材料成型理論-內(nèi)高壓成形.doc

《材料成型理論-內(nèi)高壓成形.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、特種塑性成形一內(nèi)高壓成（塑性成形工藝大作業(yè)）1內(nèi)高壓成形工藝簡介及應(yīng)用實例11.1內(nèi)高壓成形技術(shù)11.2應(yīng)用實例2121汽車工業(yè)21.2.2航空航天32應(yīng)力、應(yīng)變特點及變形規(guī)律分析32」內(nèi)高壓成形工藝流程32.2應(yīng)力、應(yīng)變特點42.2.1充形階段52.2.2成形階段52.2.3整形階段62.3成形區(qū)間及加載路線63成形設(shè)備84常見缺陷形式及預(yù)防措施911410114.3.1彎曲管壁厚分布規(guī)律.….4.3.2過渡區(qū)開裂的應(yīng)力分析5內(nèi)高壓成形的特點126?研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及主要研究機構(gòu)136.1研究現(xiàn)狀136.2發(fā)展趨勢146.3國內(nèi)主要研究機構(gòu)14參考文獻151內(nèi)高壓成形工藝簡介及應(yīng)用

2、實例在節(jié)能減排的大形勢下，汽車和飛機等運輸工具結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計的概念應(yīng)運而生。實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化有兩條主要途徑，即材料和結(jié)構(gòu)途徑。材料途徑：采用鋁合金、鎂合金、鈦合金和復(fù)合材料等輕質(zhì)材料；結(jié)構(gòu)途徑：采用空心變截面、變厚度薄壁殼體、整體等結(jié)構(gòu)。根據(jù)統(tǒng)計，對于一定的減重冃標，在航天航空領(lǐng)域,采用輕質(zhì)材料減重的貢獻大約為2/3,結(jié)構(gòu)減重的貢獻大約為1/3；而在汽車領(lǐng)域,則主要采用結(jié)構(gòu)減重的途徑。然而，內(nèi)高壓成形是適應(yīng)結(jié)構(gòu)輕量化發(fā)展起來的一種先進制造技術(shù)。1.1內(nèi)高壓成形技術(shù)內(nèi)高壓成形（InternalHighPressureForming）是以管材作坯料，通過管材內(nèi)部施加高壓液體和軸向補料把管材壓

3、入到模具型腔使其成形為所需形狀的工件。由于使用乳化液（在水中添加少量的防腐劑等組成）作為水傳力介質(zhì)，又稱為管材液壓成形（TubeHydrofbrming）或水壓成形。按成形零件的種類，內(nèi)高壓成形分為三類：（1）變徑管內(nèi)高壓成形；（2）彎曲軸線構(gòu)件內(nèi)高壓成形；（3）多通管內(nèi)高壓成形。（1）變徑管內(nèi)高壓成形：變徑管是指管件中間一處或兒處的管徑或周長大于二端管徑。其中，如圖1.1所示的非對稱大截而差管件成形困難，通過軸向進給和內(nèi)壓匹配，以及貼模順序控制，實現(xiàn)截而差120%構(gòu)件內(nèi)高壓成形，突破100%膨脹率的極限值。圖1.1人膨脹率雙錐管件（2）彎曲軸線異型截面管件內(nèi)高壓成形：圖1.2所示管件

4、具有18個不同形狀和尺寸截面，軸線為三維曲線。圖1.2轎車副車架內(nèi)高壓件（3）多通管內(nèi)高壓成形：鋁合金薄壁整體三通管內(nèi)高壓成形，消除傳統(tǒng)工藝縱向焊縫，大幅提高構(gòu)件可靠性。1.2應(yīng)用實例1.2.1汽車工業(yè)徳國于20卅紀70年代末開始內(nèi)高壓液力成形基礎(chǔ)研究，并于90年代初率先開始在工業(yè)生產(chǎn)中采用內(nèi)高壓成形技術(shù)制造汽車輕體構(gòu)件。冃前在汽車上應(yīng)用有①排氣系統(tǒng)異型管件；②副車架總成；③底盤構(gòu)件、車身框架、座椅框架及散熱器支架；④前軸、后軸及驅(qū)動軸；⑤安全構(gòu)件等。1.2.2航空航天用內(nèi)高壓成形生產(chǎn)的飛機上的輕體構(gòu)件有結(jié)構(gòu)空心框梁、發(fā)動機上中空軸類件、進排氣系統(tǒng)異型管和復(fù)雜管接件等。用內(nèi)高壓成形制造

5、的飛機發(fā)動機空心雙拐曲軸，與原零件相比減重48%o2應(yīng)力、應(yīng)變特點及變形規(guī)律分析2.1內(nèi)高壓成形工藝流程以變徑管為例其成形工藝過程可以分為三個階段，如圖2」所示。初始充填階段（圖2.1g）模具閉合后，將管的兩端用水平?jīng)_頭密封，使管坯內(nèi)充滿液體，并排出氣體，實現(xiàn)管端沖頭密封；成形階段（圖2.1b）,對管內(nèi)液體加壓脹形的同時，兩端的沖頭按照設(shè)定的加載曲線向內(nèi)推進補料，在內(nèi)壓和軸向補料的聯(lián)合作用下使管坯基本貼靠模具，這時除了過渡區(qū)圓角以外的大部分區(qū)域已經(jīng)成形；整形階段（圖2.1c）,提高壓力使過渡區(qū)圓角完全貼靠模具而成形為所需的工件。b.成形階段c.整形階段圖2.1變徑管件內(nèi)高壓成形工藝過程

6、成形過程中涉及主要工藝參數(shù)：初始屈服壓力用：管材開始發(fā)生塑性變形時所需要的內(nèi)壓；開裂壓力Pb:貼模前內(nèi)壓應(yīng)小于開裂壓力；整形壓力(成形壓力)Pc：用于成形截面過渡圓角，并保證尺寸精度;軸向進給力皿：實現(xiàn)軸向補料；合模力Fc：使模具閉合不產(chǎn)生縫隙；補料量如：減少成形區(qū)壁厚減薄，并提高膨脹率；2?2應(yīng)力、應(yīng)變特點設(shè)管材為薄壁管，忽略管材內(nèi)壁上壓力〃只考慮軸向應(yīng)力(axialstress)和環(huán)向應(yīng)力(hoopstress),則可認為管材處于平面應(yīng)力狀態(tài)。由Mises屈服準則，可得內(nèi)高壓成形的屈服條件：一66+疋(1)式中，皿為環(huán)向應(yīng)力；①為軸向應(yīng)力；叭為材料屈服強度。根據(jù)Levy-Mises

7、增量木構(gòu)方程，厚度變化量與應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)系如下:(2)式中：血，為厚度瞬時增量，大于0表示增厚，小于0表示減??；血j為等效應(yīng)變增量；①為等效應(yīng)力。變形過程中，某一時刻管材上不同點，以及同一點在不同時刻的應(yīng)力狀態(tài)都將有很大差別，而所有可能的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)位于圖2.2所示的平面應(yīng)力屈服軌跡或屈服橢圓上點A-D-B-C之間的曲線上。tk為環(huán)向應(yīng)變增量；db為軸向應(yīng)變增量；dj為厚向應(yīng)變增量圖2.2內(nèi)高壓成形應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)在屈服軌跡上的位置2.2.1充形階段在