管件液压成形的加载路径快速确定方法技术

管件液压成形的加载路径快速确定方法，它涉及管件液压成形领域，它解 决了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，其步骤如下：先利用理论计算出初始内压，定 出成形区间，然后调整轴向补料量进行数值模拟，根据计算结果确定合理的补 料量，最后调节加载路径的斜率，获得合理的加载路径。本发明专利技术能够准确、快 速确定出管件液压成形合理的加载路径，从而节约时间和试验成本；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。本发明专利技术所确定的加载路径应 用于管件液压成形技术中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及管件液压成形领域。
技术介绍
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.S5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3零件截面的形状，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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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/^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p。，计算公式为1『r^式中^为管坯壁厚，j为管坯直径，^是材料的屈服应力，-为轴向应力^和环向应力C70的比值，液压成形时施加的轴向力为压力，-的取值范 围是-l《》《0;由A)±0.3得到Pl和/ 2;根据管材成形前后体积不变原则计算出理论补料量So，理论补料量&分别与A)、 A、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pmax和下限Anin，并以所述区间得到一个最终初始内压A;步骤二确定最终的轴向补料量Sh: &为理论补料量^的90%， &为理 论补料量&的80%,根据步骤一计算出的最终初始内压A分别与补料量So、 &、 &配合，得到三条加载路径，根据三条加载路径的模拟结果进行调整，得 出最终的轴向补料量&;步骤三确定加载路径的斜率加载路径的斜率即确定加载路径与横坐 标轴的交角a ;选取不同a角的加载路径进行数值模拟，根据模拟结果进行优 化，得出a角，即得到了管件液压成形件的最佳加载路径。本专利技术的有益效果是首先准确地快速确定出管件液压成形合理的加载路径，从而节约时间和试验成本；其次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。 附图说明图1至图4是管件液压成形工艺过程示意图；图5是具体实施方式二中确 定初始内压的示意图；图6是具体实施方式四中确定补料量的示意图；图7 是具体实施方式六中确定加载路径的斜率的示意图。具体实施例方式具体实施方式一本实施方式的步骤如下步骤一 确定最终初始内压a:初始内压是管件液压成形工艺中的重 要参数，直接影响成形区间的划分，根据成形管坯的壁厚，管坯直径，管坯材 料的、值计算出初始胀形压力/7()(MPa)，计算公式为1式中^为管坯壁厚(mm)，d为管坯直径(mm)， 。s是材料的屈服应力(MPa)， ^为轴向应力、和环向应力。。的比值，液压成形时施加的轴向力为压力， ^的取值范围是-l《刃《0;由公式1得到初始胀形压力^的大小与管坯的壁厚f和屈服应力^成正 比，与管坯的直径d成反比。由p0±0.3得到&和p2;根据管材成形前后体积不变原则计算出理论补料 量&，理论补料量&分别与a)、 a、 a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pmax 和下限Anin，并以所述区间得到一个最终初始内压Ph;步骤二 确定最终的轴向补料量&:轴向补料量是管件液压成形工艺 的另一个重要参数，直接影响成形过程以及成形零件的壁厚分布；&为理论补 料量&的卯％， &为理论补料量&的80%，根据步骤一计算出的最终初始内压a分别与补料量&、 &、 &配合，得到三条加载路径，根据三条加载路径的模拟结果进行调整，得出最终的轴向补料量&;步骤三 确定加载路径的斜率a:确定了最终初始内压/7h和轴向补料量5h后，基本上可以成形出合格的零件，但为了找出最佳的加载路径，还需确定加载路径的斜率，加载路径的斜率即确定加载路径与横坐标轴的交角a ; 90° >a>0° ;加载路径斜率的物理意义是指在同一内压下，轴向补料量的 增加速率，不同a角的加载路径计算的结果是有差别的；选取不同a角的加载 路径进行数值模拟，根据模拟结果进行优化，得出a角，即得到了管件液压成 形件的最佳加载路径。在一般情况下a角越接近90°越好，也就是说在大规 模补料之前，先对管坯施加一定的内压，使管坯材料产生初步胀形，形成轻微 的塑性流动，有利于以后金属的流动和补料的顺利进行。具体实施方式二结合图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于最终初始内压A的范围为0.7A) 1.3/7()MPa。其它步骤与具体 实施方式一相同。在此条件下，可以成形出表面无裂纹、内外壁光滑、平整、 壁厚均匀、无缺损和无变形的管件；管件的壁厚偏差不得超过10%~14%;完 成的管壁最小达0.5mm 4mm;成品率到达99%。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一不同点在于最终初始内 压A为l.lpoMPa。其它步骤与具体实施方式一相同。在此条件下，可以成形 出表面无裂纹、内外壁光滑、平整、壁厚均匀、无缺损和无变形的管件；管件 的壁厚偏差不得超过12%;完成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
管件液压成形的加载路径快速确定方法，其特征在于它步骤如下：　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ｐ↓［０］，计算公式为：　ｐ↓［０］＝１／（１－β）　２ｔ／ｄσ↓［ｓ］　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ｐ↓［０］±０．３得到ｐ↓［１］和ｐ↓［２］；根据管材成形前后体积不变原则计算出理论补料量Ｓ↓［０］，理论补料量Ｓ↓［０］分别与ｐ↓［０］、ｐ↓［１］、ｐ↓［２］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］；　步骤二：确定最终的轴向补料量Ｓ↓［ｈ］：Ｓ↓［１］为理论补料量Ｓ↓［０］的９０％，Ｓ↓［２］为理论补料量Ｓ↓［０］的８０％，根据步骤一计算出的最终初始内压ｐ↓［ｈ］分别与补料量Ｓ↓［０］、Ｓ↓［１］、Ｓ↓［２］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，得出最终的轴向补料量Ｓ↓［ｈ］；　步骤三：确定加载路径的斜率：加载路径的斜率即确定加载路径与横坐标轴的交角α；选取不同α角的加载路径进行数值模拟，根据模拟结果进行优化，得出α角，即得到了管件液压成形件的最佳加载路径。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林俊峰，李峰，苑世剑，
申请(专利权)人：林俊峰，李峰，苑世剑，
类型：发明
国别省市：93