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金属薄壁管液压胀形技术的基础领域研究成果
2019-10-10
摘要:在航空、航天和汽车工业等领域,结构轻量化是人们长期追求的目标,也是先进制造技术的发展趋势之一。在此背景下,一种基于轻量化和一体化特征开发的管材液压胀形技术得到了迅速发展,本文兴迪源机械带来金属薄壁管液压胀形技术的基础领域主要研究成果。

  在航空、航天和汽车工业等领域,结构轻量化是人们长期追求的 目标,也是先进制造技术的发展趋势之一。在此背景下,一种基于轻量化和一体化特征开发的管材液压胀形技术得到了迅速发展,并成 为国内外众多学者研究的热点。根据金属薄壁管液压胀形技术的迫切需求,结合国内管材液压胀形技术发展的现状,采用理论分析、试验研究以及数值模拟等研究方法,对金属薄壁管液压胀形技术的基础领域进行了研究,主要成果包括以下方面 :

  一、提出了金属薄壁管冲击液压胀形新方法

  在液压胀形和 冲压成形的基础上,提出了一种新的复合成形方法—冲击液压胀形,由于冲击液压胀形技术无需贵重的专用设备和模具,也不需 要复杂的外部供液和控制系统,在普通压力机上即可实现复杂截 面形状管材的成形,因此该方法具有生产成本低、成形效率高等优点,是一项极具发展潜力的先进、实用的成形技术。

  为了深入分析 冲击液压胀形的成形机理,根据金属薄壁管冲击液压胀形过程中管坯型腔体积改变量和液体压缩而产生的内压间的关系,计算出 了不同模具作用下内压的极值;并完成了对冲击液压胀形过程中金属薄壁管密封与预紧、合模启动、合模冲压及整形填充状态下力学关系的分析 。

  二、构建了基于真实应力下数字散斑相关法的管材塑性本构关系

  通过对现有金属薄壁管本构关系构建方法的研究与分析,结合液压胀形的成形特点,提出了基于数字散斑相关法的在线、全场、非接触式的新型塑性本构关系。为了构建该方法的塑性本构关系,基于薄膜理论、力学基础、塑性理论等对金属薄壁管液压胀形过程中的应力应变状态进行了分析,获取了关于胀形参数的轴向和周向应力关系表达式,利用 Von-Mises屈服准则获得了等效应力、等效应变关系式。

  同时,为实现对单根管坯进行在线、全场、非接触式数据采集设计了一套操作便捷、结构简单的试验装置。在对七组不同内压下的管坯进行自由胀形试验过程中,利用三维数字散斑动态应变测量分析系统试验数据重构金属薄壁管胀形三维轮廓图,获取管坯的胀形轮廓母线方程、应力应变、等效应力与等效应变值,运用 MATLAB最小二乘法拟合出了基于数字散斑相关法构建的塑性本构关系,并且和试验法具有较好的一致性。

  三、开展了金属薄壁管冲击液压胀形数值模拟的研究

  根据冲击液压胀形的成形特点,结合当前管材液压胀形数值模拟的主流技 术,提出了金属薄壁管冲击液压胀形瞬态动力学数值模拟( ANSYS WORKBENCH)和成形过程数值模拟( DYNAFORM)相结合的模拟方法。

  通过 ANSYS WORKBENCH的模拟揭示了金属薄壁管冲击液压胀形内压产生的机理及影响因素,并将模拟所得的最大内压与理论结果进行比较和修正。利用 ANSYS WORKBENCH获取的管坯型腔内压进行不同合模速度下 DYNAFORM成形模拟研究,分析了不同合模速度对金属薄壁管胀形高度、圆角填充半径和壁厚分布 的影响,为冲击液压胀形技术的开展补充了理论基础

  四、进行了金属薄壁管冲击液压胀形试验

  利用自行开发设计的冲击液压胀形装置在四柱快速拉伸油压机上进行胀形试验,得到了不同合模速度下两套模具的冲击液压胀形件,将试验所得的金属薄壁管胀形高度、圆角填充半径和壁厚分布与模拟结果进行分析比较发现两者具有较好的一致性,符合冲击液压胀形要求 。

  综上所述,金属薄壁管冲击液压胀形作为一种新型复合成形技术,在简化成形过程、提高成形效率、降低胀形成本等方面具有独特的优势,通过对金属薄壁管冲击液压胀形关键技术的理论分析数值模拟和试验的研究,揭示了金属薄壁管在冲击液压载荷作用下的成形机理与变形规律,这将为金属薄壁管冲击液压成形技术提供理论基础,为冲击液压成形技术的应用提供科学依据和技术支撑。

  【兴迪源机械液压成形设备优势】

  兴迪源机械严格按照ISO国际标准质量管理体系和5S管理标准进行质量监控和内部管理。建立有 “河南省流体压力成形智能装备工程技术研究中心”,核心团队由数10名博士、硕士和各高等院校金属成形专家教授组成,专注于液压成形核心技术和产品工艺研发。

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  兴迪源机械经过十数年的生产和不断地创新研发,已获得发明专利和实用新型专利超过二十项,并以每年2~4项的新增速度不断增加。其中自主研发了“一种榫式结构大型液压机机架”用于大型液压机机架的设计制造;俗称“板材充液成形设备”也是由本兴迪源机械自主研发的国际首台产品,并获得了发明专利和实用新型专利。

  部分文段和图片摘自:

  《金属薄壁管冲击液压胀形技术》

  作者:刘建伟

  由兴迪源机械编辑

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