面 ：
一、提出了金屬薄壁管沖擊液壓脹形新方法
在液壓脹形和 沖壓成形的基礎上,提出了一種新的復合成形方法—沖擊液壓脹形,由于沖擊液壓脹形技術無需貴重的專用設備和模具,也不需 要復雜的外部供液和控制系統,在普通壓力機上即可實現復雜截 面形狀管材的成形,因此該方法具有生產成本低、成形效率高等優點,是一項極具發展潛力的先進、實用的成形技術。
為了深入分析 沖擊液壓脹形的成形機理,根據金屬薄壁管沖擊液壓脹形過程中管坯型腔體積改變量和液體壓縮而產生的內壓間的關系,計算出 了不同模具作用下內壓的極值;并完成了對沖擊液壓脹形過程中金屬薄壁管密封與預緊、合模啟動、合模沖壓及整形填充狀態下力學關系的分析 。
二、構建了基于真實應力下數字散斑相關法的管材塑性本構關系
通過對現有金屬薄壁管本構關系構建方法的研究與分析,結合液壓脹形的成形特點,提出了基于數字散斑相關法的在線、全場、非接觸式的新型塑性本構關系。為了構建該方法的塑性本構關系,基于薄膜理論、力學基礎、塑性理論等對金屬薄壁管液壓脹形過程中的應力應變狀態進行了分析,獲取了關于脹形參數的軸向和周向應力關系表達式,利用 Von-Mises屈服準則獲得了等效應力、等效應變關系式。
同時,為實現對單根管坯進行在線、全場、非接觸式數據采集設計了一套操作便捷、結構簡單的試驗裝置。在對七組不同內壓下的管坯進行自由脹形試驗過程中,利用三維數字散斑動態應變測量分析系統試驗數據重構金屬薄壁管脹形三維輪廓圖,獲取管坯的脹形輪廓母線方程、應力應變、等效應力與等效應變值,運用 MATLAB最小二乘法擬合出了基于數字散斑相關法構建的塑性本構關系,并且和試驗法具有較好的一致性。
三、開展了金屬薄壁管沖擊液壓脹形數值模擬的研究
根據沖擊液壓脹形的成形特點,結合當前管材液壓脹形數值模擬的主流技 術,提出了金屬薄壁管沖擊液壓脹形瞬態動力學數值模擬( ANSYS WORKBENCH)和成形過程數值模擬( DYNAFORM)相結合的模擬方法。
通過 ANSYS WORKBENCH的模擬揭示了金屬薄壁管沖擊液壓脹形內壓產生的機理及影響因素,并將模擬所得的最大內壓與理論結果進行比較和修正。利用 ANSYS WORKBENCH獲取的管坯型腔內壓進行不同合模速度下 DYNAFORM成形模擬研究,分析了不同合模速度對金屬薄壁管脹形高度、圓角填充半徑和壁厚分布 的影響,為沖擊液壓脹形技術的開展補充了理論基礎
四、進行了金屬薄壁管沖擊液壓脹形試驗
利用自行開發設計的沖擊液壓脹形裝置在四柱快速拉伸油壓機上進行脹形試驗,得到了不同合模速度下兩套模具的沖擊液壓脹形件,將試驗所得的金屬薄壁管脹形高度、圓角填充半徑和壁厚分布與模擬結果進行分析比較發現兩者具有較好的一致性,符合沖擊液壓脹形要求 。
綜上所述,金屬薄壁管沖擊液壓脹形作為一種新型復合成形技術,在簡化成形過程、提高成形效率、降低脹形成本等方面具有獨特的優勢,通過對金屬薄壁管沖擊液壓脹形關鍵技術的理論分析數值模擬和試驗的研究,揭示了金屬薄壁管在沖擊液壓載荷作用下的成形機理與變形規律,這將為金屬薄壁管沖擊液壓成形技術提供理論基礎,為沖擊液壓成形技術的應用提供科學依據和技術支撐。
【興迪源機械液壓成形設備優勢
興迪源機械嚴格按照ISO國際標準質量管理體系和5S管理標準進行質量監控和內部管理。建立有 “河南省流體壓力成形智能裝備工程技術研究中心”，核心團隊由數10名博士、碩士和各高等院校金屬成形專家教授組成，專注于液壓成形核心技術和產品工藝研發。
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部分文段和圖片摘自：
《金屬薄壁管沖擊液壓脹形技術》
作者：劉建偉
由興迪源機械編輯
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