衝擊液壓成形技術及其基礎理論

《衝擊液壓成形技術及其基礎理論》是依託北京航空航天大學，由郎利輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：衝擊液壓成形技術及其基礎理論
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：郎利輝
• 項目類別：面上項目

項目摘要

衝擊液壓成形技術是指交叉融合衝擊成形和液壓成形，在充液成形的同時利用高能量液體的瞬間釋放轉換為成形衝擊波進行零件彈塑性變形的一種新型製造技術。在航空航天、汽配、國防建設領域中特種材料複雜構件製造，尤其是針對具有小凹角、小壓痕等小特色尺寸的大型複雜曲面成形、整形等方面可以極大減少設備噸位，提高成形精度，減少回彈具有深遠套用前景。本項目旨在對衝擊充液成形基礎理論進行深入研究，包括傳遞介質內壓下衝擊波傳遞及分布規律、載入形式與控制精度的關係、充液並衝擊材料統一本構模式及有限元模型建立方法、成形失效的控制策略及成形極限的建立等。在深入了解衝擊液壓成形本質的基礎上，獲取特種材料如高強鋁合金、不鏽鋼等在衝擊液壓成形中的變形規律，以實現對零件衝擊液壓成形質量的準確預測。通過探求適合工業生產需求的關鍵技術，提高零件成形精度及質量，對發展推動航空航天、汽車工業輕量化進程具有重要的意義。

結題摘要

在國家自然科學基金項目“衝擊液壓成形技術及其基礎理論（批准號為51175024）”基金支持下，北京航空航天大學機械工程及自動化學院，郎利輝教授實驗室，針對我國提升零部件快速超高壓充液成形關鍵技術的戰略目標，為改變產品精密化程度低、檔次低、工藝柔性化程度低、競爭力弱的現狀，面向汽車零件和航空航天、國防科技領理論和技術。 其中重點突破衝擊充液衝擊波發生裝置的設計與製造、不同材料的衝擊液壓成形性實驗、複合成形機理、成形過程的模擬建模、衝擊成形中波傳遞規律等方面。首先根據前人的相關設計經驗，結合工藝要求掌握設計衝擊充液成形系統的方法和相關關鍵技術的突破，由於衝擊成形時間較短，設計製造快速衝擊氣缸，將0.5-1.2MPa低壓氣體膨脹做功推動高壓柱塞壓縮液體運動，形成液體衝擊波，進行小特徵成形。在研究中，先後製造了三台200MPa衝擊充液成形設備，逐漸總結經驗，完善設計，並結合有限元模擬軟體對氣體沖頭等關鍵部件的形狀尺寸進行有限元模擬，獲得最有效的衝擊能量輸出。結合實驗中出現的問題並考慮日後的產業化發展，最終設計確定了選用較大質量的液體與氣體柱塞，並且根據成形零件的形狀尺寸設計柱塞前端面形狀的方法。面對沒有相應的試驗條件的問題，自主設計了一套、兩類充液衝擊試驗工裝。用於板材、管材充液衝擊成形試驗的需求。採用鑲塊形式滿足不同試驗需要。 通過將實驗結果與有限元模擬結果進行對比，確定了板材在充液衝擊成形工藝下適用的材料模型，並通過實驗獲得了不鏽鋼304和鋁合金2A16的相關力學參數，建立該成形工藝下材料模型。基於橢圓脹形實驗，獲得充液衝擊成形成形極限圖。利用單次和多次充液衝擊實驗獲得了多種不同特徵的零件，同時針對有孔特徵的零件，提出一種新的塑性沖裁方法：以液體作為凸模輸出衝擊能量實現充液衝擊沖裁。為實際生產中對於該種工藝的使用挖掘了更多的可能。 通過多種有限元模擬軟體（MSC.Dytran、Ansys、ABAQUS）分別對衝擊壓縮波傳遞過程、成形階段、整個充液衝擊成形過程進行有限元精確仿真。根據模擬與實驗結果對關鍵工藝參數進行最佳化。 項目實施將充液衝擊成形基礎理論研究與充液成形設備研究緊密聯繫，採用實驗與仿真等多種手段進行理論體系完善。通過工藝配套提高設備整體技術含量和附加值，利於裝備製造業的持續發展。為汽配、輕工等複雜製品開闢新的技術路徑，搶占科研領先地位，提高我國戰略性研究能力。