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塑性工程学报:内高压成形寻优控制

2023-04-11
摘要:我国虽然在内高压成形技术方面起步较晚,但近年来在节能减排、环保低碳的大背景下,装备轻量化成为发展趋势。本文对原有的压力机进行技术改造,研制了一台小型的内高压成形试验机,用于深入开展内高压成形工艺的教学与科研工作。

  【作 者】苏海龙;骆宗安;冯莹莹

  内高压成形技术是一种空心结构件的先进成形技术,其适用于对表面质量要求较高的空心结构件,既能减轻质量、节约成本,又能充分利用材料的强度和刚度,以满足汽车、航空和航天等载具结构轻量化的需求[1],被广泛应用于工业生产中。内高压成形方法是将油液 ( 或气体) 介质通入管材,对管材腔内介质施加高压(压力通常为 100 ~ 400 MPa,或更高) ,同时对管材的轴向施加外推力,在介质传递的内压力、轴向力的外推和径向力保护的作用下,使管材发生塑性变形并逐渐与模具贴合,最终获得与模具形状吻合的空心结构件[2]。

  内高压成形件以封闭截面零件取代焊接件,具有质量轻、抗疲劳性能好以及强度、刚度优异等特点,与冲焊工艺相比,内高压成形减少了零件及模具的数量,为后续加工及组装焊接带来方便,提高了工作效率,降低了生产成本[3]。

  内高压成形机是实现内高压成形工艺的塑性加工设备[4 - 5],欧洲国家在内高压成技术方面起步较早,其中德国在 20 世纪 80 年代初就开始了液压胀形技术的理论及工艺研究,并将这一技术最早应用在汽车制造部分结构件中。我国虽然在内高压成形技术方面起步较晚,但近年来在节能减排、环保低碳的大背景下,装备轻量化成为发展趋势。国内的一些高校、研究所及企业都积极地开展内高压成形技术方面的研究,并取得了较好的成绩,以哈尔滨工业大学为代表的高校自主研发的内高压成形装备、工艺和模具技术已经在多个自主品牌轿车和国际品牌轿车中得到应用,国内企业也生产出了多个型号的大吨位内高压成形设备。本文对原有的压力机进行技术改造,研制了一台小型的内高压成形试验机,用于深入开展内高压成形工艺的教学与科研工作。

  【结 论】

  (1)通过有限元模拟获得了内高压成形过程重要控制参数(胀形压力、轴向进给和背向位移)的最优加载路径。

  (2)实现了控制模式优化,采用位置闭环和压力闭环协调控制的方法,保证了轴向进给和背向位移的最优加载路径控制,同时确保了胀形压力的平稳加载。

  (3)采用最优加载路径和优化控制模式,针对304 奥氏体不锈钢管材进行了胀形试验,获得了良好的胀形效果,与模拟结果相比壁厚误差在±5%之内。

  以下是正文:

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标签: 内高压成形