[发明专利]一种管材塑性成形三维主应力理论成形极限图的制作方法

说明书

本发明公开一种管材塑性成形三维主应力理论成形极限图的制作方法，包括：将管材切制成单向拉伸试件，并对所述单向拉伸试件进行拉伸试验获得所述管材的基本参数；根据所述基本参数获得不同厚向应力条件下的第一极限主应力和第二极限主应力；根据设定的第三主应力和所述第一极限主应力以及所述第二极限主应力绘制三维主应力理论成形极限图。本发明制作方法通过单向拉伸试验获取管材的基本参数，进而根据管材的基本参数获得第一极限主应力和第二极限主应力，根据第一极限主应力和第二极限主应力和预设的第三主应力三维主应力理论成形极限图；通过引入厚向应力，形成三维主应力理论成形极限图，从而提高管材成形极限预测的准确。

技术领域

本发明涉及管材塑性成形领域，特别是涉及一种管材塑性成形三维主应力理论成形极限图的制作方法。

背景技术

轻合金板、管材构件的塑性成形在现代工业生产中逐渐向主导地位发展，特别是在航空航天业、汽车制造业、化工轻工和装备制造业等领域有着非常广泛的应用。据统计，金属板料成形零件的数量占飞机零件总数的50％，占轿车零件总数的75％以上，若替代为轻合金材料将大幅提高产品的综合性能。板管材构件的重要特征是厚度方向尺寸相对于长宽方向较小，通过冲压和内高压等成形工艺可使其变为空心变截面等薄壳构件，是零部件轻量化和功能集成化的有效途径。

成形过程中最主要的失效形式是破裂与起皱，所加工的板、管材构件处于临界破裂与起皱之间的材料性能界限称为成形极限。起皱主要是以压应力为主的拉—压和压—压两种应力状态的不同比例组合而产生的作用结果。实际生产中可通过优化工艺增加压边力或者添加拉延筋等方式解决起皱问题，但压边力过大会导致板料破裂，因此人们最为关注的还是板料成形过程中的破裂失稳问题，通过研究成形极限来作为板壳的破裂失稳的极限指标，确定板壳能够承受的成形极限及在成形过程中发生破坏的时间和位置，以便采取措施加以避免。

传统的应变成形极限图和应力成形极限图往往都认为厚向应力相对于板内应力较小，可忽略厚向应力的影响，假设为平面应力状态。在液压胀形成形、快速气胀成形、粘性介质成形、渐进成形和颗粒介质成形等特种板、管材构件成形工艺的实际应用日益广泛，特别是在解决轻质合金薄壳构件温热成形方面表现显著。但是，新型的成形工艺特征使得传统薄壳理论中给定的平面应力假设条件的适应性产生了疑问，如对AA6061挤压管材进行560℃，120min固溶处理后，屈服强度和抗拉强度分别降低了近90％和60％，原始管材的屈强比σ_s/σ_b由原始管材的的0.899降低至处理后的0.174-0.359之间；多数高强铝合金、镁合金和钛合金管、板材的成形均需采用温热成形工艺，材料加热后其强度和屈强比也将大幅降低。在成形过程中厚向应力在面内应力的占比变大，在一些薄壳金属材料成形过程中已不能再忽略厚向应力的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种管材塑性成形三维主应力理论成形极限图的制作方法，考虑到厚向应力的影响，以提高管材成形极限预测的准确。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种管材塑性成形三维主应力理论成形极限图的制作方法，所述制作方法包括：

将管材切制成单向拉伸试件，并对所述单向拉伸试件进行拉伸试验获得所述管材的基本参数；

根据所述基本参数获得不同厚向应力条件下的第一极限主应力和第二极限主应力；

根据设定的第三主应力和所述第一极限主应力以及所述第二极限主应力绘制三维主应力理论成形极限图。

可选的，所述制作方法还包括：

根据所述基本参数进行有限元分析实验，并从所述有限元分析实验的实验结果中提取多条母线中不同层面的应力值；

根据各所述不同层面的应力值绘制三维主应力轨迹空间曲线；