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管材径压胀形成形规律的研究

作　者: 陈奉军
导　师: 杨连发
学　校: 桂林电子科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 管材液压成形径压摩擦成形规律
分类号: TG394
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 47次
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内容摘要

采用液压成形技术制造中空薄壁管零件具有工序少、成本低、重量轻、强度和刚度好等优点,在制造业中逐渐得到了广泛应用。但采用常规液压成形技术生产汽车机架、发动机架等轴向尺寸大的异形截面中空件时,由于摩擦阻力大再加上模具几何结构的阻碍导致轴向补料困难,容易导致管件过度减薄而破裂或填充性不好等缺陷。为解决此问题,管材径压胀形技术受到了学者们的关注。采用试验研究、数值模拟和理论分析相结合的方法,研究管材径压胀形特点及成形规律,重点分析管材径压胀形的摩擦特性及测量方法、力学特征及液压成形性能。开发一套管材径压胀形装置,对1Cr13Mn9Ni1N管材进行自然胀形和径压胀形对比试验研究;分析径压胀形过程中管件典型部位的应力应变状态,以及液压力、管端约束方式及摩擦等工艺参数对管件的周向截面轮廓形状、壁厚分布及潜在破裂位置、填充性和表面质量的影响规律;在分析管材径压胀形摩擦特性的基础上,提出一种测量摩擦系数的新方法;针对径压胀形后管件截面轮廓形状不能保持规则性和对称性的问题,提出一种优化的加载路径,并研究其对径压胀形的影响规律。得到的主要研究结果如下:(1)径压胀形过程中,摩擦力具有非对称性特点,造成径压胀形与自然胀形在变形特点、变形规律、成形性能、表面质量等方面有所不同。(2)基于径压胀形中的摩擦特性而提出的测量摩擦系数的新方法,能够真实反映胀形区的变形情况,被测量指标对摩擦系数十分敏感,而且测量方便。(3)在径压胀形和自然胀形中,管件截面圆角处均为双向受拉的应力状态,而直边处分别为双向受拉、一压两拉的应力状态。(4)径压胀形后的管件截面轮廓形状不能保持规则性和对称性,但管件的壁厚更均匀,材料的填充性更好,表面质量更好。(5)在径压胀形过程中,液压力越大或管端自由时,管件截面轮廓形状越不对称,壁厚分布越不均匀,减薄越严重,表面质量越差,但填充性越好;摩擦系数越大,截面轮廓形状越不对称,壁厚分布越不均匀,填充性越差,表面越粗糙。(6)改进的加载路径可以有效改善管件截面轮廓形状的规则性和对称性,且提高了管件的壁厚分布均匀性及其表面质量。(7)自行开发的试验装置具有结构新颖、操作方便、工作可靠、无需专用胀形机等特点,已获得国家实用新型专利受理(200820113486.X)。本论文研究成果对管材径压胀形技术的深入研究和推广应用具有一定的借鉴和指导作用。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-20
  1.1 研究背景及意义  9-11
  1.2 THF技术的研究现状及发展趋势  11-15
    1.2.1 THF技术的研究现状  11-14
    1.2.2 THF技术的发展趋势  14-15
  1.3 管材径压胀形原理及研究现状  15-18
  1.4 课题主要研究内容  18
  1.5 研究方案及技术路线  18-19
  1.6 本章小结  19-20
第二章试验装置开发及试验研究  20-32
  2.1 单向拉伸试验  20-21
  2.2 试验平台的开发  21-26
    2.2.1 压力设备  21-22
    2.2.2 成形模具  22-23
    2.2.3 液压控制系统  23-24
    2.2.4 主要参数设计  24-26
  2.3 管材液压成形试验  26-29
    2.3.1 自然胀形试验  26-28
    2.3.2 径压胀形试验  28-29
  2.4 成形件的变形量测量  29-30
    2.4.1 周向轮廓形状  29
    2.4.2 周向壁厚分布  29
    2.4.3 表面粗糙度  29-30
  2.5 本章小结  30-32
第三章管材液压成形的数值模拟  32-38
  3.1 有限元基本理论  32-33
  3.2 管材液压成形数值模拟方法及步骤  33-35
    3.2.1 基本方法  33-34
    3.2.2 一般步骤  34-35
  3.3 管材液压成形模拟模型的建立  35-36
    3.3.1 自然胀形模拟模型  35-36
    3.3.2 径压胀形模拟模型  36
  3.4 管材液压成形模型的数值模拟  36-37
    3.4.1 自然胀形数值模拟  37
    3.4.2 径压胀形数值模拟  37
  3.5 本章小结  37-38
第四章管材径压胀形的摩擦特性及测量方法  38-52
  4.1 管材径压胀形的摩擦特性  38-43
    4.1.1 摩擦作用特点分析  38-39
    4.1.2 摩擦对管材径压胀形的影响  39-43
  4.2 THF胀形区摩擦系数的测量方法  43-46
    4.2.1 现有测量方法  43-46
    4.2.2 新测量方法  46
  4.3 摩擦系数标定曲线的确定  46-50
    4.3.1 标定方法及步骤  47-49
    4.3.2 方法的验证  49-50
  4.4 本章小结  50-52
第五章管材径压胀形力学特征及成形规律  52-70
  5.1 应力应变状态  52-55
  5.2 成形规律  55-63
    5.2.1 周向轮廓形状  55-58
    5.2.2 壁厚分布及潜在破裂位置  58-60
    5.2.3 填充性  60-62
    5.2.4 表面质量  62-63
  5.3 加载路径的改进  63-69
    5.3.1 改进的加载路径设计  63
    5.3.2 改进的加载路径验证  63-65
    5.3.3 改进的加载路径下的管材成形规律  65-69
  5.4 本章小结  69-70
第六章结论与展望  70-72
  6.1 结论  70-71
  6.2 展望  71-72
参考文献  72-79
致谢  79-80
作者在攻读硕士期间主要研究成果  80

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