脉动液压加载下管材径压胀形成形规律的研究

摘要

管材液压成形作为制造复杂形状空心工件的主要成形方法之一,是一种以轻量化和一体化为特征的空心变截面轻体构件先进塑性加工技术。管材径压胀形技术(Tube Hydro-forming with Radial crushing,简称THFRC)作为其主要分支之一,在生产汽车机架、发动机等周向截面复杂的中空零件时,可以降低成形压力,减小对模具的要求,更重要的是可以增加管材贴膜率、提高壁厚均匀性。加载路径的优化一直是研究的重点。脉动液压加载作为加载路径优化方式之一,是一种提高管材成形性能行而有效的方法,越来越受到重视。本课题采用理论、数值模拟与试验相结合的方法,开展对脉动液压加载下THFRC成形规律的研究。
　　根据脉动液压加载方式下THFRC原理,设计一套管材脉动液压成形试验系统,对SUS304不锈钢管材脉动液压胀形过程进行试验研究;同时通过DYNAFORM有限元模拟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,验证有限元模型的精度;结合模拟结果和试验结果,观察管材脉动液压过程中表面起皱状态,对比分析折线液压加载和脉动液压加载下管材胀形质量,研究不同脉动频率、振幅对管材最大胀形高度和壁厚均匀性的影响规律;分析脉动频率、振幅对管材微观组织的影响规律,从微观角度揭示脉动液压加载提高管材成形质量的机理。
　　研究结果表明:(1)相对于有轴向进给的管材脉动液压成形,无轴向进给的THFRC过程中,管材表面也存在起皱出现和消失的现象;(2)相同最大液压下,相对于本文的折线液压加载,脉动液压加载能使管材成形件具有更大的胀形高度和更好的壁厚均匀性,有效地提高了THFRC成形性能;(3)在脉动液压加载下THFRC过程中,频率对管材最大胀形高度的影响规律呈波浪形分布,当频率为150 n/min时,得到管材最大胀形高度最大;随着频率的增大,壁厚均匀性时好时坏,当频率超过一定值时,均匀性的变化基本趋于稳定;(4)振幅增大,管材成形件最大胀形高度越小,但壁厚均匀性越好;(5)随着频率的增大,管材马氏体含量逐渐增多,晶粒变大,当增大到某一个值后,马氏体含量会减少,且晶粒也变细;(6)振幅增大,管材马氏体含量基本相同,晶粒也逐渐变细;(7)脉动液压加载提高管材成形性能的机理是合理地利用了脉动液压在加载-卸载过程中,奥氏体不锈钢产生的微观组织的变化(例如马氏体、晶粒大小的变化),使变形在整个变形区均匀分布。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景及意义

§1.2 国内外研究现状

§1.3 课题来源及研究内容

§1.4 研究方案及技术路线

§1.5 本章小结

第二章 管材脉动液压胀形试验系统的设计

§2.1 引言

§2.2 试验系统总体结构

§2.3 试验系统的成形模具

§2.4 试验装置的液压控制系统

§2.5 试验系统的脉动产生系统

§2.6 试验系统的压力设备

§2.7 本章小结

第三章 脉动加载下管材径压胀形试验研究与模拟分析

§3.1 引言

§3.2 管材脉动液压胀形试验研究

§3.3 管材脉动径压胀形的数值模拟

§3.4 模型精度的验证

§3.5 本章小结

第四章 脉动液压加载下管材径压成形性能的研究

§4.1 引言

§4.2 脉动液压加载对管材表面起皱的影响

§4.3 两种加载路径下管材成形性能的比较

§4.4 脉动参数对管材成形性能的影响规律

§4.5 本章小结

第五章 脉动液压加载下管材微观组织变化的分析

§5.1 引言

§5.2 金相试样的制备及组织观察

§5.3 两种加载路径下管材微观组织的比较

§5.4 脉动参数对管材微观组织的影响

§5.5 成形机理的分析

§5.6 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