内高压成形技术现状与发展趋势

介绍了内高压成形原理,工艺分类、优点、应用范围和适用材料,综述了国外内高压成形在工业领域尤其汽车工业的应用情况,给出了用内高压成形制造的典型结构件、枝杈管件、异形管件和空心轴类件.详细介绍了国内研制的400MPa内高压成形机参数及在该设备上试制的铝合金管件、不锈钢管件、空心阶梯轴和轿车后轴纵臂等内高压成形件.最后指出内高压成形需要深入研究的课题和发展趋势.     

预弯对铝合金管材内高压成形缺陷与尺寸精度的影响

铝合金异形截面管件是实现汽车结构轻量化的有效途径之一,其成形工艺是先将铝合金管材经过数控弯曲获得轴线形状,然后进行内高压成形。弯曲产生的回弹、截面畸变及起皱等缺陷会影响后续内高压成形的质量。本工作通过建立管材塑性弯曲的理论模型和材料模型,计算任意弯曲角度的卸载回弹量,在弯曲过程考虑回弹量补偿,有效避免了内高压成形时的咬边缺陷。通过改善芯轴条件,使用带有一个芯球的芯轴,使截面不圆度由7.55%降低至1.43%,避免了弯曲件在内高压成形时发生破裂。同时对弯曲产生皱纹的管件进行内高压成形,证实了内高压成形过程不能够消除管件在弯曲过程形成的起皱。通过工艺实验研制出6063铝合金异形截面管件,获得了无缺陷的成形件。对47个内高压成形件进行尺寸精度测量,最大尺寸偏差为1.08mm(1.63%),尺寸和精度符合设计要求。     

管件液压成形中加载路径的确定方法研究

加载路径是影响管件液压成形结果的关键因素,为了快速准确地确定管件液压成形中的加载路径,提出了利用理论计算与数值模拟相结合的方法来优化和调整成形的加载路径,确定最佳的成形区间.根据塑性力学理论计算出成形的初始内压,确定出成形区间,然后调整不同的轴向补料量进行数值模拟,并根据数值模拟的分析结果确定最佳的补料量,最终通过调节加载路径的斜率,获得合理的成形加载路径.实验结果表明:针对非对称结构的空心轴类件的液压成形,应用本方法快速地确定出合理的加载路径,零件顺利成形,且成形零件的减薄率在整个成形区间里是最小的.     

管材内高压成形多步法数值模拟

利用动态显式有限元程序LS-DYNA,采用多步法和单步法两种方式,以某型号副车架为例,对曲线空心构件的内高压成形过程进行了数值模拟研究,给出了两种方式下副车架内高压成形后的壁厚分布.在模拟的基础上进行弯曲、预成形和内高压成形试验,获得了副车架内高压成形件,给出了典型截面的壁厚分布,并与两种模拟结果进行了比较.结果表明,采用多步法数值模拟技术模拟曲线空心构件的内高压成形过程,考虑了弯曲和预成形对后续的内高压成形过程的影响,模拟结果与试验结果基本吻合,能够更加准确地反映曲线空心构件的内高压成形过程.     

加载路径对不锈钢球形件内高压成形过程影响

为了研究加载路径对不锈钢球形件内高压成形过程的影响,采用实验方法分析了加载路径对成形过程中缺陷形式的影响,获得了80%膨胀率成形管件的壁厚分布规律.结果表明:当初始内压与屈服强度比值小于0.21时,管坯形成两个皱纹,在整形阶段发生开裂;当初始内压与屈服强度比值大于0.25时,管坯在轴向进给阶段即发生开裂.在初始内压与屈服强度比值为0.21～0.25时,可以成形出合格管件,合格管件最大减薄点位于球形件的最大截面处,最大减薄率为24.5%.本文所成形不锈钢球形件内高压成形区间,合理初始内压与屈服强度比值范围为0.21～0.25.     

轻量化结构内高压成形技术

内高压成形适用于制造汽车 ,航空航天等领域中使用的各类轻体构件 .用其加工的零件具有重量轻 ,刚度好 ,零件数量少 ,可减少后继机械加工和组装焊接量 ,成本低等优点 .本文综述了内高压成形原理、优点、应用范围、适用材料、国内外工业应用情况及研究现状 ,并详细介绍了作者进行的部分研究结果 .     

镁合金管件热态内压成形研究进展

首先简介了热态内压成形国内外研究现状,然后重点介绍了哈尔滨工业大学在热态内压成形装置和镁合金热态内压成形方面的研究进展.所研制的热态内压成形装置可在一定温度下实现镁合金大膨胀率变径管、弯曲轴线变截面管的研制.采用AZ31B镁合金管材获得膨胀率30%,最大减薄率6.7%的变径管件;采用AZ61A镁合金管材试制了正方形截面件和某轿车样件,采用AZ31镁合金管材试制了截面带有小圆角的管件.介绍了上述样件的工艺过程,表明镁合金热态内压成形工艺具有广阔的应用前景.     

非对称管件内高压成形过程研究

为了改善两端不对称形状管件内高压成形后的壁厚均匀性,提高管件内高压成形极限,采用Dynaform有限元模拟软件并结合实验,研究了补料压力、轴向补料量对管件成形过程中起皱和破裂的影响.结果表明:当补料压力低于32 MPa时,失效形式为死皱;当补料压力高于42 MPa时,失效形式为破裂,适宜的补料压力区间为34~42 MPa;当左右补料量分别为42和22 mm,整形压力126 MPa时,可得到合格非对称瓶形管件,管件最大膨胀量为70.75%,壁厚最大减薄率为27.12%。通过控制管材在内压和轴向力的作用下发生合理的预成形,包括管材两端的合理补料量以及合理的起皱形状和数量,可在最终的内高压成形中实现更好的壁厚均匀性,提高成形极限。     

外压成形试验装置及成形特征研究

设计制造了管材外压成形试验装置,在该装置上实现了管材外侧的高压密封和内部芯模的拆装.采用碳钢管进行了薄壁空心花键件的外压成形试验研究,利用液体介质在管坯外部建立静水压力,使坯料横截面缩小并成形到置于其内部的芯模上,从而获得了空心花键形状的试验件.试验反映了外压成形压力较低、壁厚分布较均匀的特点,所获得的成形件内表面形状与芯模的外表面形状基本一致,同时,成形中不同键位管壁失稳的随机性,对成形件壁厚分布有一定影响.     

加载路径对内高压成形件壁厚分布影响分析

研究了两端非对称管件内高压成形改善壁厚均匀性的方法,采用数值模拟和试验研究对管件内高压成形进行了非对称加载路径和预成形的优化,获得了工件变形过程及厚度分布变化,并分析了加载路径对壁厚均匀性的影响.研究表明:采用优化的加载路径和预成形,补料和内压的良好匹配改善了两端非对称管件轴向补料的效果,形成有益的起皱,进而改善整形过程的应力应变状态,提高了壁厚均匀性和成形极限.