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线性加载路径下管材液压胀形性能的研究

作　者: 吴丛强
导　师: 杨连发
学　校: 桂林电子科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 管材液压胀形加载路径试验装置胀形性能
分类号: TG394
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

以结构轻量化和一体化为特征的管材液压胀形技术,在制造空心变截面轻体构件方面具有传统制造方法无可比拟的优越性,在汽车和航空工业领域倍受关注并得到广泛应用。在管材液压胀形过程中,影响管材胀形性能的因素很多,其中以加载路径对管材胀形性能影响尤为显著。开展简单、实用的线性加载路径的相关研究对管材液压胀形技术的推广具有重要意义。本文对线性加载路径下管材的胀形性能进行了系统的研究。针对现有管材液压胀形方法及试验装置的不足,提出了一种新的内补液增压式管材液压胀形方法,并据此开发了一种管材液压胀形装置;对现有的线性加载路径进行了归类,提出了一种实用的线性加载路径;采用自行开发的装置进行了四种线性加载路径下的管材液压胀形试验;针对管材液压胀形特点构建了有限元模型,并对四种线性加载路径下管材的成形过程进行了数值模拟;根据管材液压胀形的力学模型,分析了胀形过程中应力与应变的关系,并推导了试验装置工作时轴向力的计算公式;基于试验和模拟结果对胀形管材的壁厚分布规律、失效规律和胀形极限进行了研究。研究结果表明:(1)在管材液压胀形过程中,在内压力尚未建立前,不宜进行轴向补料,否则管材容易发生屈曲失效或在胀形区局部区域出现壁厚分布波动现象,得到的最大胀形直径较小。(2)在胀形前期,在内压力保持恒定的条件下轴向进给按线性增大;在胀形后期,内压力与轴向进给均按线性增大的加载方式是一种较合理的新型线性加载路径,胀形的零件质量好。(3)提出以大变形区长度作为管材轴向成形能力的评价指标是可行的:大变形区长度越长,成形管材的轮廓越光滑、壁厚越均匀、最大胀形直径也越大,所成形出的零件的质量越好。(4)“使增压活塞挤压增压缸体内液体的同时推动压头向下运动,为管材胀形同时提供所需的内压力和轴向进给”是一种实用的、可行的内补液增压式管材胀形新方法。(5)新开发的试验装置结构简单、操作方便、工作可靠,可用于管材的液压胀形及试验研究;根据试验装置工作时的受力模型推导的轴向力计算公式,可以用于指导选择管材液压胀形的动力设备和控制设备。本论文提出的内补液增压式管材液压胀形方法和所开发的管材液压胀形装置对管材液压胀形技术的应用推广具有指导意义,所研究的线性加载路径下管材的胀形规律为加载路径的深入研究提供了借鉴和指导。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-18
  1.1 THF技术简介  8-10
  1.2 THF技术的研究现状  10-16
    1.2.1 成形理论  10
    1.2.2 数值模拟  10-11
    1.2.3 加载路径  11-14
    1.2.4 胀形设备  14-16
  1.3 研究内容及技术路线  16-17
  1.4 本章小结  17-18
第二章试验装置开发及试验研究  18-31
  2.1 前言  18
  2.2 试验装置的开发  18-22
    2.2.1 技术要求  18
    2.2.2 解决方案  18-20
    2.2.3 工作方式  20
    2.2.4 参数设计  20-22
  2.3 试验材料及设备  22-26
    2.3.1 试验材料  22-23
    2.3.2 试验设备  23-26
  2.4 试验研究  26-29
    2.4.1 材料性能测试试验  26-27
    2.4.2 管材液压胀形试验  27-29
  2.5 胀形零件的变形测量  29-30
  2.6 本章小结  30-31
第三章 THF胀形过程的数值模拟研究  31-39
  3.1 前言  31
  3.2 大变形弹塑性有限元的基本理论  31-33
    3.2.1 运动和变形描述  31-32
    3.2.2 平衡方程  32
    3.2.3 弹塑性本构方程  32-33
  3.3 板材成形模拟软件DYNAFORM  33-34
  3.4 数值模拟研究  34-38
    3.4.1 几何模型  34-35
    3.4.2 模拟条件  35-37
    3.4.3 模拟内容  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章管材液压胀形的力学分析  39-46
  4.1 前言  39
  4.2 胀形过程中的应力应变分析  39-41
    4.2.1 胀形过程中的应力应变特点  39-40
    4.2.2 应力应变与成形极限的关系  40-41
  4.3 胀形过程中轴向力的计算公式  41-44
  4.4 轴向力的确定  44-45
  4.5 本章小结  45-46
第五章加载路径对管材液压胀形性能的影响  46-67
  5.1 前言  46
  5.2 壁厚分布规律  46-58
    5.2.1 壁厚分布特点分析  46-57
    5.2.2 加载路径的影响比较  57-58
  5.3 管材的失效规律  58-63
    5.3.1 屈曲失效  58-59
    5.3.2 起皱失效  59-61
    5.3.3 破裂失效  61-63
  5.4 成形极限  63-65
    5.4.1 最大胀形直径  63-64
    5.4.2 大变形区长度  64-65
  5.5 本章小结  65-67
第六章结论与展望  67-69
  6.1 结论  67-68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-75
致谢  75-76
作者在攻读硕士期间主要研究成果  76

线性加载路径下管材液压胀形性能的研究

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