管材內(nèi)高壓成形是一種先進的輕量化制造技術(shù),廣泛應用于汽車、航空航天等領(lǐng)域空心變截面構(gòu)件的制造。但是,由于內(nèi)高壓成形以拉伸變形為主,成形過程中不可避免的出現(xiàn)壁厚減薄和壁厚分布不均勻。針對管材內(nèi)高壓成形壁厚減薄的問題,本文提出了將壓縮變形和內(nèi)高壓成形相結(jié)合的管材軸向充壓鐓形技術(shù),其核心思想是在內(nèi)壓支撐下通過施加軸向位移對管材進行壓縮變形,使其長度縮短,壁厚增加。以6063鋁合金為研究對象,研制了軸向充壓鐓形的實驗裝置,通過理論分析、有限元模擬和實驗研究,系統(tǒng)的分析了管材軸向充壓鐓形的塑性變形規(guī)律、壁厚分布規(guī)律和起皺機制,為管材軸向充壓鐓形的應用提供理論指導。通過對鐓形過程中管材不同區(qū)域的應力狀態(tài)的研究,分析了不同區(qū)域的塑性變形順序,揭示了壁厚減薄率降低的機理。在初期脹形中雖然大徑區(qū)和過渡區(qū)出現(xiàn)了壁厚減薄,但在鐓形過程中,減薄最嚴重的大徑區(qū)等效應力始終最大而先進入塑性變形,然后向過渡區(qū)擴展,最后是送料區(qū),即管材各區(qū)域在鐓形過程中的變形順序為:大徑區(qū)優(yōu)先,過渡區(qū)次之,最后是送料區(qū),從理論上證明了軸向充壓鐓形可以降低管材的壁厚減薄率。給出了管材軸向充壓鐓形缺陷和失效形式。針對圓角填充階段的下圓角... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

掛車空心主軸[12]

哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文-2-1.2變徑管制造技術(shù)現(xiàn)狀1.2.1縮徑成形技術(shù)縮徑成形工藝是通過施加軸向壓力將管材擠入錐形凹模中，在模具壓力作用下使其外徑減小的成形方法[4]。縮徑成形具有模具結(jié)構(gòu)簡單、產(chǎn)品性能好和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，已廣泛應用于石油和化工等領(lǐng)域變徑管的生產(chǎn)。而在汽車領(lǐng)域，燕山大學王連東等[5-7]建立了管材縮徑成形的力學模型，分析了殼體自由推壓縮徑變形，給出了各變形區(qū)軸向應力的解析解和不同道次極限縮徑系數(shù)的解法，并將縮徑成形與液壓脹形相結(jié)合提出了汽車橋殼復合液壓脹形技術(shù)，研究了工藝參數(shù)對復合液壓脹形的影響，成功制造了商用車橋殼。隨后，徐永生[8]在此基礎(chǔ)上提出了管材推壓拉拔縮徑成形工藝，通過數(shù)值模擬和實驗研究分析了成形過程中的應力應變狀態(tài)和壁厚分布規(guī)律，對工藝參數(shù)進行優(yōu)化使之與橋殼脹壓成形工藝更好的配合。而北京機電研究所徐春國等[9-11]分析了管材熱縮徑過程中變形溫度、半錐角和縮徑比對縮徑成形力的影響，開發(fā)了制造掛車主軸的變溫度場縮徑成形工藝并成功制造了掛車整體空心主軸，如圖1-1所示。然而，在縮徑成形過程中，材料的硬化會隨著縮徑量增大變嚴重，導致未變形區(qū)的變形抗力增加，當變形抗力超過其屈服極限時就會導致失穩(wěn)或破裂，造成零件報廢，如圖1-2所示[13]。同時，縮徑成形的縮徑比受到原始材料性能的限制，對于塑性能力較差的材料，當縮徑比較大時必須進行多道次成形[14-16]。圖1-1掛車空心主軸[12]Fig.1-1Hollowshaftoftrailer[12]圖1-2縮徑成形缺陷[13]Fig.1-2Defectivetubeofsinkingprocess[13](a)wrinkling;(b)buckling

第1章緒論-3-1.2.2旋壓成形技術(shù)旋壓成形是一種中空回轉(zhuǎn)體零件的成形方法。旋壓時，利用旋輪的軸向和徑向運動對固定的管材端部施加局部壓力，使管材端部在旋輪作用下發(fā)生塑性變形，從而成形所需的零件，變徑管的旋壓成形原理如圖1-3所示[17]。根據(jù)變形過程中管材壁厚的變化，旋壓成形可分為普通旋壓和強力旋壓。普通旋壓只改變管材形狀，壁厚基本不發(fā)生變化；強力旋壓不僅改變形狀，還會改變其厚度。相比于其他中空零件成形方法，旋壓過程中由于是局部塑性變形，變形區(qū)小，因此所需的變形力大大降低；旋壓成形主要依靠旋輪，模具數(shù)量減少，設(shè)備簡單，易于實現(xiàn)加熱旋壓，成形柔性化程度高，已廣泛應用于鋁合金、鎂合金和鈦合金中空零件的中小批量生產(chǎn)。圖1-3變徑管旋壓成形原理[17]Fig.1-3Principleofspinningforming[17]旋壓成形技術(shù)自出現(xiàn)以來，許多學者就通過理論分析、實驗研究和數(shù)值模擬對旋壓成形變形規(guī)律和成形質(zhì)量進行了研究，為旋壓的應用提供了理論依據(jù)[18-29]。目前，旋壓成形的尺寸范圍很大，對于筒形件，其直徑在3mm~10m之間，厚度在0.4~25mm之間。隨著旋壓成形技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)不再局限于利用旋壓成形軸對稱中空零件，如三元催化器(圖1-4所示)，而是通過改變旋壓成形方式、模具結(jié)構(gòu)和偏心距等方式來成形更多形狀的零件。夏琴香等[20,21,30-32]提出了非軸對稱零件旋壓成形工藝，研究了工藝參數(shù)對非對稱旋壓成形的影響規(guī)律，并在自主研制的成形設(shè)備上成功制造了三維非對稱中空零件，如圖1-5所示，突破了傳統(tǒng)旋壓成形的限制。但是，由于旋壓技術(shù)的成形特點，成形機理復雜，影響因素較多，旋壓件的成形質(zhì)量難以準確的控制，會產(chǎn)生起皺和破裂等宏觀缺陷，如圖1-6所示。尤其是對長徑比大或厚徑比小的變徑管，旋壓成形

【參考文獻】：
期刊論文
[1]芯軸外徑對大變形推壓-拉拔復合縮徑的影響[J]. 王連東,劉超,劉恒,王曉迪,王志鵬.  中國機械工程. 2018(17)
[2]20Mn2合金鋼半掛車軸用無縫管溫熱本構(gòu)關(guān)系[J]. 張亞,徐春國,郭永強,熊建江,趙培峰.  塑性工程學報. 2015(03)
[3]厚壁管溫熱縮口與管壁增厚的數(shù)值模擬研究[J]. 張亞,徐春國,任廣升,任偉偉,郭永強,陳鈺金,鄭建,萬松.  精密成形工程. 2014(04)
[4]預成形管坯壓制成形汽車橋殼的變形分析[J]. 王連東,楊東峰,崔亞平,陳國強.  中國機械工程. 2013(19)
[5]附加前蓋對汽車橋殼脹-壓成形性的影響[J]. 崔亞平,王連東,楊立云,劉超.  中國機械工程. 2013(13)
[6]管件多道次縮徑旋壓過程的數(shù)值模擬與工藝分析[J]. 王華君,魯建飛,潘巧英,孫世為.  熱加工工藝. 2013(13)
[7]汽車橋殼液壓脹形工藝的研究及最新進展[J]. 王連東,梁晨,馬雷,王建國,楊東峰,崔亞平.  燕山大學學報. 2012(03)
[8]雙錐形管液壓成形過程中破裂和起皺的力學條件[J]. 苑文婧,劉曉航,田浩彬.  上海第二工業(yè)大學學報. 2012(01)
[9]鋁合金典型件熱介質(zhì)成形工藝的數(shù)值模擬[J]. 郎利輝,蔡高參,劉康寧,劉寶勝,杜平梅.  鍛壓技術(shù). 2011(06)
[10]內(nèi)高壓成形理論與技術(shù)的新進展[J]. 苑世劍,何祝斌,劉鋼,王小松,韓聰.  中國有色金屬學報. 2011(10)

博士論文
[1]異形截面薄壁焊管內(nèi)高壓成形規(guī)律研究[D]. 謝文才.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[2]難變形金屬筒形件熱強旋成形機理及工藝參數(shù)優(yōu)化[D]. 王興坤.華南理工大學 2018
[3]輕合金典型薄壁回轉(zhuǎn)件熱旋壓數(shù)值模擬與試驗研究[D]. 李琳琳.吉林大學 2017
[4]Ti-22Al-24.5Nb-0.5Mo板材氣脹成形微觀組織與形變耦合建模仿真[D]. 武永.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[5]商用車整體驅(qū)動橋殼成形工藝及關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李攀.機械科學研究總院 2017
[6]TA15鈦合金薄壁構(gòu)件熱強旋成形及性能強化機理研究[D]. 趙小凱.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[7]純鈦及鈦合金強力旋壓損傷演化規(guī)律及韌性斷裂預測[D]. 馬浩.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[8]中型卡車脹壓成形橋殼壓制成形工藝研究[D]. 楊東峰.燕山大學 2015
[9]非圓橫截面空心零件旋壓成形機理研究[D]. 賴周藝.華南理工大學 2012
[10]鎂合金管材熱態(tài)內(nèi)壓成形失穩(wěn)行為研究[D]. 湯澤軍.哈爾濱工業(yè)大學 2010

碩士論文
[1]高強鋼管縮徑旋壓成形性能及工藝研究[D]. 楊鑫.華南理工大學 2017
[2]重卡脹壓成形橋殼推壓拉拔縮徑工藝研究[D]. 徐永生.燕山大學 2016
[3]變溫度場下管材縮口變形規(guī)律及增厚成形工藝研究[D]. 張亞.機械科學研究總院 2015
[4]304不銹鋼旋壓件機械擴徑工藝研究[D]. 徐祺煒.燕山大學 2015
[5]管件電磁縮徑成形的有限元分析[D]. 謝宏.吉林大學 2014
[6]管件電磁縮徑成形仿真分析及工藝參數(shù)設(shè)計[D]. 何文治.華中科技大學 2011



本文編號：3057789