内高压成形过程起皱行为研究

摘要

内高压成形是制造复杂形状空心工件的主要工艺方法之一，由于它是一种结构轻量化的成形方法，在汽车制造业中得到了广泛应用，在宇航领域也有广阔的应用前景。如何在较大的膨胀量下保证工件壁厚相对均匀和控制最小壁厚在一定范围内是内高压成形的难点，其解决方法之一就是在变形量较大的部位制造合理的皱纹来聚集材料。　　本文没有按传统的观点将起皱看成是一种缺陷，而是从全新的视角将其视为一种积极的可用于“聚料”的预成形手段。成形过程中获得合理的皱纹是避免胀形时工件严重减薄，甚至丌裂的一种重要方法。　　从几何学角度论证了皱纹数量对获得壁厚减薄零件的必要性。在皱纹波形为正弦波的假设下，通过计算起皱后管坯表面积变化，分析了单阶梯对称与非对称空心件形成一定数量皱纹时管坯壁厚变化，然后改变了皱纹的分布位置，研究了这两个因素对平均壁厚减薄率的影响。可以看出，皱纹数量越多，越易得到壁厚减薄较小的工件而使材料不发生破裂。　　采用数值模拟与工艺实验的方法重点对单阶梯对称空心件内高压成形的起皱过程进行了深入系统的研究，主要分析了成形过程中管坯形状的变化，壁厚变化与应变分布，指出补料内压是获得合格试件的关键因素。研究了管坯起皱时皱纹形状的变化，发现皱纹首先产生于管材的两侧，随后在中部产生皱纹，中间皱纹随补料量的增大迅速增大，不同补料内压皱形不同。分析了管坯整形前后管坯壁厚分布与轴向应变的分布，不同补料内压壁厚与轴向应变分布不相同。　　本文还对非对称单阶梯空心件的内高压成形过程进行了实验研究，获得了膨胀率较大的合格零件。指出由于工件形状的非对称，相应的在补料阶段的两侧进给量也不应对称，必须保证小半锥角一侧有较多的进给量才能获得合格的零件。由于成形过程中皱纹的出现，变形区的壁厚分布不均匀。　　本文还对双阶梯空心件内高压成形过程进行了实验研究，由于所研究零件阶梯长度较短，可以采用无皱直接成形，也可以采用有益皱成形，但后者的壁厚均匀性好于前者，最小壁厚减薄率也较小。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2内高压成形工艺原理

1.3内高压成形工艺的优点

1.4内高压成形工艺进展与现状

1.5内高压成形研究现状

1.5.1管材成形性能

1.5.2失效形式分析

1.5.3成形区间

1.5.4润滑与摩擦

1.5.5发展趋势

1.6国内研究现状

1.7内高压成形过程数值模拟

1.8本课题的意义及研究方法

1.9本课题的研究内容

第2章内高压成形有益起皱几何学分析

2.1引言

2.2单阶梯对称试件皱纹形状

2.2.1起皱成形过程

2.2.2起皱管坯补料量计算与壁厚变化

2.3单阶梯非对称试件皱纹形状

2.3.1单阶梯非对称试件分析

2.3.2三个皱纹情况

2.3.3四个皱纹情况

2.4本章小结

第3章单阶梯对称空心件内高压成形数值模拟

3.1引言

3.2模拟方案制定

3.3模拟模型

3.3.1有限元软件简介

3.3.2模拟模型建立

3.4加载路径对皱形影响

3.4.1有益皱纹

3.4.2整形破裂

3.4.3死皱

3.4.4无皱破裂

3.4.5成形过程皱形变化

3.5壁厚与应变分布

3.5.1有益皱纹

3.5.2整形破裂

3.5.3死皱

3.5.4典型点应变轨迹

3.5.5成形区间

3.6长径比对起皱过程影响

3.6.1长径比0.5试件成形

3.6.2长径比1.5试件成形

3.7本章小结

第4章单阶梯对称空心件内高压成形实验研究

4.1引言

4.2实验材料与性能

4.3成形过程分析

4.3.1有益皱纹

4.3.2整形破裂

4.3.3死皱

4.3.4补料过程中破裂

4.3.5皱纹形状对比

4.4壁厚与应变分布

4.4.1有益皱纹

4.4.2整形破裂

4.4.3死皱

4.4.4试件壁厚对比

4.5成形区间

4.6本章小结

第5章左右不对称单阶梯空心件成形实验研究

5.1引言

5.2实验方案制定

5.2.1试件分析

5.2.2实验材料及性能

5.2.3加载路径

5.3成形过程分析

5.3.1有益皱纹

5.3.2死皱

5.3.3破裂

5.4壁厚分布分析

5.5本章小结

第6章双阶梯空心件内高压成形实验研究

6.1引言

6.2实验方案制定

6.2.1试件分析

6.2.2实验材料及性能

6.2.3加载路径

6.3成形过程分析

6.3.1有益皱纹成形

6.3.2无皱纹成形

6.3.3破裂

6.3.4壁厚分布分析

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明及使用授权书

致谢

个人简历