基于冲击液压载荷作用下双金属复合管成形特性的研究

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基于结构轻量化特征的管材液压胀形技术(Tube Hydroforming)近年来正得到快速发展。应用该技术成形的中空零部件普遍具有轻质量、高强度、表面质量佳等优点,目前正被逐步推广到航空航天和汽车等领域的零部件设计与制造。然而,该技术在工业生产过程中出现了效率低下、设备成本高等不足。冲击液压胀形技术(Liquid Impact Forming)将传统液压胀形技术和冲压成形技术相结合,通过冲压实现管内压力迅速升高,省去了传统液压胀形技术中复杂的高压供液系统,提高了零件成形效率,具有可预见的研究价值和应用前景。对冲击液压胀形过程中双金属复合管成形特性的研究是对该技术深入研究并推广应用的重要前提,因此本文针对冲击液压载荷作用下双金属复合管展开如下研究:(1)冲击液压载荷作用下管材内压力形成规律的分析。根据管材冲击液压胀形的成形特点,提出了基于ANSYS Workbench的双金属复合管冲击液压胀形数值模拟分析方法,详细介绍了双金属复合管冲击液压胀形内压力形成规律的数值模拟过程,针对不同载荷参数对双金属复合管成形过程中内压力形成规律的影响进行了分析与总结。(2)冲击液压载荷作用下管材成形规律的分析。基于获得的管材成形过程中内压力形成规律,开展了基于DYNAFORM的双金属复合管冲击液压胀形过程数值模拟研究,获得了不同载荷条件下管材的特征参数,分析了不同载荷条件对双金属复合管胀形高度、圆角半径和壁厚分布的影响,并对比了常规成形条件、有保压条件和有预成形条件下管材胀形尺寸参数的区别。(3)双金属复合管冲击液压胀形极限分析。通过对双金属复合管冲击液压胀形成形极限图进行分析,得到了管材在不同模具型腔和有无保压和预成形条件下的成形状态,针对不同载荷参数对管材胀形极限的影响规律进行了具体分析,得到了冲击液压环境下双金属复合管合理有效的成形参数区间。(4)基于响应面法的冲击液压胀形工艺参数优化。结合响应面法和数值模拟,选取壁厚方差、胀形高度和圆角半径作为优化目标,模具边长、合模速度和初始内压力作为优化参数,建立了优化目标和优化参数的响应面模型。针对目标函数进行优化,获得了最优的载荷参数匹配关系,确定了最终优化结果,并通过数值模拟验证了响应面优化结果的可靠性,证明了该响应面模型对冲击液压环境下双金属复合管工艺参数优化的有效性。(5)双金属复合管冲击液压胀形试验研究。对冲击液压胀形试验系统进行了介绍,选取了部分具有代表性的载荷参数进行了冲击液压胀形试验,并将其结果与数值模拟结果对比分析。通过测量所得成形管件的壁厚、胀形高度和圆角半径,验证了冲击液压载荷作用下双金属复合管成形规律和成形特性研究的可靠性。本文针对基于冲击液压载荷作用下双金属复合管内压力产生规律、管材成形规律和胀形极限进行了研究,通过冲击液压胀形试验对管材成形规律和特性进行了验证,为双金属复合管冲击液压胀形技术的后续研究奠定基础。
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