薄壁管材內外壓複合成形機理研究

《薄壁管材內外壓複合成形機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由王小松擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：薄壁管材內外壓複合成形機理研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王小松

項目摘要

研究薄壁管材內外壓複合成形新方法及其成形機理。內高壓成形時管材外壁為自由表面，沿環向受拉應力，易產生環向開裂。內外壓複合成形是在管材外側，即背向施加可控液壓，構成管材外壁的三向壓應力狀態，可避免或延緩大截面差或低塑性材料管件脹形時開裂，因而提高管材的成形性。主要研究內容：1 管材內外壓成形時的失穩行為和缺陷形成機制；2 管材內外壓成形時應力應變狀態與塑性變形規律；3 管材內外壓成形時內壓與外壓關係對成形性的影響規律。通過該項目研究，揭示外壓對管材成形性影響規律，建立管材內外壓複合成形理論，為大截面差與低塑性材料管件內高壓成形提供一種現實的方法，開闢薄壁管材液壓成形新途徑。

結題摘要

本課題對薄壁管材內外壓複合成形進行了研究。首先改造了內高壓成形機控制系統與液壓系統，實現了內壓與外壓按設定曲線精確載入。在原設備使用內壓增壓器基礎上，增加了外壓增壓器。內壓與外壓增壓器均採用比例閥進行壓力伺服控制，兩者可以按照設定路徑進行載入，壓力控制精度為±0.5MPa。運用塑性理論分析了外壓作用下管坯的應力狀態，由於施加了外壓，發生塑性屈服時的環向應力降低，靜液壓應力增加，施加外壓提高了管坯的極限應變，因此隨外壓升高可以獲得更大的變形量。攻克了薄壁管管坯外壓密封關鍵技術，實現了管坯外壓的密封，最高外壓為200MPa。研製了管坯內外液壓複合成形裝置，開展了圓截面管坯內外液壓複合成形，重點分析了恆定外壓作用下管坯的極限膨脹率與壁厚分布，結果表明施加外壓可以提高管坯的極限膨脹率。由此可推斷出靜液壓應力增大使材料抵抗裂紋萌生與擴展的能力增強，因而成形極限提高，實驗事實進一步說明內外壓複合成形是解決難變形的低塑性材料提高成形極限的有效途徑。開展了圓截面管坯在方形截面型腔中內外液壓複合成形，考察了外壓對管坯圓角填充能力及成形性的影響；施加外壓後可以獲得更小的極限圓角半徑，其機理為降低了各向主應力，提高了靜水壓應力，數值模擬結果表明施加外壓對等效應力及等效應變沒有影響。攻克了管坯分模面密封的關鍵技術，研製出可實現軸向進給的管坯內外液壓實驗裝置，該裝置即可實現管坯同時內壓、外壓、與軸向進給載入，又可實現模具的開閉，以便取出管坯。初步開展了管坯在內壓、外壓與軸向進給聯合作用下的成形研究，外壓對三向應力作用下管坯形成皺紋的形狀與位置均有影響。通過本課題研究取得了以下研究成果，獲得國家科技進步二等獎1項，發表SCI論文4篇，參加國際學術會議並做分組報告2次，國內學術會議2次，申報專利1項。此項實驗開創了三向應力作用下的塑性變形時相關參數在可變可控條件下的研究，屬於原始性創新，學術意義重大，下一步的研究目標是建立三向應力作用下的管坯成形極限圖與三向應力作用下屈服準則的實驗研究。