液压成型的简述

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1、液压成型的简述机电学院050930317洪伟松摘要：在阅读液压成型材料的基础上，简要叙述了液压成型的基本理论；液压成型的优缺点，及液压成型在汽车（尤其是管件类零件的应用）与航空方而的应用。Abstract:Byreadingsomematerialsofhydroforming，tryingtointroducethebasictheoryofthehydroforming，theadvantagesanddisadvantagesofthehydroforming,andtheapplyingtocarmanufacturingoftheh

2、ydroformingandaviation.关键词：液压成型，内高压成型，应力应变，塑性变形，管件零件，汽车工业，航空工业。随着汽车、航空、航天等工业的不断发展，轻量化结构，因节省材料、降低能耗和减轻污染等显得H益重要，尤其是航空航天，一架波音747可以承载100多吨的燃汕，结构的轻量化对于航空业的低碳显得非常的重要。而实现结构轻量化有3条主要途径：（1）采用轻质材料，如铝合金、镁合金、钛合金，在航空工业广泛采用了复合紂料等；（2）采用高强度材料，如高强度钢等：（3）采用先进制造工艺，如液压成形技术、激光拼焊技术等。其屮液压成形技术主要用来

3、加工管件，使之成形为具有异型截妞的构件，来代替实心构件，在不提高材料成本的前提下，既可减轻质呈乂可充分利用材料的强度和刚度。随着超高压动密封技术和超商压计算机控制技术的不断发展和完善，管件液压成形技术逐渐发展起来，且逐渐成熟，已成为金属塑性成形加工领域研宂的前沿和热点，并在欧洲、北美、日本、韩国等国家的大型企业巾得到了广泛的应川，在我国哈工大应该是走在液压成型的前列。基本原理（以管材为主）假设管材为薄壁管，忽略管材内壁压力P，只考虑轴向应力与切向应力，则可认为管材处于平Ifil应力状态。由Mises屈服准则，可得内高压成型的屈服条件是其中：％

4、为切向应力；＜7。为轴向应力；＜7、.为材料的屈服强度。根据增量理论的本构方程，厚度变化量与应力状态的关系如下：,d£;z、、d£t---—(€^+＜7_)(2)2(7,式中：为厚度瞬时增量，大于0表示增厚，小于0表示减薄；为等效应变增量；(7,•为等效应力。内高压成型过程屮，某一时刻管材上不同点以及同一点在不同时刻的应力状态都将有很大差别，根据式(1)和(2),可以给出在平而应力屈服轨迹上所有可能的应力状态。在充填阶段，两端冲头向模具型腔移动并与管端接触而实现密封。整个管材处于轴向受压的单向应力状态，对应的应变状态为轴向压缩、切向伸长和敁度

5、增加，但变形量都很小。在此阶段，如果管材长度较长，当轴向压应力过大吋管材整体会产生屈曲。在成型阶段、送料区和成型区的应力及应变状态均不同。在送料区，切向应力为零。因受到模具约束，环应变也为零，因此，处于平而应变状态，轴14缩短，厚度增加，且管端处增厚最为严重。成型区的应力状态在成型初期为切向受拉、轴向受压，随切向应力与轴向应力比值的不同，可出现壁敁增加、减薄及不变等三种情况。液压成型技术的主要优点：与传统的冲压焊接工艺相比，液压成型技术主要有以下几方面优点：(1)减轻了成型件质量，节约材料。对于空心轴类零件可以减轻质量40%〜50%,节约材料

6、可达75°%。(2)减少了成型件和模具数量，降低了模具费用。液压成型件通常仅需要1套模具，而冲压件大多需要多套模具。(3)减少了后续机械加工和组装焊接量。(4)提高了成型件的强度与刚度，尤其是疲劳强度。(5)降低了生产成本。根据德国某公司对已应用零件统计分析，管材液压件比冲压件生产成本平均降低15°%-20%,模具费用降低20%〜30%。(6)成型件精度较高。采用液压成型技术讨使零件的尺寸精度rhITPl提高到IT10〜13液压成型的典型缺陷:液压成型管件的缺陷主要有开裂、死皱和6边三种(见阁1)。常见的开裂部位是弯曲段外侧(见图la),可通

7、过优化弯曲工艺避免过度减薄，从而避免压力过大而开裂。死皱的主要原因是预成型截面形状和内高压成型模具分模面设计不合理(见图2a)，模具截面AB段长度L(＞小于预成型截面长度£,，必然在该处产生死皱。产生飞边的主要原因是预成型截面形状和内高压成型模具分模面没计不合理、造成管材在模具闭合前被挤出模腔形成飞边，如图2b所示。其他常见缺陷还有多边形截面过渡区和焊缝热影响区的开裂等。⑻窍曲段汗梨祀皱(c)图1图2液压成型在汽车工业的应用采用管件液压成型技术可以制造各种沿轴线变化的圆形、矩形或异型截面的管状零件,且零件轴线可以是直的或弯曲的。目前应用的汽车

8、零件大体可分为4类。(1)发动机系统零件，如进气支管、排气支管、涡轮增压系统元件等；(2)悬吊系统零件，如发动机支承架、传动轴元件等；(3)车身结构件，如底盘、车顶