收藏本站
《上海交通大学》 2006年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

管件液压成形的加载路径理论与试验研究

杨兵  
【摘要】: 在汽车制造领域,与传统的冲压、焊接工艺相比,采用管件液压成形工艺制造的汽车零件具有重量轻、刚度好、强度大、耐撞性好、节约材料、结构紧凑、加工工序少等诸多优点。这很好地满足了汽车轻量化发展的要求。随着计算机控制技术和超高压液压控制技术的发展,管件液压成形技术已开始进入实用化的阶段。可以预见,该技术将有力地促进汽车、航空、航天、船舶等产业制造技术的进步。 在管件液压成形过程中,由于管坯材料、模具形状和加载工艺条件的影响,管件容易产生整体屈曲、起皱、破裂等成形缺陷。因此,防止成形缺陷的产生并提高成形性能,已经成为各汽车制造企业增强竞争力的关键技术之一。在零件形状、模具条件和管坯材料已给定的情况下,合理控制内压力、轴向推力的大小以及两者间的匹配关系即加载路径是管件液压成形工艺的关键。近几年来很多学者在管件液压成形加载路径的控制方面开展了广泛的研究,取得了一定的成果。然而这些研究对加载路径的控制规律、加载路径变化对管件液压成形性影响的内在机理、合理加载路径的设计原则以及合理加载路径的设计方法等方面仍不够全面深入,研究结果还不能直接用于实际生产。 本文以数值模拟为工具并结合试验对管件液压成形的加载路径问题开展深入研究。自主研制了一台计算机控制管件液压成形设备,设备最大成形内压力达到200MPa超高压,设备可同时实现内压力、轴向推力和轴向位移的联动精确控制;以典型的自由胀形件为例,研究了管件液压成形时避免各种缺陷产生的临界载荷变化规律以及不同因素对临界载荷的影响规律;从加载路径影响应力状态,应力状态影响成形性能的角度揭示了提高管件液压成形性能的加载机理,并确定了合理加载路径的设计原则;在此基础上,提出了基于自适应仿真与模糊控制相结合的加载路径设计方法,并将该方法应用于若干典型试验件的成形。 本文主要研究内容和主要创造性工作包括以下几个方面: 1、计算机控制管件液压成形设备研制 本文自主研制了一台内压力达200MPa的计算机控制管件液压成形设备。对设备的整体结构、液压控制系统、计算机控制系统、模具与超高压密封系统等若干关键技术进行了探索性的研究;并通过大量的试验调试实现了设备在工艺控制精度上的先进性。为研究提供实验基础。 2、管件液压成形的数值模拟与试验 本文开展了提高管件液压成形数值模拟精度的三维有限元建模方法的研究,分析了进行数值模拟时仿真参数的选取原则,研究了采用动力显示有限元算法进行仿真计算时虚拟加载时间对管件液压成形预测精度的影响。通过仿真与试验结果的比较,为研究提供准确的数值模拟基础。在试验基础上,分析加载路径对管件液压成形结果影响的两个层面。提出了管件液压成形性的几种评价准则,并采用数值模拟和试验研究了几种典型的加载路径对圆形截面零件成形性的影响。 3、管件液压成形的临界载荷变化规律研究 将成形过程中发生密封泄漏以及管件发生屈曲、起皱、破裂等成形缺陷时对应的临界内压力、临界轴向推力加载关系曲线所围成的载荷区间称之为“临界加载窗口”(critical loading window diagram)。加载路径应该位于临界加载窗口内才可以成形零件。本文基于塑性稳定性理论和成形工艺特点建立了完整的自由胀形件临界加载窗口的理论模型,并通过试验验证该模型的正确性。分析了管坯尺寸、管坯材料、模具形状等参数对临界加载窗口的影响规律,从而实现根据材料、管坯尺寸和模具参数来约束加载路径的范围。从理论上解决了如何避免零件成形缺陷的产生问题。 4、提高管件液压成形性的加载路径规律研究 在临界加载窗口内,能成形零件的加载路径很多,但采用不同加载路径时零件的成形性不同。为确定合理的加载路径以提高管件液压成形性,本文对管件液压成形的塑性变形过程展开了进一步的理论研究。首先分析管件液压成形工艺过程中的应力应变特点,揭示应力状态对成形性能的影响规律,获得提高成形性能的理想应力状态。提出获得理想应力状态所需理想加载路径的基本构想,并以自由胀形件为例,从理论上建立理想加载路径的计算模型。利用获得的加载路径分别进行仿真与试验研究,根据仿真和试验结果,提出了合理加载路径的设计原则。从理论上解决了如何提高管件液压成形的成形性问题。 5、基于自适应仿真与模糊控制相结合的加载路径设计方法研究 根据合理加载路径的设计原则,如何有效地设计确定具体的加载路径轨迹仍然是一个难题。本文结合管件液压成形的工艺特点和合理加载路径的设计原则,提出一种基于自适应仿真与模糊控制相结合的管件液压成形加载路径设计方法。采用自适应仿真方法克服了传统仿真中反复试错的缺点,利用所建立的成形缺陷趋势评价函数,将当前的仿真结果及时地反馈给下一步的仿真计算,实现成形过程缺陷的“预发现、预纠正”,从而减少有限元模拟次数、提高效率。在成形缺陷趋势程度的识别和成形工艺参数的调整过程中,采用模糊逻辑控制的策略,从而更加合理地判断成形缺陷、调整工艺参数。本文最后对典型组合截面的试验件进行加载路径设计和试验验证,结果表明了该方法的正确、有效性,也表明了本文提出的加载路径设计原则的正确性。从实际上解决了具体加载路径设计的方法问题。 本文的研究以理论推导、数值模拟为主,并结合大量试验数据的对比分析,自主研制了计算机控制管件液压成形设备,在前人研究的基础上揭示了提高管件液压成形性的内在机理和加载路径设计原则,提出了合理加载路径的设计方法,将依赖于试验和经验的加载路径设计上升为依据严密理论推理的科学过程,为管件液压成形的加载路径设计提供了理论指导和方法选择。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG394

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 侯波;面向制造的铝合金材料失效准则建模与应用研究[D];上海交通大学;2012年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋力,胡时胜;SHPB数据处理中的二波法与三波法[J];爆炸与冲击;2005年04期
2 陈刚;陈忠富;徐伟芳;陈勇梅;黄西成;;45钢的J-C损伤失效参量研究[J];爆炸与冲击;2007年02期
3 黄小明;胡世光;;纯剪试验研究[J];锻压技术;1991年05期
4 柳百成;21世纪的材料成形加工技术[J];航空制造技术;2003年06期
5 宋玉泉,程永春,王习文;拉伸变形应变速率敏感性指数的力学涵义及其规范测量[J];机械工程学报;2000年08期
6 宋玉泉,程永春,刘术梅;超塑拉伸变形应变速率敏感性指数的力学解析[J];机械工程学报;2001年03期
7 曹宏深;;复合变形路径下的板材冲压成形极限应变(Ⅰ)——冲压成形极限应变的立论与解析[J];机械工程学报;2008年02期
8 陈光南,胡世光;成形极限曲线的新概念[J];机械工程学报;1994年02期
9 王辉;高霖;陈明和;赵明琦;;各向异性板料成形极限面的研究[J];南京航空航天大学学报;2007年03期
10 罗育果;蔡延波;;基于振动控制的薄壁零件高速铣削刀具结构优化与试验研究[J];航空制造技术;2011年14期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 付秀丽;高速切削航空铝合金变形理论及加工表面形成特征研究[D];山东大学;2007年
2 杨勇;钛合金航空整体结构件铣削加工变形的预测理论及方法研究[D];浙江大学;2007年
3 毕运波;铣削加工过程物理仿真及其在航空整体结构件加工变形预测中的应用研究[D];浙江大学;2007年
4 唐志涛;航空铝合金残余应力及切削加工变形研究[D];山东大学;2008年
5 吴红兵;航空框类整体结构件铣削加工变形的数值模拟与实验研究[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 徐德新;7050铝合金高速撞击条件下损伤行为的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 张东进;切削加工热力耦合建模及其试验研究[D];上海交通大学;2008年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郑再象;陈靖芯;沈辉;李红;;采用NSGA-Ⅱ算法的管件液压成形加载路径优化[J];汽车工程;2011年04期
2 郑再象;沈辉;秦永法;李红;;管件液压成形加载路径的多目标优化[J];塑性工程学报;2010年06期
3 杨兵;张卫刚;林忠钦;;一种管件液压成形加载路径的设计方法[J];上海交通大学学报;2006年06期
4 杨兵;张卫刚;林忠钦;张建明;;管件液压成形中加载路径的优化设计方法研究[J];塑性工程学报;2006年04期
5 吴丛强;杨连发;;一种新型管材液压胀形装置的设计[J];锻压技术;2009年01期
6 张康武;李正球;侯军明;钱健清;李胜祗;;等径三通管胀形时壁厚影响因素的研究[J];重型机械;2007年01期
7 滕宏春;;管材内高压成形工艺参数优化设计[J];农业机械学报;2008年06期
8 袁安营;张士宏;王忠堂;李文伟;;管材内高压成形新加载方式的研究[J];锻压技术;2008年05期
9 汪建敏;胡密;余凯飞;祝海燕;姜银方;;盒形件无模充液拉深工艺参数研究[J];模具工业;2008年10期
10 韩志仁,陶华;加载路径对弯曲件回弹影响的机理[J];机械科学与技术;2003年S2期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杜华;薛克敏;李萍;袁美玲;喻佳;;加载路径对Y型管内高压成形的影响[A];2008年安徽省科协年会机械工程分年会论文集[C];2008年
2 汪凌云;潘复生;丁培道;曹建勇;章宗和;;AZ31镁合金成形性能改善研究[A];2002年材料科学与工程新进展(上)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
3 李强;江海涛;唐荻;刘强;;600Mpa级TRIP钢成形性能的研究[A];第六届华北(扩大)塑性加工学术年会文集[C];2009年
4 邬小萍;李德富;郭胜利;;ZnAl10Cu2合金热变形组织演变及其挤压成形性[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
5 郑宏;;加载路径对钢梁滞回性能的影响[A];第三届全国防震减灾工程学术研讨会论文集[C];2007年
6 郑宏;;加载路径对钢梁滞回性能的影响[A];第三届全国防震减灾工程学术研讨会论文集[C];2007年
7 黄宜松;陈吉清;李宇彤;裘芝敏;;车身轻量化材料的应用及其成形性能研究进展[A];2009年广东先进制造技术(佛山)活动周文集[C];2009年
8 李正球;邓文彬;;三通管内高压成形壁厚分布数值模拟研究[A];第三届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2007年
9 张鹏;刘洪伟;季忠;;激光辐照铝合金方形管材弯曲成形性能研究[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(上册)[C];2009年
10 黄宜松;陈吉清;李宇彤;裘芝敏;;车身轻量化材料的应用及其成形性能研究进展[A];2009海峡两岸机械科技论坛论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 唐诗全;攀钢冷轧板成形性能分析技术达到国内先进水平[N];世界金属导报;2001年
2 郭廷杰;优化高强钢成形性能 助力汽车实现轻量化[N];中国冶金报;2007年
3 刘友存 摘译;提高产品强度 优化产品成形性能[N];中国冶金报;2007年
4 杨雄飞;全球汽车工业用新钢种的研发[N];世界金属导报;2007年
5 肖英龙;确保汽车轻量化和冲撞安全性的钢铁材料与技术[N];世界金属导报;2007年
6 朱咏梅;瓷质砖常见裂纹现象简介及原因分析[N];广东建设报;2006年
7 郭廷杰;高强度钢材实现间接节能[N];中国冶金报;2008年
8 唐陈田;家电用热镀锌板选材要“三”思而行[N];中国冶金报;2006年
9 曼文;国际钢企争相涌入“高端”[N];中国冶金报;2006年
10 王国栋 刘相华;汽车用高强钢板的发展现状和趋势[N];中国冶金报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨兵;管件液压成形的加载路径理论与试验研究[D];上海交通大学;2006年
2 GHULAMHUSSAIN;金属板料渐进成形性能的研究[D];南京航空航天大学;2008年
3 Ghulam Hussain;金属板料渐进成形性能的研究[D];南京航空航天大学;2009年
4 刘海涛;Cr17铁素体不锈钢的组织、织构及成形性能研究[D];东北大学;2009年
5 陈浩峰;多组载荷下结构极限分析和参考应力确定的数值方法及工程应用[D];清华大学;1998年
6 罗应兵;轻合金超塑性变形机理与成形工艺研究[D];上海交通大学;2007年
7 王春燕;激光拼焊板制轿车整体侧围内板成形关键技术的研究[D];吉林大学;2008年
8 李洪波;连铸AZ31镁合金成形性能及内齿轮精密成形研究[D];燕山大学;2006年
9 李细锋;Fe_(78)Si_9B_(13)非晶合金及Fe_(78)Si_9B_(13)/Ni层状复合材料的变形行为[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 周林;异形截面空心结构件内高压成形工艺研究[D];合肥工业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李凯;T型三通管液压成形加载路径优化[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 刘敬杰;三通管内高压冷推挤成形工艺研究[D];燕山大学;2011年
3 胡天雷;400系铁素体不锈钢成形性能的研究[D];兰州理工大学;2010年
4 吕翔宇;“以热代冷”汽车内板的成形性研究及分析[D];辽宁科技大学;2012年
5 王喜;成形极限应力图及其在多道次拉深成形中的应用研究[D];南京航空航天大学;2006年
6 叶娟;铝合金薄板激光拼焊工艺及其成形性能研究[D];天津理工大学;2011年
7 田竹;管材内高压成形工艺参数优化设计的理论与实验研究[D];吉林大学;2006年
8 陆演;DP590先进高强度钢板成形性能及其在汽车B柱中的应用研究[D];重庆大学;2011年
9 薛哲彬;西服面料成形性的感官评估研究[D];苏州大学;2010年
10 孙风蔚;累积叠轧焊AA1070铝板的成形性研究[D];华南理工大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026