[发明专利]管件液压成形的加载路径快速确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及管件液压成形领域。

背景技术

管件液压成形技术近几年发展迅速，在航空航天、汽车、兵器等领域的应用越来越多，管件液压成形技术生产的零件具有减轻质量、节约材料、提高强度与刚度、减少零件和模具数量、降低生产成本等优点。可用于制造沿零件轴线变化的圆形、矩形截面或异型截面构件。

目前优化构件的先进制造技术和减轻结构质量成为各方关注的焦点，特别是近年来由于燃料和原材料成本原因及环保法规对汽车废气排放的严格限制，使汽车结构的轻量化显得日益重要，对于轿车，每减轻重量10％，油耗可降低8％-10％。结构轻量化除了采用轻体材料(镁合金、钛合金和复合材料等)外，减重的另一个主要的途径就是在结构上采用“以空代实”，即对于承受以弯曲或扭转载荷为主的构件，采用空心结构取代实心结构，这样既可以减轻重量节约材料又可以充分利用材料的强度和刚度。例如采用空心度(内径与外径之比)0.85空心轴代替实心轴，在同样抗扭能力下，质量减轻近50％。管件液压成形技术正是在这样的背景下，开发出来的一种减重、节材、节能，具有很广泛应用前景的轻体构件的先进制造技术。

管件液压成形技术的成形原理是以管坯为原材，通过内部施加液体压力和轴向加力补料将管坯压入到模具型腔使其成形。图1至图4为管件液压成形工艺步骤示意图。对于轴线为曲线的构件，需要把管坯预弯成接近零件形状，然后加压成形。

管件液压成形是在内压和轴向补料联合作用下的复杂成形过程，轴向补料与内压的关系称为加载路径，只有给出合理的加载路径，才能获得合格的最终零件。在实际成形过程中，如果加载路径设计的不合理，当压力上升速度较慢，轴向进给速度较快，轴向变形来不及转化为周向变形，材料就会在轴向聚集形成折叠，使管坯产生屈曲或起皱；当压力上升速度较快，而轴向进给速度较慢，即轴向进给量不足以补偿周向变形量，出现减薄过度以致破裂。加载路径影响零件截面的形状，厚度分布和最终的成形尺寸。不同加载路径对成形件壁厚分布的影响也不同。所以加载路径是管件液压成形中的关键参数，它的确定受零件几何形状，材料性能、壁厚、管径及成形半径等多方面因素的影响。如何优化和调整加载路径是管件液压成形中的技术核心，采用优化后合理的加载路径，可以有效地实现成形区的补料，从而获得更小的壁厚减薄率和相对均匀的壁厚分布，提高管件的成形极限。

发明内容

本发明是为解决现有管件液压成形合理加载路径的确定依靠经验和试验摸索，既增加试验成本，又浪费大量时间的问题，而提供一种管件液压成形的加载路径快速确定方法。

本发明的技术方案是按以下步骤实现的：

步骤一：确定最终初始内压p_h：根据成形管坯的壁厚，管坯直径，管坯材料的屈服应力计算出初始胀形压力p₀，计算公式为：

p0=11-β2tdσs]]>

式中t为管坯壁厚，d为管坯直径，σ_s是材料的屈服应力，β为轴向应力σ_z和环向应力σ_θ的比值，液压成形时施加的轴向力为压力，β的取值范围是-1≤β≤0；

由p₀±0.3MPa得到p₁和p₂；根据管材成形前后体积不变原则计算出理论补料量S₀，理论补料量S₀分别与p₀、p₁、p₂配合，得到三条加载路径，根据所述三条加载路径的模拟结果进行调整，来确定成形区间的膨胀压力的上限p_max和下限p_min，并以所述区间得到一个最终初始内压p_h；最终初始内压p_h的范围为0.7p₀～1.3p₀Mpa；