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材料成型理论-内高压成形特种塑性成形—内高压成形(塑性成形工艺大作业)目录1内高压成形工艺简介及应用实例 32应力、应变特点及变形规律分析 、应变特点 63成形设备 84常见缺陷形式及预防措施 115内高压成形的特点 、发展趋势及主要研究机构 14参考文献 151内高压成形工艺简介及应用实例在节能减排的大形势下,汽车和飞机等运输工具结构轻量化设计的概念应运而生。实现结构轻量化有两条主要途径,即材料和结构途径。材料途径:采用铝合金、镁合金、钛合金和复合材料等轻质材料;结构途径:采用空心变截面、变厚度薄壁壳体、整体等结构。根据统计,对于一定的减重目标,在航天航空领域,采用轻质材料减重的贡献大约为2/3,结构减重的贡献大约为1/3;而在汽车领域,则主要采用结构减重的途径。然而,内高压成形是适应结构轻量化发展起来的一种先进制造技术。(InternalHighPressureForming)是以管材作坯料,通过管材内部施加高压液体和轴向补料把管材压入到模具型腔使其成形为所需形状的工件。由于使用乳化液(在水中添加少量的防腐剂等组成)作为水传力介质,又称为管材液压成形(TubeHydroforming)或水压成形。按成形零件的种类,内高压成形分为三类:(1)变径管内高压成形;(2)弯曲轴线构件内高压成形;(3)多通管内高压成形。(1)变径管内高压成形:变径管是指管件中间一处或几处的管径或周长大于二端管径。其中,,通过轴向进给和内压匹配,以及贴模顺序控制,实现截面差120%构件内高压成形,突破100%膨胀率的极限值。(2)弯曲轴线异型截面管件内高压成形:,轴线为三维曲线。(3)多通管内高压成形:铝合金薄壁整体三通管内高压成形,消除传统工艺纵向焊缝,大幅提高构件可靠性。,并于90年代初率先开始在工业生产中采用内高压成形技术制造汽车轻体构件。目前在汽车上应用有①排气系统异型管件;②副车架总成;③底盘构件、车身框架、座椅框架及散热器支架;④前轴、后轴及驱动轴;⑤安全构件等。、发动机上中空轴类件、进排气系统异型管和复杂管接件等。用内高压成形制造的飞机发动机空心双拐曲轴,与原零件相比减重48%。2应力、,。初始充填阶段()模具闭合后,将管的两端用水平冲头密封,使管坯内充满液体,并排出气体,实现管端冲头密封;成形阶段(),对管内液体加压胀形的同时,两端的冲头按照设定的加载曲线向内推进补料,在内压和轴向补料的联合作用下使管坯基本贴靠模具,这时除了过渡区圆角以外的大部分区域已经成形;整形阶段(),提高压力使过渡区圆角完全贴靠模具而成形为所需的工件。:初始屈服压力Ps:管材开始发生塑性变形时所需要的内压;开裂压力Pb:贴模前内压应小于开裂压力;整形压力(成形压力)Pc:用于成形截面过渡圆角,并保证尺寸精度;轴向进给力Fa:实现轴向补料;合模力Fc:使模具闭合不产生缝隙;补料量△l:减少成形区壁厚减薄,并提高膨胀率;、应变特点设管材为薄壁管,忽略管材内壁上压力p,只考虑轴向应力(axialstress)和环向应力(hoopstress),则可认为管材处于平面应力状态。由Mises屈服准则,可得内高压成形的屈服条件:(1)式中,σθ为环向应力;σz为轴向应力;σs为材料屈服强度。根据Levy-Mises增量本构方程,厚度变化量与应力状态的关系如下:(2)式中:dεt为厚度瞬时增量,大于0表示增厚,小于0表示减薄;dεi为等效应变增量;σi为等效应力。变形过程中,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,