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固体颗粒介质成形新工艺及其理论研究

赵长财  
【摘要】:本课题来源于河北省自然科学基金项目“金属管材固体颗粒介质胀形新工艺及其理论研究(项目编号:502177)”。 通过对目前传统胀形工艺的深入分析和研究,提出了固体颗粒介质成形工艺(Solid granules medium forming technology, SGMF)。固体颗粒介质成形是采用固体颗粒代替刚性凸模(或弹性体、液体)的作用对管坯进行胀形的工艺。该新工艺与传统软模成形工艺的重要区别不仅在于传压介质的不同,而且由于传压介质的改变,导致了其成形规律的不同。本工艺及其理论研究在国内外尚无报道,在飞机、航天器和汽车等领域具有广阔的应用前景。 自行设计制造了固体颗粒介质传压性能试验与测试装置;首次通过试验测得了固体颗粒介质的传压规律,给出了固体颗粒介质体积压缩率的幂指函数定律;建立了非均匀内压作用下的载荷模型:线性载荷模型和余弦载荷模型。对薄壁管受非均匀内压作用下,薄壁管的弹性加载进行了弹性力学分析,得到了薄壁管初始屈服时的变形及内力(应力)分布计算公式。 设计出6种典型工件形状和模具结构;设计实施了试验测试方案,通过试验,试制出了合格典型工件。通过对各种典型工件的胀形,取得了大量试验数据,为本工艺的应用和理论分析提供了试验依据。通过管材固体颗粒介质成形的塑性理论研究,建立了薄壁管在非均匀内压作用下的变形模式;对薄壁管自由变形区应力、应变进行了深入全面分析,导出了自由变形区的应力应变和壁厚分布规律;对304不锈钢的计算值和试验实测值进行了对比。 根据局部变形时圆角部分成形特性,提出了两种角部贴模计算模型来描述角部成形规律,即无摩擦条件下的滑动模型和摩擦条件下的滑动模型,并且给出薄壁管局部成形的角部贴模的内压计算公式。在理论上首次证明圆管在方形模具内胀形时,圆角半径存在最小值,也就是成形圆角半径不可能为零,并给出了理论计算公式。运用弹性理论和Swift分散性失稳理论以及Hill集中性失稳理论,建立了屈曲、起皱、破裂失稳的管材成形极限理论。首次给出了非均匀压力下,短管变形模式的破裂成形极限判据,打破了负应力比条件下,板材不可能产生失稳的结论。理论分析


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