內(nèi)高壓脹形技術(shù)具有成形產(chǎn)品剛度好、質(zhì)量輕和生產(chǎn)效率高等特點(diǎn),因此該技術(shù)在航天和汽車等領(lǐng)域具有廣闊的市場前景。內(nèi)高壓成形的本質(zhì)是典型的流-固耦合問題,在實(shí)際流場與管件進(jìn)行耦合作用的過程中,其內(nèi)部流場特性具有一定的復(fù)雜性。采用流-固耦合方法研究內(nèi)高壓成形過程較傳統(tǒng)的通過向管件內(nèi)壁施加等效均布載荷的分析方法更具優(yōu)勢。利用流-固耦合方法對汽車發(fā)動機(jī)橫梁內(nèi)高壓成形進(jìn)行分析,能夠?qū)⒐軆?nèi)流體流速的波動、壓力的衰減等復(fù)雜的物理現(xiàn)象考慮在內(nèi),模擬真實(shí)流場載荷下的成形過程,為發(fā)動機(jī)橫梁等汽車復(fù)雜異形管類零部件內(nèi)高壓成形技術(shù)的實(shí)際工程應(yīng)用提供有力指導(dǎo)。本文采用實(shí)驗(yàn)與仿真相結(jié)合的方式對汽車發(fā)動機(jī)橫梁內(nèi)高壓成形進(jìn)行分析研究。首先自行設(shè)計并搭建典型充液結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng),通過實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果的對比驗(yàn)證流-固耦合數(shù)值計算方法和模擬液體流動程序的正確性。隨后,分別開展了20#鋼矩形截面管件無軸向進(jìn)給的液壓脹形實(shí)驗(yàn)以及對應(yīng)工況下基于流-固耦合方法的數(shù)值模擬,通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值計算結(jié)果的對比驗(yàn)證了流-固耦合方法在管件內(nèi)高壓成形建模和數(shù)值計算的正確性,并分析了典型截面管件內(nèi)高壓成形過程中關(guān)鍵參數(shù)對成形質(zhì)量的影響規(guī)律。以此為基礎(chǔ),建立汽車發(fā)動機(jī)橫梁內(nèi)高壓成形流-固耦合有限元模型,擬定主要工藝參數(shù)并進(jìn)行數(shù)值模擬,分析不同成形壓力、液壓加載時間和液壓加載路徑對成形質(zhì)量的影響規(guī)律。結(jié)果表明,隨著內(nèi)壓力升高,橫梁減薄率增大,當(dāng)成形壓力值達(dá)到200 MPa時,橫梁已完成貼模,壁厚基本不再發(fā)生變化;液壓加載時間越久,減薄率會隨之下降,當(dāng)加載時間為2.5 s時,橫截面A減薄率降為最低21.0%,成形質(zhì)量最佳;先緩慢后快速的液壓加載方式有助于管件前期材料的流動,從而提高橫梁成形壁厚的均勻性,降低壁厚減薄率,改善成形質(zhì)量。本文通過實(shí)驗(yàn)與仿真相結(jié)合的方法,完成了基于流-固耦合方法的汽車發(fā)動機(jī)橫梁內(nèi)高壓成形研究,為發(fā)動機(jī)橫梁內(nèi)高壓成形技術(shù)的工程應(yīng)用提供了指導(dǎo)和參考。
【學(xué)位單位】：廣西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U464
【部分圖文】：

內(nèi)高壓成形技術(shù)及流-固耦合方法 內(nèi)高壓成形技術(shù)概況內(nèi)高壓成形（Internal High Pressure Forming, 簡稱 IHPF）是制造空心變截件和鈑金件整體成形的主流工藝之一[11]。具有降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量、節(jié)省材料、和零件數(shù)量、提高材料使用率、降低生產(chǎn)成本和提升產(chǎn)品剛度與強(qiáng)度等內(nèi)高壓成形過程技術(shù)原理如圖 1-2 所示，為了能夠?qū)⒐芗玫姆湃腩A(yù)成，金屬板卷管件經(jīng)過彎管工藝加工成初步具備外形結(jié)構(gòu)的彎管。對于技術(shù)形截面管件首先需進(jìn)行第一步的預(yù)成形處理，其目的是有助于提高產(chǎn)品的量。將預(yù)成形后的管件放入具有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的模具型腔中，持續(xù)向管內(nèi)注入，同時在管件兩端沿軸向施加推力進(jìn)行軸向補(bǔ)料，在內(nèi)壓力和軸向推力的下，管件發(fā)生塑性變形并與模具內(nèi)壁貼合，脹形為所要求截面尺寸的產(chǎn)品內(nèi)高壓成形后的零部件進(jìn)行沖孔、裁邊等加工處理，得到最終產(chǎn)品零部件

管坯在液體介質(zhì)的作用下發(fā)生形變并與模具內(nèi)壁貼合，從而成形出所件的加工工藝。作為能夠從技術(shù)層面有效降低汽車金屬結(jié)構(gòu)件質(zhì)量的途管件內(nèi)高壓脹形技術(shù)在汽車、機(jī)械和航空領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[14]。如圖 1-3 汽車排氣系統(tǒng)在傳統(tǒng)沖壓焊接工藝和內(nèi)高壓成形工藝下的對比圖可以看出，與傳統(tǒng)的沖壓焊接排氣系統(tǒng)相比，采用內(nèi)高壓成形技術(shù)的排氣件不僅可以減少焊接和裁邊帶來的自身重量的增加和材料的浪費(fèi)；由于一可降低零部件的應(yīng)力集中，因此還能夠有效提高剛度和強(qiáng)度，尤其是產(chǎn)品度；在產(chǎn)品質(zhì)量上，內(nèi)高壓成形技術(shù)能夠提高汽車零部件的成形精度，同續(xù)進(jìn)行零件裝配過程中的誤差；在汽車排氣系統(tǒng)的內(nèi)高壓成形過程中，所部件被整體成形件取代，因而成形模具數(shù)量更少，生產(chǎn)成本得到降低。通成形技術(shù)可以制備各式各樣的結(jié)構(gòu)尺寸靈活的排氣系統(tǒng)零部件，如圖 1-4不同車型下的汽車排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件，采用內(nèi)高壓技術(shù)使得復(fù)雜異形中空結(jié)排氣系統(tǒng)的生產(chǎn)成為可能，為汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展提供了空間，光滑的不僅提升了產(chǎn)品的美觀性，其內(nèi)部流體的流動特性也將得到改善[15]。

部件被整體成形件取代，因而成形模具數(shù)量更少，生產(chǎn)成本得到降低。通成形技術(shù)可以制備各式各樣的結(jié)構(gòu)尺寸靈活的排氣系統(tǒng)零部件，如圖 1-4不同車型下的汽車排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件，采用內(nèi)高壓技術(shù)使得復(fù)雜異形中空結(jié)排氣系統(tǒng)的生產(chǎn)成為可能，為汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展提供了空間，光滑的不僅提升了產(chǎn)品的美觀性，其內(nèi)部流體的流動特性也將得到改善[15]。(a) 沖壓焊接工藝 (b) 內(nèi)高壓成形工藝(a) Stamping process (b) Tube hydroforming process圖 1-3 排氣系統(tǒng)在不同工藝下對比Figure 1-3 Comparation of the exhaust system under different processes
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉忠利;郭訓(xùn)忠;徐金波;王劉安;馬福業(yè);陶杰;駱心怡;;汽車排氣管件內(nèi)高壓成形數(shù)值模擬及試驗(yàn)[J];塑性工程學(xué)報;2015年04期

2 張豫寧;李健;李彬;袁杰;;微型車后橋液力成形工藝的理論與仿真研究[J];鍛壓技術(shù);2014年09期

3 杜冰;趙長財;劉一江;董國疆;;管材內(nèi)高壓成形變形模式研究[J];機(jī)械工程學(xué)報;2014年16期

4 榮吉利;馮志偉;項(xiàng)大林;李健;李彬;;汽車后橋縮徑-脹形工藝的仿真分析[J];北京理工大學(xué)學(xué)報;2014年03期

5 張士宏;徐勇;程明;袁安營;;脈動液壓成形技術(shù)與設(shè)備[J];機(jī)械工程學(xué)報;2013年24期

6 周玉梅;雷君相;;圓筒形件充液拉深皺曲和破裂極限的研究[J];熱加工工藝;2013年01期

7 苑世劍;何祝斌;劉鋼;王小松;韓聰;;內(nèi)高壓成形理論與技術(shù)的新進(jìn)展[J];中國有色金屬學(xué)報;2011年10期

8 郭正;劉君;陳廣南;;安溢活門動態(tài)特性的流固耦合數(shù)值分析[J];機(jī)械工程學(xué)報;2008年08期

9 錢若軍;董石麟;袁行飛;;流固耦合理論研究進(jìn)展[J];空間結(jié)構(gòu);2008年01期

10 江海濤;米振莉;唐荻;王海全;代永娟;;TWIP鋼拉伸變形過程中微觀組織的原位觀察[J];材料工程;2008年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 袁杰;基于內(nèi)高壓成形技術(shù)的某SUV車型發(fā)動機(jī)橫梁的實(shí)驗(yàn)與仿真[D];廣西科技大學(xué);2015年

2 陳曉曉;四通管內(nèi)高壓成形有限元模擬及工藝分析和優(yōu)化[D];哈爾濱理工大學(xué);2015年

3 張柯;某轎車后懸架擺臂內(nèi)高壓成形仿真研究[D];燕山大學(xué);2014年

4 陳奉軍;管材徑壓脹形成形規(guī)律的研究[D];桂林電子科技大學(xué);2009年

本文編號：2844624