简单加载路径下管材径压胀形的成形性研究

摘要

管材径压胀形技术(THFRC)特别适合于制造长径比大、周向截面复杂的中空零件,可以解决传统液压成形技术因轴向补料困难而导致的填充性不足、壁厚过度减薄而破裂等问题。但是,THFRC是一种新技术,加载路径及成形条件对 THFRC成形性能的影响较大,而针对这方面的系统研究较少。为此,本课题运用理论与试验相结合的方法,采用简单加载路径及各种成形条件对 THFRC的成形性能进行了深入研究。
　　根据 THFRC原理,开发了一套试验装置,对1Cr13Mn9Ni1N管材胀形成正方形管的过程进行试验研究,同时通过 DYNAFORM有限元分析软件对管材胀形过程进行数值模拟,并通过对试验和模拟结果的对比分析,验证了模拟结果的正确性。
　　本课题提出了一种新型的 THFRC胀形区摩擦系数测量方法,基于该方法开发了摩擦系数测量装置,并通过试验验证了该方法的正确性。通过数值模拟方法研究了摩擦条件对 THFRC成形精度的影响规律。结果表明:当摩擦系数恒定(变化)时,成形内压力(摩擦系数)越小,THFRC成形精度越好。
　　由于成形条件对 THFRC成形件的成形性能影响较大,本课题采用了线性和恒压两种简单加载路径,并结合不同成形条件,对管材的成形性进行了深入研究。结果表明:管端约束方式对成形件在两种加载路径下的壁厚均匀性及线性加载路径下的材料填充性均影响较大;另外,恒压加载路径下 THFRC成形件的填充性最好、壁厚分布最不均匀,最易发生破裂;线性加载路径下的结果次之;线性加载路径下自然胀形件的填充性最差、壁厚分布最均匀。
　　最后,通过数值模拟获取了 THFRC成形件在不同成形条件下的极限载荷,采用回归分析法推导出了精确的极限载荷与材料填充性及壁厚均匀性的数学关系。并预测了 THFRC成形件的潜在破裂位置,即圆角中部和圆角过渡处。
　　本课题的研究成果为 THFRC成形性能的合理评价、零件成形精度的提高奠定了理论和实践基础,具有很强的实用价值。提出的 THFRC胀形区摩擦系数测量方法已授权国家发明专利(ZL201010183838.0),自主开发的试验装置对研制新型的胀形装置具有重要的指导意义。

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第一章 绪论

§1.1 管材液压成形技术简介

§1.2 管材径压胀形技术的研究现状

§1.3 管材径压胀形技术的发展趋势

§1.4 课题来源及研究内容

§1.5 研究方案及技术路线

§1.6 本章小结

第二章 管材径压胀形的试验研究

§2.1 前言

§2.2 试验装置

§2.3 试验过程

§2.4 试验材料

§2.5 试验内容

§2.6 变形测量

§2.7 本章小结

第三章 管材径压胀形的数值模拟分析

§3.1 前言

§3.2 塑性成形问题的基本分析理论

§3.3 数值模拟软件 DYNAFORM

§3.4 数值模拟模型的建立

§3.5 数值模拟内容

§3.6 数值模拟结果分析

§3.7 本章小结

第四章 管材径压胀形的摩擦特性及摩擦系数测量方法

§4.1 前言

§4.2 摩擦分区及变形区受力分析

§4.3 胀形区的摩擦系数测量方法

§4.4 摩擦系数对成形精度的影响规律

§4.5 本章小结

第五章 成形条件及极限载荷对管材径压胀形成形性的影响

§5.1 前言

§5.2 成形条件对材料填充性的影响规律

§5.3 成形条件对壁厚均匀性的影响规律

§5.4 极限载荷与材料填充性的关系

§5.5 极限载荷与材料壁厚均匀性的关系

§5.6 破裂位置的预测

§5.7 本章小结

第六章 结论与展望

§6.1 结论

§6.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果