管材充液压制是一种先进的低载荷液压成形工艺,可用于整体成形复杂薄壁管状构件。与内高压成形不同,充液压制过程中内压只起支撑作用避免失稳屈曲,主要通过模具压制获得管件外形轮廓。压制过程管坯厚向存在拉-压应力梯度,导致卸载后管件截面易产生回弹,影响尺寸精度。本研究通过对5052、AZ31B和TA1三种管材进行充液压制成形实验,分析了支撑内压和环向压缩率对矩形管件横截面尺寸的影响规律。结果表明当支撑内压为0.6ps~0.8ps时,管件截面的回弹最小,此时最大回弹量小于1.5 mm,对应回弹率小于5.2%,上、下圆角半径相差小于0.1 mm。通过控制环向压缩率可减小管件回弹,截面尺寸与设计尺寸相差小于0.2 mm,尺寸偏差小于0.7%。对于5052-H、5052-O、AZ31B-M和TA1-Y矩形管件,其控制尺寸精度所需的环向临界压缩率分别为1.8%、1.7%、1.9%和1.8%。

目的针对轻质高强异形管状构件的迫切需求,研发了充液压制成形技术,以在低载荷下成形出具有高强度、大尺寸、小圆角等特征的异形空心薄壁管状构件。方法给出了充液压制成形的力学原理,建立了成形过程压制力计算模型与临界支撑内压理论模型,分析了充液压制成形过程失稳屈曲/起皱规律、圆角充填机理与壁厚分布规律。结果当管材充液压制过程所需的支撑内压为内高压成形压力的1/10~1/20时,就可以避免管坯发生失稳屈曲与起皱,同时使压制力大幅降低。在弯曲与压缩应力复合作用下对管坯进行圆角充填,充液压制成形得到的管件壁厚减薄非常小。结论利用小吨位合模压力机在超低压条件下可以充液压制成形出具有小圆角与均匀壁厚的轻质高强异形管件,解决了传统内高压成形压力高、易发生开裂等难题。

以弯曲轴线异形截面某型号汽车发动机托架为依托零件,研究并优化充液压制在充液成形工艺中的应用。通过分析目标零件结构特征,确定该零件的成形难点为矩形截面圆角区域的壁厚减薄。为了避免在压管过程中截面过度畸变及管材环向材料分布不均匀,设计出在弯管-充液压制-充液整形的工艺路径。应用数值模拟和实验的方法研究了不同的支撑内压对成形效果的影响,进而优化预成形工艺,最终获得合格零件。

通过数值模拟和实验研究了不同工艺参数对DP780高强钢扭力梁液压成形结果的影响,以改善零件的成形质量。理论证明了在V形区域内,上模与管材之间的间隙(管材凹陷深度)对液压终成形后零件的成形质量具有重要影响。因此,在预成形过程中采用内压支撑工艺,并讨论了不同支撑内压对成形结果的影响。结果表明,在预成形过程中,在适当的支撑内压范围内进行成形,可以有效地改善厚度分布。在液压终成形过程中,研究了轴向补料时支撑内压对管材成形的影响。结果表明,适当的支撑内压可以避免管端皱纹的产生,并可有效地改善管端附近的厚度分布。最后,通过液压成形工艺制造出了合格的扭力梁。