在航空、航天和汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域,結(jié)構(gòu)輕量化是人們長(zhǎng)期追求的 目標(biāo),也是先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。在此背景下,一種基于輕量化和一體化特征開(kāi)發(fā)的管材液壓脹形技術(shù)得到了迅速發(fā)展,并成 為國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)。根據(jù)金屬薄壁管液壓脹形技術(shù)的迫切需求,結(jié)合國(guó)內(nèi)管材液壓脹形技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀,采用理論分析、試驗(yàn)研究以及數(shù)值模擬等研究方法,對(duì)金屬薄壁管液壓脹形技術(shù)的基礎(chǔ)領(lǐng)域進(jìn)行了研究,主要成果包括以下方面 ：
一、提出了金屬薄壁管沖擊液壓脹形新方法
在液壓脹形和 沖壓成形的基礎(chǔ)上,提出了一種新的復(fù)合成形方法—沖擊液壓脹形,由于沖擊液壓脹形技術(shù)無(wú)需貴重的專(zhuān)用設(shè)備和模具,也不需 要復(fù)雜的外部供液和控制系統(tǒng),在普通壓力機(jī)上即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜截 面形狀管材的成形,因此該方法具有生產(chǎn)成本低、成形效率高等優(yōu)點(diǎn),是一項(xiàng)極具發(fā)展?jié)摿Φ南冗M(jìn)、實(shí)用的成形技術(shù)。
為了深入分析 沖擊液壓脹形的成形機(jī)理,根據(jù)金屬薄壁管沖擊液壓脹形過(guò)程中管坯型腔體積改變量和液體壓縮而產(chǎn)生的內(nèi)壓間的關(guān)系,計(jì)算出 了不同模具作用下內(nèi)壓的極值;并完成了對(duì)沖擊液壓脹形過(guò)程中金屬薄壁管密封與預(yù)緊、合模啟動(dòng)、合模沖壓及整形填充狀態(tài)下力學(xué)關(guān)系的分析 。
二、構(gòu)建了基于真實(shí)應(yīng)力下數(shù)字散斑相關(guān)法的管材塑性本構(gòu)關(guān)系
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有金屬薄壁管本構(gòu)關(guān)系構(gòu)建方法的研究與分析,結(jié)合液壓脹形的成形特點(diǎn),提出了基于數(shù)字散斑相關(guān)法的在線(xiàn)、全場(chǎng)、非接觸式的新型塑性本構(gòu)關(guān)系。為了構(gòu)建該方法的塑性本構(gòu)關(guān)系,基于薄膜理論、力學(xué)基礎(chǔ)、塑性理論等對(duì)金屬薄壁管液壓脹形過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行了分析,獲取了關(guān)于脹形參數(shù)的軸向和周向應(yīng)力關(guān)系表達(dá)式,利用 Von-Mises屈服準(zhǔn)則獲得了等效應(yīng)力、等效應(yīng)變關(guān)系式。
同時(shí),為實(shí)現(xiàn)對(duì)單根管坯進(jìn)行在線(xiàn)、全場(chǎng)、非接觸式數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)了一套操作便捷、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)裝置。在對(duì)七組不同內(nèi)壓下的管坯進(jìn)行自由脹形試驗(yàn)過(guò)程中,利用三維數(shù)字散斑動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量分析系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)重構(gòu)金屬薄壁管脹形三維輪廓圖,獲取管坯的脹形輪廓母線(xiàn)方程、應(yīng)力應(yīng)變、等效應(yīng)力與等效應(yīng)變值,運(yùn)用 MATLAB最小二乘法擬合出了基于數(shù)字散斑相關(guān)法構(gòu)建的塑性本構(gòu)關(guān)系,并且和試驗(yàn)法具有較好的一致性。
三、開(kāi)展了金屬薄壁管沖擊液壓脹形數(shù)值模擬的研究
根據(jù)沖擊液壓脹形的成形特點(diǎn),結(jié)合當(dāng)前管材液壓脹形數(shù)值模擬的主流技 術(shù),提出了金屬薄壁管沖擊液壓脹形瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬( ANSYS WORKBENCH)和成形過(guò)程數(shù)值模擬( DYNAFORM)相結(jié)合的模擬方法。
通過(guò) ANSYS WORKBENCH的模擬揭示了金屬薄壁管沖擊液壓脹形內(nèi)壓產(chǎn)生的機(jī)理及影響因素,并將模擬所得的最大內(nèi)壓與理論結(jié)果進(jìn)行比較和修正。利用 ANSYS WORKBENCH獲取的管坯型腔內(nèi)壓進(jìn)行不同合模速度下 DYNAFORM成形模擬研究,分析了不同合模速度對(duì)金屬薄壁管脹形高度、圓角填充半徑和壁厚分布 的影響,為沖擊液壓脹形技術(shù)的開(kāi)展補(bǔ)充了理論基礎(chǔ)
四、進(jìn)行了金屬薄壁管沖擊液壓脹形試驗(yàn)
利用自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的沖擊液壓脹形裝置在四柱快速拉伸油壓機(jī)上進(jìn)行脹形試驗(yàn),得到了不同合模速度下兩套模具的沖擊液壓脹形件,將試驗(yàn)所得的金屬薄壁管脹形高度、圓角填充半徑和壁厚分布與模擬結(jié)果進(jìn)行分析比較發(fā)現(xiàn)兩者具有較好的一致性,符合沖擊液壓脹形要求 。
綜上所述,金屬薄壁管沖擊液壓脹形作為一種新型復(fù)合成形技術(shù),在簡(jiǎn)化成形過(guò)程、提高成形效率、降低脹形成本等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),通過(guò)對(duì)金屬薄壁管沖擊液壓脹形關(guān)鍵技術(shù)的理論分析數(shù)值模擬和試驗(yàn)的研究,揭示了金屬薄壁管在沖擊液壓載荷作用下的成形機(jī)理與變形規(guī)律,這將為金屬薄壁管沖擊液壓成形技術(shù)提供理論基礎(chǔ),為沖擊液壓成形技術(shù)的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。
【興迪源機(jī)械液壓成形設(shè)備優(yōu)勢(shì)
興迪源機(jī)械嚴(yán)格按照ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量管理體系和5S管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控和內(nèi)部管理。建立有 “河南省流體壓力成形智能裝備工程技術(shù)研究中心”，核心團(tuán)隊(duì)由數(shù)10名博士、碩士和各高等院校金屬成形專(zhuān)家教授組成，專(zhuān)注于液壓成形核心技術(shù)和產(chǎn)品工藝研發(fā)。
興迪源機(jī)械經(jīng)過(guò)十?dāng)?shù)年的生產(chǎn)和不斷地創(chuàng)新研發(fā)，已獲得發(fā)明專(zhuān)利和實(shí)用新型專(zhuān)利超過(guò)二十項(xiàng)，并以每年2~4項(xiàng)的新增速度不斷增加。其中自主研發(fā)了“一種榫式結(jié)構(gòu)大型液壓機(jī)機(jī)架”用于大型液壓機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)制造;俗稱(chēng)“板材充液成形設(shè)備”也是由本興迪源機(jī)械自主研發(fā)的國(guó)際首臺(tái)產(chǎn)品，并獲得了發(fā)明專(zhuān)利和實(shí)用新型專(zhuān)利。
部分文段和圖片摘自：
《金屬薄壁管沖擊液壓脹形技術(shù)》
作者：劉建偉
由興迪源機(jī)械編輯
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