基于波动加载管材内高压液压成形设备

摘要

在汽车工业等领域，减轻结构质量以减少能量消耗是人们长期追求的目标，也是先进制造技术发展的趋势之一。管材内高压成形技术作为以轻量化和一体化为特征的一种空心变截面轻体构件的先进制造技术，越来越受到人们的关注。目前，国内虽然有大量学者对此项技术进行研究，然而由于起步较晚，并且缺乏实验条件，所以大部分研究都只是基于有限元模拟分析，致使许多研究成果无法得到验证。所以开发内高压成形系统并对其成形工艺进行研究已成为当前的重要课题，对我国汽车工业的发展和能源节约意义重大。　　本文首先在查阅大量国内外有关文献的基础上，综述了内高压成形技术及其发展、研究现状以及实际应用情况。此后，根据波动加载实验的需要，设计了一套内高压成形系统，可以用来完成不同的实验。　　本文还利用弹塑性力学理论，对成形过程中的管坯进行了应力应变分析，进一步认清了管坯的变形特点，在此基础上，建立了内高压成形各工艺参数之间的联系。分别给出了回转体构件和矩形断面构件的胀形系数的定义。通过理论推导，得到了用于估算内高压初始成形压力和最终成形压力的计算式。　　本文分析了波动加载内高压成形工艺对液压系统设计的要求，对液压系统中所涉及到的关键问题进行了研究并确定了成形液压系统和电液控制系统的设计方案。最后，建立了面向波动加载内高压成形系统的数学模型。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 管材液压成形原理与应用

1．2．1 管材液压成形技术

1．2．2 成形原理和工艺过程

1．2．3 管材液压成形的优缺点

1．2．4 实际应用情况

1．3 国内外研究现状与发展展望

1．3．1 国外研究概况

1．3．2 国内研究概况

1．3．3 发展展望

1．4 加载方式的研究

1．4．1 管材液压成形的失效形式

1．4．2 可利用起皱

1．4．3 波动加载方式

1．5 课题意义及主要内容

第2章 管材液压成形力学分析

2．1 引言

2．2 模具简介

2．2．1 总体方案的确定

2．2．2 模具的选材

2．2．3 组成模具的各零部件的设计

2．3 管材液压成形的力学分析

2．3．1 基本假设

2．3．2 薄壳理论的应用

2．3．3 应力应变分析

2．4 轴向推力与内压力的关系计算

2．5 工艺计算

2．5．1 毛坯变形程度的计算

2．5．2 内高压成形所需液压力的估算

2．6 本章小结

第3章 液压系统设计要求及控制策略

3．1 引言

3．2 液压系统的总体要求

3．2．1 液压系统的动作要求

3．2．2 液压系统的特性要求

3．2．3 关键技术的要求

3．4 液压成形系统

3．5 电液控制系统

3．5 控制系统分析

3．5．1 对控制系统的要求

3．5．2 控制策略

3．6 PID控制器及其性能研究

3．6．1 PID控制器原理

3．6．2 数字PID控制算法的改进

3．6．3 PID控制器的设计

3．7 本章小结

第4章 控制系统建模研究

4．1 引言

4．2 伺服阀控制侧推缸的数学模型

4．2．1 伺服阀控制侧推缸基本方程

4．2．2 系统方块图

4．2．3 传递函数的简化

4．3 伺服阀控液压缸传递函数计算

4．3．1 伺服阀传递函数

4．3．2 伺服放大器及位移传感器传递函数

4．3．3 系统传递函数的计算

4．4 比例减压阀控液压缸数学模型

4．4．1 比例电磁铁模型

4．4．2 比例阀减压模型

4．4．3 传递函数的简化

4．5 减压阀控增压缸传递函数计算

4．5．1 增压缸传递函数

4．5．2 反馈器件模型

4．5．3 电液比例减压阀控制内高压回路传递函数计算

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介