SAPH440管材充液压制成形规律研究
发布时间：2021-06-07 11:59
近年来,随着汽车和航空航天领域轻量化需求的提高,空心结构件得到越来越多的应用,目前空心结构件主要通过内高压成形和充液压制等一体化成形方法制造,与内高压成形相比,充液压制所需的成形压力和所需的合模压力机吨位更小,而壁厚分布更均匀,逐步取代内高压成形,应用于大部分空心结构件的成形,具有非常广阔的应用前景。首先对充液压制成形件的典型结构特征进行分类,包括外圆角、内圆角和直边三类典型结构。以刚塑性材料模型为基础,建立了圆角成形阶段和截面压缩阶段的力学分析模型,研究了成形所需的临界内压及其影响因素。通过研究发现,在圆角成形阶段,内圆角存在临界内压,临界内压与壁厚t、圆角半径R和材料的屈服强度等因素有关。在截面压缩阶段,环向力增大会导致发生直边屈曲缺陷和外圆角脱离模具缺陷,外圆角的临界内压除了受材料、壁厚t、圆角半径R影响外,还受截面环向应变εθ的影响。在此基础上,开展了SAPH440材料矩形截面管和V形截面管充液压制数值模拟和实验研究,总结了充液压制成形中产生的典型缺陷,揭示了不同截面周长压缩率对应的临界内压,研究了支撑内压、截面周长压缩率对截面形状变化、圆角充填、壁厚分布的影响,并对典型位置的...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
内高压成形技术原理[14]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-上[15]。完全符合轻量化和一体化成形的技术理念，目前已经大范围的应用于以高可靠性和轻量化为基本需求的汽车交通、航空航天等领域[16-20]。在汽车领域中，1999年推出的GMT800卡车中，就首次实现了内高压成形技术制造的前纵梁和横梁在汽车车架上的大批量应用，与传统冲压车架相比，内高压成形车架的扭转刚度增加了一倍，同时实现了15%的减重和更好的行驶性能[21]。图1-2展示了部分运用内高压成形技术得到的汽车结构件，目前为止，内高压成形技术主要应用于副车架、仪表盘支梁、排气管道等部件的制造。研究表明，家用轿车减重十分之一，其消耗的燃油量会减少6%到8%，废气排放也会减少5%到6%，在未来几十年内，汽车减重趋势仍然很明显，这也将极大的促进内高压技术等轻量化成形技术的发展和应用[22-26]。图1-2内高压成形技术在汽车上的应用[21]在航空航天领域，在同等条件下，飞行装备的结构越轻，其运载能力就越高，航程也越大。由于提高运载能力和航行距离的需要，四代战斗机结构质量系数比三代战斗机降低了4%-7%[23,27]。图1-3为某型号飞机进气道部件，目前，内高压成形技术主要应用于飞机的空心框梁、中空曲轴和异型管件、航天设备上的火箭动力系统管路接头和异形截面进气道等构件，随着航空航天装备向着大运载、低成本的方向发展，内高压成形技术也会得到越来越多的应用[28]。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-图1-4充液压制原理充液压制作为一类成形工艺在很早就被人提出，随着研究的不断深入，其具体的工艺方法也在不断发生变化，目前存在的工艺方法主要有三种。（1）低压顺序液压成形工艺(LPSH,LowPressureSequenceHydroforming)[35,36]在低压顺序液压成形工艺中，首先通过向管材内部加入低压液体仅提供支撑作用，避免管材发生胀形，之后闭合模具，管材在模具的机械压力和内部液体压力支撑的共同作用成形，其成形原理如图1-5所示[36]。此工艺可以明显降低成形内压，但是成形中管材截面周长不发生变化，只能用于制造定径零件，限制了其使用范围。图1-5低压顺序液压成形原理[36]（2）管材径压胀形技术(THFRC,TubeHydroformingwithRadialCrushing)[37-39]在管材径压胀形中，首先通过向管材内部加入高压液体将管材膨胀成预定的形状，其周长与最终成形件相应截面的周长相近，然后，降低液体压力，预成形管在模具的机械压力和内部液体压力支撑的共同作用成形，其成形原理如图1-6所示。成形中管材截面周长大于原始管材周长，扩大了充液压制技术使用范围，但由于成形中胀形时模具未完全闭合，过度胀形会产生飞边缺陷，因此需要严格控制液压大小和合模速度，这给实际应用带来了很大的困难。
【参考文献】：
期刊论文
[1]轻合金复杂薄壁构件流体压力成形技术新进展[J]. 苑世剑,刘伟,王国峰,何祝斌,凡晓波. 上海航天. 2019(02)
[2]汽车轻量化结构件内高压成形技术与装备最新进展[J]. 韩聪,苑世剑. 汽车工艺师. 2017(04)
[3]汽车轻量化材料及制造工艺研究现状[J]. 张磊. 科技展望. 2017(03)
[4]780MPa超高强钢扭力梁内高压成形研究[J]. 韩聪,贺久强,苑世剑. 精密成形工程. 2016(05)
[5]铝合金矩形截面管充液成形工艺研究[J]. 谷珊珊,郎利辉,孔德帅,吴磊. 精密成形工程. 2015(04)
[6]管材径压胀形技术[J]. 毛献昌. 液压气动与密封. 2014(10)
[7]省力液压成形的原理与途径[J]. 王仲仁,苑世剑,汤泽军,张琦. 机械工程学报. 2013(18)
[8]管件液压成形技术及其在汽车零部件制造中的应用[J]. 王习文,宗长富,郭立书,施正堂,张赫. 汽车工艺与材料. 2013(04)
[9]空心变截面构件内高压成形工艺与装备[J]. 苑世剑,韩聪,王小松. 机械工程学报. 2012(18)
[10]内高压成形管件在汽车上的应用[J]. 许桦. 汽车零部件. 2012(03)
博士论文
[1]异形截面薄壁焊管内高压成形规律研究[D]. 谢文才.哈尔滨工业大学 2018
硕士论文
[1]DP600管材充液压形回弹规律研究[D]. 李伟.哈尔滨工业大学 2017
[2]304不锈钢带筋管充液压形成形规律研究[D]. 赵倩.哈尔滨工业大学 2017
[3]50MN内高压成形主机液压系统的仿真及实验研究[D]. 洪学明.燕山大学 2014
[4]简单加载路径下管材径压胀形的成形性研究[D]. 雷攀.桂林电子科技大学 2012
本文编号：3216533
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
内高压成形技术原理[14]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-上[15]。完全符合轻量化和一体化成形的技术理念，目前已经大范围的应用于以高可靠性和轻量化为基本需求的汽车交通、航空航天等领域[16-20]。在汽车领域中，1999年推出的GMT800卡车中，就首次实现了内高压成形技术制造的前纵梁和横梁在汽车车架上的大批量应用，与传统冲压车架相比，内高压成形车架的扭转刚度增加了一倍，同时实现了15%的减重和更好的行驶性能[21]。图1-2展示了部分运用内高压成形技术得到的汽车结构件，目前为止，内高压成形技术主要应用于副车架、仪表盘支梁、排气管道等部件的制造。研究表明，家用轿车减重十分之一，其消耗的燃油量会减少6%到8%，废气排放也会减少5%到6%，在未来几十年内，汽车减重趋势仍然很明显，这也将极大的促进内高压技术等轻量化成形技术的发展和应用[22-26]。图1-2内高压成形技术在汽车上的应用[21]在航空航天领域，在同等条件下，飞行装备的结构越轻，其运载能力就越高，航程也越大。由于提高运载能力和航行距离的需要，四代战斗机结构质量系数比三代战斗机降低了4%-7%[23,27]。图1-3为某型号飞机进气道部件，目前，内高压成形技术主要应用于飞机的空心框梁、中空曲轴和异型管件、航天设备上的火箭动力系统管路接头和异形截面进气道等构件，随着航空航天装备向着大运载、低成本的方向发展，内高压成形技术也会得到越来越多的应用[28]。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-图1-4充液压制原理充液压制作为一类成形工艺在很早就被人提出，随着研究的不断深入，其具体的工艺方法也在不断发生变化，目前存在的工艺方法主要有三种。（1）低压顺序液压成形工艺(LPSH,LowPressureSequenceHydroforming)[35,36]在低压顺序液压成形工艺中，首先通过向管材内部加入低压液体仅提供支撑作用，避免管材发生胀形，之后闭合模具，管材在模具的机械压力和内部液体压力支撑的共同作用成形，其成形原理如图1-5所示[36]。此工艺可以明显降低成形内压，但是成形中管材截面周长不发生变化，只能用于制造定径零件，限制了其使用范围。图1-5低压顺序液压成形原理[36]（2）管材径压胀形技术(THFRC,TubeHydroformingwithRadialCrushing)[37-39]在管材径压胀形中，首先通过向管材内部加入高压液体将管材膨胀成预定的形状，其周长与最终成形件相应截面的周长相近，然后，降低液体压力，预成形管在模具的机械压力和内部液体压力支撑的共同作用成形，其成形原理如图1-6所示。成形中管材截面周长大于原始管材周长，扩大了充液压制技术使用范围，但由于成形中胀形时模具未完全闭合，过度胀形会产生飞边缺陷，因此需要严格控制液压大小和合模速度，这给实际应用带来了很大的困难。
【参考文献】：
期刊论文
[1]轻合金复杂薄壁构件流体压力成形技术新进展[J]. 苑世剑,刘伟,王国峰,何祝斌,凡晓波. 上海航天. 2019(02)
[2]汽车轻量化结构件内高压成形技术与装备最新进展[J]. 韩聪,苑世剑. 汽车工艺师. 2017(04)
[3]汽车轻量化材料及制造工艺研究现状[J]. 张磊. 科技展望. 2017(03)
[4]780MPa超高强钢扭力梁内高压成形研究[J]. 韩聪,贺久强,苑世剑. 精密成形工程. 2016(05)
[5]铝合金矩形截面管充液成形工艺研究[J]. 谷珊珊,郎利辉,孔德帅,吴磊. 精密成形工程. 2015(04)
[6]管材径压胀形技术[J]. 毛献昌. 液压气动与密封. 2014(10)
[7]省力液压成形的原理与途径[J]. 王仲仁,苑世剑,汤泽军,张琦. 机械工程学报. 2013(18)
[8]管件液压成形技术及其在汽车零部件制造中的应用[J]. 王习文,宗长富,郭立书,施正堂,张赫. 汽车工艺与材料. 2013(04)
[9]空心变截面构件内高压成形工艺与装备[J]. 苑世剑,韩聪,王小松. 机械工程学报. 2012(18)
[10]内高压成形管件在汽车上的应用[J]. 许桦. 汽车零部件. 2012(03)
博士论文
[1]异形截面薄壁焊管内高压成形规律研究[D]. 谢文才.哈尔滨工业大学 2018
硕士论文
[1]DP600管材充液压形回弹规律研究[D]. 李伟.哈尔滨工业大学 2017
[2]304不锈钢带筋管充液压形成形规律研究[D]. 赵倩.哈尔滨工业大学 2017
[3]50MN内高压成形主机液压系统的仿真及实验研究[D]. 洪学明.燕山大学 2014
[4]简单加载路径下管材径压胀形的成形性研究[D]. 雷攀.桂林电子科技大学 2012
本文编号：3216533
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