空心变截面构件内高压成形工艺与装备

介绍汽车轻量化的途径及内高压成形技术的应用趋势。阐述管材内高压成形基础理论、工艺模具关键技术以及产业化应用方面的最新进展。在内高压成形基础理论方面,揭示弯曲管内高压成形的环向应力、轴向应力及环向应变、轴向应变和厚向应变的分布规律。阐明内高压整形阶段圆角充填时存在极限圆角半径,并分析液体压力和摩擦条件对极限圆角半径的影响规律。在工艺模具关键技术方面,提出降低成形压力的内凹预制坯方法和大径厚比超薄异型管件内高压成形方法,解决多孔同步液压冲孔模具等关键技术。在工业应用方面,攻克超高压建立、高压水介质传输、超高压与多轴位移闭环实时控制等多项设备关键技术,为国内汽车主机厂及零部件厂研制了多台生产用大型内高压成形机,成功应用于奔腾轿车副车架、扭力梁和SUV车前支梁等汽车零部件的批量制造。     

管材内高压成形国内研究进展及发展趋势

对管材内高压成形工艺的原理、特点、发展历史及典型应用等进行了较为详细的说明,同时从理论、实验及模拟三个方面系统地介绍了近年来国内管材内高压成形工艺的研究进展;在给出内高压成形工艺目前发展中存在的主要问题的基础上,指出了未来几年内高压成形工艺的发展趋势。     

矩形截面直角弯管内高压成形过程的数值模拟

内高压成形技术是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。在汽车工业领域，运用该技术能够生产出质量轻而且具有很高的强度和刚度的零件。矩形截面直角弯管是一类特殊零件，具有典型的直角弯曲特征．常规弯曲工艺无法加工。采用内高压成形技术，可避免常规弯曲方法的不足，实现该类零件的成形。对采用管材内高压成形技术加工矩形截面工件成形过程进行了有限元模拟，对整个管件的成形规律进行了总结分析，对于应用内高压成形技术生产该类零件具有重要指导意义。     

内高压热态成形设备设计研发

介绍了内高压热态成形技术的重要性后,设计一种可以研究铝合金管成形性能的内高压热态成形设备。设备的成形内高压采用手动打压泵提供,简便易操作,成形过程中可以提供最高达150Mpa的内高压;设备的加热采用加热棒进行加热,设备采用温度控制仪与热电偶组合对温度进行控制,可以提供室温到300℃区间的成形温度;密封形式采用硬密封,密封结构利用锥台式的结构进行密封。设备可以对小管径的铝合金管材进行胀形实验,可以研究铝合金管材从室温到300℃区间不同温度的成形性能。     

工艺参数对21-6-9高强不锈钢管数控弯曲壁厚减薄影响的显著性分析

为实现21-6-9高强不锈钢管数控弯曲精确成形,提高其成形质量与成形极限,需要对弯曲过程中壁厚减薄进行有效控制。基于ABAQUS/Explicit有限元软件平台,建立了21-6-9高强不锈钢管数控弯曲三维弹塑性有限元模型,并对其可靠性进行了验证。通过有限元模拟和正交试验,研究了工艺参数对21-6-9高强不锈钢管数控弯曲壁厚减薄影响的显著性及规律。结果表明,影响壁厚减薄的显著性工艺参数依次为芯棒伸出量、管材与芯棒间隙、管材与防皱块摩擦因数、管材与芯棒摩擦因数、管材与压块摩擦因数和弯曲速度,其影响规律为：壁厚减薄率随着芯棒伸出量、管材与防皱块摩擦因数、管材与芯棒摩擦因数、管材与压块摩擦因数、弯曲速度的增大或管材与芯棒间隙的减小而增大。采用多元线性回归方法建立了最大壁厚减薄率与显著性工艺参数之间的回归预测模型,经对比验证,回归预测模型结果与正交试验结果之间的相对误差不超过5%。     

内高压成形机理与关键技术

在中国国家杰出青年科学基金资助项目“镁合金热态液力成形技术”、中国国家自然科学基金资助项目“轻体件高内压液力成形机理的研究”、“管材热态内压成形新方法及其机理研究”和“激光拼焊管内高压成形机理”、以及中国教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目“镁合金热态内高压成形机理研究”共同资助下,开展内高压成形机理及关键技术研究,在内高压成形塑性变形规律、起皱和破裂等失稳行为、提高成形极限和降低成形压力方法,以及液力胀接、热态内压成形和拼焊管内高压成形等方面取得重要进展,并在汽车和航天等领域实现内高压成形技术产业化应用,报告上述研究的理论和工程体系。 根据塑性变形特点,将内高压成形分为变径管内高压成形(IHPF of TPVD)、弯曲轴线管内高压成形(IHPF of TPCA)和多通管内高压成形(IHPF of TPB/BT)等3类,提出IHPF of TPVD由充填、成形、整形等步骤组成,IHPF of TPCA由弯曲、预成形、内高压成形等步骤组成,IHPF of TPB/BT由胀形、补料、整形等步骤组成。以此为出发点,通过实验和理论分析,研究IHPF塑性变形规律与失稳行为。     

凸环管件颗粒介质内高压成形工艺理论解析

离散体颗粒介质使颗粒介质内高压成形工艺中的传压具有非均匀性、颗粒介质与管件之间摩擦作用显著等特征,基于此,建立了颗粒介质非均匀载荷传压模型,对凸环管件胀形工艺过程进行了理论推导和数值解析,探讨了内压状况和摩擦条件对管件成形性能的影响,并通过工艺试验对理论分析结果进行了验证。分析结果表明,颗粒介质内高压成形工艺所具有的内压非均匀性、介质与管坯摩擦作用显著两大特征可有效减小胀形过程中的壁厚减薄和成形压力。对比试验与理论分析结果表明,壁厚分布和成形压力的理论计算结果与试验结果一致,颗粒介质非均匀载荷传压模型的构建策略可用于管件成形的预测和分析。     

基于径压胀形确定管材的摩擦因数

摩擦对管材液压成形有极大的影响,管材摩擦因数的确定是一项极其重要的工作。在分析比较现有测试方法的基础上,基于径压胀形原理及其变形规律提出确定管材液压成形胀形区摩擦因数的新模型。该模型以恒定内压力下圆形管材径压胀形成方形断面后,以断面对角线长度差作为确定摩擦因数的测量指标。对比对角线长度差的有限元数值模拟结果及实测结果,以此确定管材液压成形时胀形区的摩擦因数。对低碳钢及不锈钢管的有限元数值模拟分析表明：对角线长度差与摩擦因数及内压力均成指数关系,该长度差对摩擦力很敏感且可方便测量,也可作为针对管材液压成形胀形区润滑剂特性的评定指标。所提出的新模型具有简单、实用等优点。     

径压胀形中管材的填充性及成形性分析

通过对不锈钢管材径压胀形过程进行有限元数值模拟，对成形管材断面对角线长度变化趋势及壁厚分布规律进行了分析与比较，探讨了加载方式、管端约束条件（管端自由与管端固定）及摩擦条件对管材填充性及成形性的影响规律。结果表明，自由胀形直径或内压力越大，则管材的填充性越好，但成形性越差；管端固定时会使管材的填充性及成形性变差；摩擦使胀形管材断面形状不完全对称，且随着自由胀形直径或内压力的增大而显著。     

AA5083管件颗粒介质非均匀内压温热胀形工艺性能解析

基于管件热单向拉伸试验、颗粒介质传压性能试验和外摩擦因数试验,分析了采用温热颗粒介质压力成形工艺时,在非均匀内压下AA5083管材自由胀形区的受力情况,探讨了颗粒介质与管件内壁摩擦作用对管件胀形区壁厚分布和胀形极限的影响。理论分析和工艺试验表明,温热颗粒介质压力成形工艺中颗粒介质与管坯之间存在的有益摩擦有效抑制了管件减薄,提高了管件胀形极限。     

四层卷焊管成形过程的模拟研究

四层卷焊管具有可靠性高、强度高以及抗渗漏性强的特点,广泛应用于承受高压的管线中,其生产的关键是其成形技术。采用大型非线性软件Marc对厚度为0.5 mm的带钢卷曲成f10 mm的四层卷焊管的连续成形过程进行了模拟,分析了卷焊管卷曲成形规律和变形特点。模拟结果可为四层卷焊管配辊方案的设计提供理论依据。     

微小尺寸等壁厚不锈钢螺旋管充液压制成形方法研究

为了解决常规螺杆钻具寿命短与微小尺寸螺杆钻具等壁厚定子难加工的问题,本文采用充液压制成形工艺加工微小尺寸等壁厚螺旋管,基于304不锈钢拉伸实验,建立了充液压制成形等壁厚螺旋管有限元模型,用数值模拟方法研究管件外径、壁厚、液压力大小、液压力加载路径、压制速度、摩擦系数对螺旋管质量的影响。结果表明,管件外径为51.8 mm,壁厚为5.3 mm时,螺旋管质量较好,最大液压力为650 MPa,液压力加载路径为路径5,模具挤压速度为0.429 m/s,摩擦因数不超过0.125时,螺旋管加工质量较好,导程误差近似为0,壁厚误差小于8%,平均厚度为5 mm,螺旋管中部壁厚误差小于3%。研究结果可为生产实际中微小尺寸等壁厚不锈钢螺旋管的成形工艺提供参考。     

摩擦对橡胶胀管的影响及减摩研究

1　前言橡胶胀管机是一种新型的胀管机械 ,它以液压为动力 ,以橡胶为胀管介质 ,通过挤压置于换热管内橡胶弹性体 ,完成换热器、锅炉等的胀管作业 ,其胀头结构如图 1所示[1] 。图 1　胀头结构图胀头的芯轴上套装一个橡胶弹性体 ,两端依次为密封圈和挡圈 ,工作时将胀头伸入欲胀接的管端内 ,胀接时液压活塞抽动芯轴 ,使得橡胶弹性体轴向受压 ,径向发生膨胀 ,迫使管子端部与管板发生弹塑性变形而胀合 ,液压活塞动力撤除后 ,橡胶弹性体立即恢复原状 ,管子与管板仍留有残余接触压力 ,管端与管板结合在一起 ,完成胀接。胀接过程中 ,橡胶弹性体在轴…     

Analytical model of corner filling with granular media to investigate the friction effect between tube and media

In a tube forming process, granular matter is used as pressure transmission medium instead of liquid to expand a circular tube into one with square section. In this process, the friction at media/tube interface has a significant effect on the final result. In this paper, an analytical model was developed to determine the influence of the friction on the deformation developing process and final thickness distribution along the tube section. Experimental researches were also implemented to evaluate the analytical model in the end. In this model, four friction situations were applied to the numerical analysis process according to the active or negative function of friction on the flow of metal. The analysis result showed that different friction situations could lead to different deformation processes and thickness distributions. The examination on experiments of AA6061 tube indicated that the experimental data of thickness was extremely close to the analysis result with the friction situation in which the metal flow toward the corner of square section die was impeded by the friction force. However, the analytical prediction of thinning trend of thickness had a deviation compared with the experimental data in the corner region. In addition, the breaking and caking of granules in the tube forming process make the friction situation between the tube and media very complex. Therefore, a further research needs to be conducted from the direction of granular matter mechanics and friction mechanism in order to acquire a more explicit result.     

管材屈曲和起皱分析

研究了薄壁管在高压成形过程中的屈曲、起皱失稳现象,通过对所建立的弹塑性屈曲（全局屈曲）和起皱（局部屈曲）模型的分析计算,获得了管子屈曲、起皱的初始条件、临界载荷和临界应力计算公式。研究表明,屈曲和起皱的产生取决于几何参数,如相对半径r0/l0和相对厚度d0/r0等,且对长管而言,屈曲是主要的失稳形式,但对于短管,起皱则是主要的失稳形式,薄壁管内压对薄壁管起皱、屈曲没有影响。