介绍了立式倒拉伸钢质无缝气瓶瓶体的一项新技术。该技术采用了方钢坯加热、高压水除鳞、液压机整形、穿孔、立式倒拉伸与瓶体精整压光的成形新工艺并开发了先进的液压机本体及其水液压二通插装阀控制系统。

本文在可压缩材料简化屈服准则的基础上,根据塑性平衡方程和特征线理论推证出了可压缩材料轴对称问题的滑移线应力方程,提出了应力方程数值差分解法.

针对管材截面形状异型以及管坯存在扭转角度造成的成形困难问题,结合内高压成形和压制成形提出液压压制成形法。对异型管件液压压制成形过程进行理论分析和实验研究,采取正交实验模拟方案,探究管坯初始压力、最大压力、整形时间对GH4169高温合金薄壁管成形过程管坯最大减薄率和最大回弹量的影响显著性。结果表明:初始压力和整形时间分别对管坯减薄率和回弹量影响最大;最大压力对管坯减薄率和回弹量影响不显著。获得了最优参数组合,将管坯壁厚分布和回弹效果与实验结果进行了对比,回弹对零件成形影响较小,回弹误差可被控制在1%以内,截面周长误差为0.47%~0.8%;最大减薄发生在凸面中间区域,并且凸面壁厚分布均匀,模拟结果与实验结果一致。

为了探究汽车排气系统波纹管的疲劳寿命影响机理,基于ABAQUS软件建立了某型号汽车波纹管液压成形和静力学分析有限元模型,通过扫描电子显微镜、X射线衍射等测试手段研究了不同特征区成形后的组织演变机理。由于波纹管高周疲劳试验条件的局限性,采用预应变模拟法实现了波谷区的高周疲劳加载。有限元结果表明,成形后波谷处真应变为0.03~0.10,波峰处为0.20~0.29,轴向拉伸、周向扭转和横向弯曲3种实际工况条件下的应力集中都在波谷处。物理试验结果表明,液压成形后不同特征区形变诱导马氏体相变程度随应变上升不断增强,TiN轴比先变大后又由于发生破碎进而降低。通过对比0.1预应变试样和波谷试样的组织形貌差异验证了物理模拟试验的有效性。高周疲劳试验结果显示,成形带来的亚稳态奥氏体含量降低和TiN伸长对波谷区疲劳性能有较大损害。

压边力控制技术(BHFT)是大型覆盖件成形和先进成形设备制造的共性关键技术之一。BHFT涉及液压元件制造、自动控制、成形工艺以及成形装备等诸多技术领域,是制约冲压生产的重要因素,也是板材成形领域的研究热点和难点。从理想压边力行程曲线、加载模式、压边力随行程或区域变化以及控制方式和方法等方面,综合分析了国内外BHFT研究现状。对BHFT提出了按传力介质和加载与耗能方式的不同进行分类的方法,并将磁力压边归入以磁性材料为传力介质的压边方法。对压边过程中的受力情况进行了分析和分类,定性分析了不同压边方法的能耗。指出了在拉深成形过程中,用于抑制板坯起皱所需要的压边力做功很小,采用电控永磁压边的内力加载方式可显著降低能耗和减小设备吨位,可望为BHFT的发展开辟一种新途径。

基于拉伸试验和冲击液压胀形技术,研究了不同退火工艺对H65黄铜管力学性能和成形性能的影响。首先,基于拉伸试验分析了不同退火工艺参数下管材的力学性能,结果表明,随着退火温度的升高,强度和硬度下降,塑性上升,保温时间对材料力学性能的影响较小。然后,从胀形高度、壁厚分布和圆角半径等方面分析了管材的胀形性能和填充性能,结果表明,随着退火温度的升高,破裂内压逐渐减小,胀形高度和壁厚减薄逐渐增大,壁厚分布均匀性和填充性能得到改善,保温时间对成形性能影响不大,但可通过适当延长保温时间来提高材料的成形性能。最后,综合考虑管材力学性能和成形性能的影响,确定退火温度450℃、保温时间60 min为较理想的退火工艺。

从复合管液压成形力学模型、边界条件约束和弹塑性分析的角度,讨论了塑性成形过程力学计算模型的差异,分析了双金属复合管液压成形过程应力、应变以及残余应力的非线性分布规律,提供了准确的有限元分析模型以及胀接区间确定方法,探究了基管和衬管间初始间隙对结果的影响。结果表明:双金属复合管成形过程是一个复杂的非线性过程,传统的模型对残余接触应力的计算存在误差;建立了考虑变形协调和轴向等效应力的液压胀接过程模型,利用应力变化曲线关系准确地确定了胀接应力区间;胀接完成后基管和衬管最大应力点为衬管外壁;制管时应减小复合管初始间隙。

针对波纹管液压成形后回弹易导致波高偏离设计尺寸的问题,运用ABAQUS有限元软件对波纹管液压成形及回弹过程进行了数值模拟,基于Box-Behnken试验设计,建立了成形参数与波高之间的二次多项式预测方程。建立了波高控制模型,在成形参数可控性分析的基础上,给出了改变模片厚度和内压力的波高控制方法。在以上分析的基础上,通过数值迭代求解得到了控制波高的参数组合并进行了试验验证。结果表明,试验样件的波高与设计值的误差为0.31%,由此验证了控制方案的可行性,成功实现了对波纹管波高的精确控制,为此类零件的精确液压成形提供了参考。

为获得不锈钢三通管脉动液压成形的最佳工艺参数,首先通过有限元方法研究了脉动加载条件下振幅和频率对零件成形性的影响规律。然后,结合响应面法,采用Box-Behnken方案进行了设计,建立了响应模型并研究了成形过程。以振幅、频率和轴向进给量为设计变量,目标件的最大减薄量和成形后总高度为响应量。结果表明,在一定范围内,大脉动加载振幅和小频率有助于改善三通管的成形性。响应面优化结果表明,在振幅为5 MPa、频率为0.8 Hz和轴向进给量为70 mm的组合下,可使零件成形总高度达到97.6 mm,最大减薄率控制在20%以内。试验获得零件的实际成形总高度为95 mm,最大减薄率为19.76%,试验结果与数值模拟吻合良好,且无明显缺陷,验证了响应面模型的准确性,并获得了最佳成形工艺参数。

针对板料拉深成形微能耗压边系统的关键技术—封闭容腔液体压力伺服控制,建立了系统的物理模型;基于节点法建立了模型中各元件的数学模型,同时考虑管道效应,应用模态近似法建立了管道集中参数动态模型。以此为基础,采用数值模拟方法研究了封闭容腔液体压力的控制特性及其参数影响规律,并进行了实验验证。结果表明,在给定参数范围内,封闭容腔液体压力具有无超调、响应快、精度高等优点,为微能耗压边系统的工程应用提供了依据。