由于燃料和原材料成本原因以及环保法规对废气排放的严格限制,使得汽车结构的轻量化显得日益重要,内高压成形工艺就是在这样的背景下发展起来的一种管类零件液压成形新技术.采用内高压成形工艺制造的空心截面结构件具有质量轻、刚度好、零件数量少、可减少后续加工,以及成本低等优点.近年来,德国、美国、日本等国已将内高压成形技术应用于汽车、航空等制造领域,产生了良好的社会及经济效益.液压冲孔则是在内高压成形技术日趋成熟的基础上发展起来的一项管类零件冲孔新工艺,它是利用高压液体介质为管件提供背压,用以代替金属材质的凹模或冲头,完成冲裁工艺.目前,随着内高压成形工艺的日益普及,液压冲孔工艺也已引起了国内外学者的密切关注,并对其开展了实验和应用研究.但是,在理论研究领域,有关液压冲孔变形机理及工艺参数影响规律的研究尚未见报道. 液压冲孔是一个复杂的塑性加工过程,具有明显的物理非线性和几何非线性的大变形特征.本文采用非线性有限元分析软件MARC,通过建立典型管类零件液压冲孔的三维分析模型,对液压冲孔工艺进行了数值模拟和分析,获得了液压冲孔时主变形区内的应力、应变分布及变形的变化规律.研究发现,在液压冲孔时,不论是采用液体凸模还是液体凹模模式,裂纹都是从板材表面单侧发生并向另一侧扩展.与传统冲孔工艺相比,塑性变形区的面积较大,存在着应力中性层,具有显著的塑性弯曲变形的特征. 基于以上对典型管类零件液压冲孔变形机理的研究,本文提出了管类零件液压冲孔成形质量的评价标准.利用正交试验设计原理,采用数值分析的方法,对影响液压冲孔工艺成形质量的四个主要因素进行了分析:液体压力、冲头刃口圆角、管坯壁厚、材料力学性能.在对每一个方案均进行有限元分析的基础上,获得了塌陷宽度和光亮带深度在不同工艺参数下的变化趋势.结果表明,随着液体压力的增大,塌陷宽度变小,光亮带深度变大;随着管坯壁厚和冲头直径的增加,塌陷宽度明显增大;冲头刃口圆角对成形质量的影响程度较小.根据液压冲孔成形质量的评价标准,得到了各因素对液压冲孔质量的影响规律,并获得了优选方案.本文通过分析金属管材液压冲孔工艺的变形机理,并对其工艺参数影响规律进行研究,深化了对该项技术的认识,可缩短液压冲孔过程的工艺实验周期,提高生产效率和产品质量,对于今后该项技术在我国的推广应用具有一定的指导意义和参考价值,促进了我国汽车结构轻量化的进一步发展.