材料成型理論內(nèi)高壓成形

1、特種塑性成形內(nèi)高壓成形（塑性成形工藝大作業(yè)）目 錄1內(nèi)高壓成形工藝簡(jiǎn)介及應(yīng)用實(shí)例11.1內(nèi)高壓成形技術(shù)11.2應(yīng)用實(shí)例2汽車工業(yè)2航空航天32應(yīng)力、應(yīng)變特點(diǎn)及變形規(guī)律分析32.1 內(nèi)高壓成形工藝流程32.2應(yīng)力、應(yīng)變特點(diǎn)4充形階段5成形階段5整形階段62.3 成形區(qū)間及加載路線63成形設(shè)備84常見缺陷形式及預(yù)防措施94.1 屈曲94.2 起皺94.3 開裂10彎曲管壁厚分布規(guī)律104.3.2 過(guò)渡區(qū)開裂的應(yīng)力分析115內(nèi)高壓成形的特點(diǎn)126. 研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及主要研究機(jī)構(gòu)136.1 研究現(xiàn)狀136.2 發(fā)展趨勢(shì)146.3國(guó)內(nèi)主要研究機(jī)構(gòu)14參考文獻(xiàn)151內(nèi)高壓成形工藝簡(jiǎn)介及應(yīng)用實(shí)例在節(jié)能減

2、排的大形勢(shì)下，汽車和飛機(jī)等運(yùn)輸工具結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)的概念應(yīng)運(yùn)而生。實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化有兩條主要途徑，即材料和結(jié)構(gòu)途徑。材料途徑：采用鋁合金、鎂合金、鈦合金和復(fù)合材料等輕質(zhì)材料；結(jié)構(gòu)途徑：采用空心變截面、變厚度薄壁殼體、整體等結(jié)構(gòu)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)于一定的減重目標(biāo)，在航天航空領(lǐng)域，采用輕質(zhì)材料減重的貢獻(xiàn)大約為2/3，結(jié)構(gòu)減重的貢獻(xiàn)大約為1/3；而在汽車領(lǐng)域，則主要采用結(jié)構(gòu)減重的途徑。然而，內(nèi)高壓成形是適應(yīng)結(jié)構(gòu)輕量化發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)制造技術(shù)。1.1內(nèi)高壓成形技術(shù)內(nèi)高壓成形(Internal High Pressure Forming)是以管材作坯料，通過(guò)管材內(nèi)部施加高壓液體和軸向補(bǔ)料把管材壓入到模具型腔使

3、其成形為所需形狀的工件。由于使用乳化液（在水中添加少量的防腐劑等組成）作為水傳力介質(zhì)，又稱為管材液壓成形（Tube Hydroforming）或水壓成形。按成形零件的種類，內(nèi)高壓成形分為三類：（1）變徑管內(nèi)高壓成形；（2）彎曲軸線構(gòu)件內(nèi)高壓成形；（3）多通管內(nèi)高壓成形。（1）變徑管內(nèi)高壓成形：變徑管是指管件中間一處或幾處的管徑或周長(zhǎng)大于二端管徑。其中，如圖1.1所示的非對(duì)稱大截面差管件成形困難，通過(guò)軸向進(jìn)給和內(nèi)壓匹配，以及貼模順序控制，實(shí)現(xiàn)截面差120%構(gòu)件內(nèi)高壓成形，突破100%膨脹率的極限值。圖1.1 大膨脹率雙錐管件（2）彎曲軸線異型截面管件內(nèi)高壓成形：圖1.2所示管件具有18個(gè)不同形狀

4、和尺寸截面，軸線為三維曲線。圖1.2 轎車副車架內(nèi)高壓件（3）多通管內(nèi)高壓成形：鋁合金薄壁整體三通管內(nèi)高壓成形，消除傳統(tǒng)工藝縱向焊縫，大幅提高構(gòu)件可靠性。 圖1.3 整體三通管1.2應(yīng)用實(shí)例1.2.1汽車工業(yè)德國(guó)于20世紀(jì)70年代末開始內(nèi)高壓液力成形基礎(chǔ)研究，并于90年代初率先開始在工業(yè)生產(chǎn)中采用內(nèi)高壓成形技術(shù)制造汽車輕體構(gòu)件。目前在汽車上應(yīng)用有排氣系統(tǒng)異型管件； 副車架總成；底盤構(gòu)件、車身框架、座椅框架及散熱器支架；前軸、后軸及驅(qū)動(dòng)軸； 安全構(gòu)件等。1.2.2航空航天用內(nèi)高壓成形生產(chǎn)的飛機(jī)上的輕體構(gòu)件有結(jié)構(gòu)空心框梁、發(fā)動(dòng)機(jī)上中空軸類件、進(jìn)排氣系統(tǒng)異型管和復(fù)雜管接件等。用內(nèi)高壓成形制造的飛機(jī)發(fā)

5、動(dòng)機(jī)空心雙拐曲軸,與原零件相比減重48%。2應(yīng)力、應(yīng)變特點(diǎn)及變形規(guī)律分析2.1 內(nèi)高壓成形工藝流程以變徑管為例其成形工藝過(guò)程可以分為三個(gè)階段，如圖2.1所示。初始充填階段（圖2.1a）模具閉合后，將管的兩端用水平?jīng)_頭密封，使管坯內(nèi)充滿液體，并排出氣體，實(shí)現(xiàn)管端沖頭密封；成形階段（圖2.1b），對(duì)管內(nèi)液體加壓脹形的同時(shí)，兩端的沖頭按照設(shè)定的加載曲線向內(nèi)推進(jìn)補(bǔ)料，在內(nèi)壓和軸向補(bǔ)料的聯(lián)合作用下使管坯基本貼靠模具，這時(shí)除了過(guò)渡區(qū)圓角以外的大部分區(qū)域已經(jīng)成形；整形階段（圖2.1c），提高壓力使過(guò)渡區(qū)圓角完全貼靠模具而成形為所需的工件。a.充填階段b. 成形階段c. 整形階段圖2.1 變徑管件內(nèi)高壓成形工

6、藝過(guò)程成形過(guò)程中涉及主要工藝參數(shù)：初始屈服壓力Ps：管材開始發(fā)生塑性變形時(shí)所需要的內(nèi)壓；開裂壓力Pb：貼模前內(nèi)壓應(yīng)小于開裂壓力；整形壓力（成形壓力）Pc：用于成形截面過(guò)渡圓角，并保證尺寸精度；軸向進(jìn)給力Fa：實(shí)現(xiàn)軸向補(bǔ)料；合模力Fc：使模具閉合不產(chǎn)生縫隙；補(bǔ)料量l：減少成形區(qū)壁厚減薄，并提高膨脹率；2.2應(yīng)力、應(yīng)變特點(diǎn)設(shè)管材為薄壁管，忽略管材內(nèi)壁上壓力p，只考慮軸向應(yīng)力 (axial stress)和環(huán)向應(yīng)力(hoop stress)，則可認(rèn)為管材處于平面應(yīng)力狀態(tài)。由Mises屈服準(zhǔn)則，可得內(nèi)高壓成形的屈服條件： （1）式中， 為環(huán)向應(yīng)力；z為軸向應(yīng)力；s 為材料屈服強(qiáng)度。 根據(jù)Levy-Mi

7、ses 增量本構(gòu)方程，厚度變化量與應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)系如下： （2）式中： dt 為厚度瞬時(shí)增量，大于0 表示增厚，小于0表示減薄；di為等效應(yīng)變?cè)隽?；i 為等效應(yīng)力。變形過(guò)程中，某一時(shí)刻管材上不同點(diǎn)，以及同一點(diǎn)在不同時(shí)刻的應(yīng)力狀態(tài)都將有很大差別，而所有可能的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)位于圖2.2所示的平面應(yīng)力屈服軌跡或屈服橢圓上點(diǎn)ADBC之間的曲線上。圖2.2內(nèi)高壓成形應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)在屈服軌跡上的位置2.2.1充形階段在此階段，沖頭對(duì)管端作用有一定的軸向推力以實(shí)現(xiàn)密封，整個(gè)管材都處于軸向受壓的單向應(yīng)力狀態(tài)（見點(diǎn)A），對(duì)應(yīng)的應(yīng)變狀態(tài)為軸向壓縮、環(huán)向伸長(zhǎng)和厚度增加，但變形量都很小。2.2.2成形階段在成形階段，送料區(qū)和

8、成形區(qū)的應(yīng)力及應(yīng)變狀態(tài)均不同。對(duì)于送料區(qū)管材，雖然受到內(nèi)部液體壓力的作用，但管材與模具的接觸應(yīng)力N 基本等于內(nèi)壓p，環(huán)向應(yīng)力 為零，送料區(qū)僅存在軸向應(yīng)力z的作用，因此送料區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)于屈服橢圓上的點(diǎn)A。由于受到模具的約束，環(huán)向應(yīng)變 也為零，所以送料區(qū)處于平面應(yīng)變狀態(tài),而且軸向縮短、厚度增加。因?yàn)楣懿呐c模具之間的摩擦作用，軸向應(yīng)力z的絕對(duì)值從管端向內(nèi)逐漸減少，因此管端處的增厚最為嚴(yán)重。 成形初期，管材還保持平直狀態(tài)，其應(yīng)力狀態(tài)為環(huán)向受拉和軸向受壓，即位于屈服軌跡中點(diǎn)A和點(diǎn)B之間，應(yīng)變狀態(tài)與環(huán)向應(yīng)力 和軸向應(yīng)力z的數(shù)值大小有關(guān)：當(dāng)>| z |，位于屈服軌跡的點(diǎn)B和點(diǎn)D之間時(shí)，有dt<

9、;0，壁厚減??； 當(dāng)<| z |，位于屈服軌跡的點(diǎn)D和點(diǎn)A之間時(shí)，有dt >0，壁厚增加； 當(dāng)=| z |，位于屈服軌跡的點(diǎn)D，此時(shí)d=-dz， dt =0，壁厚不變，管材處于平面應(yīng)變狀態(tài)。 隨著變形的進(jìn)行，變形區(qū)管材不再保持平直狀態(tài)，而將發(fā)生向外凸起的變形。此時(shí)，該區(qū)的管材處于雙向拉應(yīng)力狀態(tài)，在圖2.2中表現(xiàn)為從點(diǎn)B向點(diǎn)C移動(dòng)。在此階段， >0， z>0，且一般情況下 > z ，因此環(huán)向和軸向總是伸長(zhǎng)，壁厚總是減薄，減薄的程度取決于軸向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力數(shù)值的大小。須要指出的是， 與z的比值還與變形區(qū)的相對(duì)長(zhǎng)度有關(guān)。在成形階段還有一種特殊情況，管材只受內(nèi)壓作用而沒有

10、軸向補(bǔ)料，即自由脹形。在自由脹形的初期管材保持直管狀態(tài)時(shí)，管材只受內(nèi)壓作用引起的環(huán)向應(yīng)力，軸向應(yīng)力z0，處于屈服軌跡曲線上的點(diǎn)B，隨著內(nèi)壓的增加，變形區(qū)管材將發(fā)生向外凸起的變形，這時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)處于屈服軌跡上的點(diǎn)C附近。處在這種雙向拉伸的應(yīng)力狀態(tài)，管材容易發(fā)生開裂，這也是自由脹形的極限膨脹率低于內(nèi)高壓成形的主要原因。2.2.3整形階段通過(guò)增加液體壓力使過(guò)渡圓角貼靠模具，達(dá)到所要求的幾何形狀和尺寸。在整形階段，成形區(qū)管材絕大部分已與模具接觸，只有送料區(qū)與成形區(qū)的過(guò)渡圓角區(qū)域尚未完全與模具貼合。此時(shí)過(guò)渡區(qū)圓角受力相當(dāng)于內(nèi)壓作用下的圓環(huán)殼，在環(huán)向和切向都發(fā)生拉伸變形，壁厚減薄，相當(dāng)于在屈服軌跡曲線上位

11、于點(diǎn)B和點(diǎn)C之間。2.3 成形區(qū)間及加載路線成形區(qū)間是指管材既不起皺又不破裂的軸向應(yīng)力和內(nèi)壓之間匹配的區(qū)間（見圖2.3），通過(guò)圖可以確定起皺臨界軸向壓力和開裂壓力。圖2.3 軸向應(yīng)力和內(nèi)壓之間關(guān)系示意圖圖2.3中，La表示保持管材進(jìn)入屈服開始塑性變形時(shí)軸向應(yīng)力和內(nèi)壓之間的關(guān)系，點(diǎn)a1 代表初始屈服壓力，Lb表示開裂壓力，點(diǎn)b1 表示無(wú)軸向應(yīng)力時(shí)的開裂壓力；Lc代表產(chǎn)生皺紋的軸向應(yīng)力，c1 為無(wú)內(nèi)壓時(shí)的起皺軸向應(yīng)力，而在內(nèi)壓作用下的起皺臨界應(yīng)力。La、Lb和Lc等3條線劃分出A、B、C和D等4個(gè)區(qū)間，其中區(qū)間A為彈性區(qū)，在該區(qū)間內(nèi)管材還處于彈性狀態(tài)；區(qū)間B為開裂區(qū)，當(dāng)內(nèi)壓在該區(qū)間時(shí)管材將發(fā)生開裂

12、；區(qū)間C為起皺區(qū)，當(dāng)軸向應(yīng)力在該區(qū)間時(shí)將發(fā)生起皺；區(qū)間D為成形區(qū)，只有當(dāng)內(nèi)壓和軸向應(yīng)力的匹配關(guān)系在該范圍內(nèi)時(shí)，才能確保管材發(fā)生塑性變形時(shí)既不起皺又不破裂。引入一個(gè)加載比例因子參數(shù)= z/ ，：缺陷因子； Fcr：臨界屈曲軸向壓應(yīng)力。圖2.4 加載比例參數(shù)和缺陷因子與臨界軸向壓Fcr應(yīng)力關(guān)系當(dāng)0 < < 1： 增大， Fcr 增大； >1 ： 增大， Fcr 下降。這說(shuō)明= 1.0是一個(gè)分水嶺值，即無(wú)論缺陷因子如何影響，按照 = 1.0這個(gè)比例加載關(guān)系進(jìn)行加載是最理想的加載路徑。3成形設(shè)備內(nèi)高壓成形的設(shè)備為內(nèi)高壓成形壓力機(jī)（如圖3.1所示），內(nèi)高壓成型機(jī)總體結(jié)構(gòu)先進(jìn)，緊湊，可靠

13、，維護(hù)方便，操作簡(jiǎn)單。該內(nèi)高壓成型機(jī)由管胚本體機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、控制臺(tái)等組成。圖3.1 內(nèi)高壓成形壓力機(jī)圖3.2 內(nèi)高壓成形壓力機(jī)工作原理內(nèi)高壓成形壓力機(jī)各單元工作原理：合模壓力機(jī)：閉合模具，防止發(fā)生分縫造成零件出現(xiàn)飛邊或引起管端密封失?。凰礁祝候?qū)動(dòng)沖頭，實(shí)現(xiàn)管端密封和軸向進(jìn)給；高壓源：增壓器，為成形提供高壓；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：按設(shè)定曲線對(duì)管件進(jìn)行加載；液壓系統(tǒng)：為增壓器和水平缸提供動(dòng)力；水壓系統(tǒng)：提供管內(nèi)液體。4常見缺陷形式及預(yù)防措施內(nèi)高壓成形是在內(nèi)壓和軸向進(jìn)給聯(lián)合作用下的復(fù)雜成形過(guò)程，主要缺陷形式有屈曲、起皺和開裂等三種（見圖4.1）。如果軸向進(jìn)給過(guò)大，會(huì)引起屈曲或起皺；內(nèi)壓過(guò)高，

14、會(huì)減薄過(guò)度甚至開裂。只有給出內(nèi)壓力與軸向進(jìn)給的合理匹配關(guān)系，才能獲得合格的零件。 （a） 屈曲 （b）起皺 （c） 開裂圖4.1內(nèi)高壓成形缺陷形式4.1 屈曲當(dāng)管材成形區(qū)長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，在成形初期還沒有在管材內(nèi)建立起足夠大的內(nèi)壓時(shí)，施加了過(guò)大的軸向力。在合理選擇管材長(zhǎng)度、增加預(yù)成形工序、控制工藝參數(shù)。4.2 起皺在成形初期，軸向力過(guò)大，將產(chǎn)生壓縮失穩(wěn)，即起皺。皺紋分為死皺和有益皺紋兩種，死皺是在后續(xù)的充型過(guò)程中無(wú)法展平的皺紋，而有益皺紋在后續(xù)成型過(guò)程中可以被展平，而且可以提高材料的成型極限。有益皺紋產(chǎn)生必須滿足兩個(gè)條件，幾何條件和力學(xué)條件。幾何條件包括皺紋的數(shù)目、壁厚減薄率和補(bǔ)料量。經(jīng)研究得出，隨皺

15、紋數(shù)目增多，需要的補(bǔ)料量增加，壁厚減薄變小，甚至增厚。通過(guò)起皺的方式可以將成形所需補(bǔ)料量預(yù)先聚集在成形區(qū)。關(guān)鍵是控制皺紋的數(shù)量，只要所起皺紋的數(shù)目合理，可以保證成形后壁厚基本不變，或?qū)p薄控制在要求范圍內(nèi)；有益皺紋展平過(guò)程中不發(fā)生開裂的嚴(yán)格力學(xué)條件是皺峰不減薄。如圖4.2所示 （a） 有益皺紋 （b）死皺圖4.2有益皺紋與死皺4.3 開裂開裂是膨脹率、摩擦因數(shù)、壁厚三個(gè)主要方面共同作用結(jié)果。彎曲管壁厚分布規(guī)律 彎曲軸線管內(nèi)高壓成形后，最小壁厚位于彎曲段外側(cè)，最大壁厚位于彎曲段內(nèi)側(cè)。圖4.3是彎曲軸線管成形后的方形截面壁厚分布實(shí)驗(yàn)結(jié)果。直邊中點(diǎn)最大厚度1.462mm，減薄率為2.5%；過(guò)渡區(qū)最小

16、厚度1.255mm，減薄率為163%。矩形截面構(gòu)件的壁厚分布與正方形截面類似。圖4.3正方形截面壁厚分布表4-1給出了膨脹率對(duì)壁厚分布的影響規(guī)律?？梢钥闯?，隨著膨脹率的增加，直邊中心處壁厚變化不大，而過(guò)渡區(qū)減薄嚴(yán)重，容易引起過(guò)渡區(qū)的開裂。表4-1 膨脹率對(duì)壁厚分布的影響邊長(zhǎng)/mm膨脹率/%圓角半徑/mm直邊中心處壁厚/mm直邊中心處減薄率/%過(guò)渡區(qū)壁厚/mm過(guò)渡區(qū)減薄率/%43.53.55.51.462.51.2616.3461061.4351.1225.5摩擦條件對(duì)壁厚分布也有重要影響，隨著摩擦的增加，壁厚不均勻度增加，過(guò)渡區(qū)減薄越嚴(yán)重（見圖4.4）。因此，在實(shí)際成形時(shí)使用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑減少摩

17、擦是促進(jìn)壁厚分布均勻的重要措施。圖4.4摩擦對(duì)壁厚分布的影響4.3.2 過(guò)渡區(qū)開裂的應(yīng)力分析彎曲段外側(cè)過(guò)渡區(qū)開裂的原因是由于彎曲時(shí)造成壁厚減薄過(guò)度和加工硬化使材料塑性不足，防止措施主要是彎曲時(shí)控制壁厚過(guò)度減薄。結(jié)合圖4.5的過(guò)渡區(qū)曲率和受力情況說(shuō)明產(chǎn)生過(guò)渡區(qū)開裂的機(jī)理。圖4.5 過(guò)渡區(qū)的曲率和環(huán)向應(yīng)力假設(shè)成形過(guò)程中的某一時(shí)刻圓角的半徑rc為一常數(shù)，而多邊形截面中心段與模具接觸曲率半徑rf為無(wú)窮大，由于曲率半徑是連續(xù)的，過(guò)渡區(qū)曲率半徑rt>rc。加壓過(guò)程中管坯內(nèi)部的壓力處處相同，由p/rt可知過(guò)渡區(qū)的環(huán)向應(yīng)力大于圓角處的環(huán)向應(yīng)力。因此，過(guò)渡區(qū)先滿足屈服條件開始塑性變形，引起環(huán)向應(yīng)變?cè)黾雍捅?/p>

18、厚持續(xù)減薄而導(dǎo)致開裂。5內(nèi)高壓成形的特點(diǎn) 主要優(yōu)點(diǎn)：（1）減輕質(zhì)量，節(jié)約材料。對(duì)于框、梁類結(jié)構(gòu)件，內(nèi)高壓成形件比沖壓件減輕20%40%；對(duì)于空心軸類件可以減輕40%50%。（2）減少零件和模具數(shù)量，降低模具費(fèi)用。內(nèi)高壓成形件通常僅需要一套模具，而沖壓件大多需要多套模具。副車架零件由6個(gè)減少到1個(gè)；散熱器支架零件由17個(gè)減少到10個(gè)。（3）減少后續(xù)機(jī)械加工和組裝焊接量。以散熱器支架為例，散熱面積增加43%，焊點(diǎn)由174 個(gè)減少到20個(gè)，裝配工序由13道減少到6道，生產(chǎn)率提高66%。（4）提高強(qiáng)度、剛度、疲勞強(qiáng)度。以散熱器支架為例，垂直方向提高39%；水平方向提高50%。（5）提高材料利用率。內(nèi)高

19、壓成形件的材料利用率為90%95%，而沖壓件材料利用率僅為60%70%。（6）降低生產(chǎn)成本。內(nèi)高壓成形件比沖壓件平均降低生產(chǎn)成本15%20%，模具費(fèi)用降低20%30%。主要缺點(diǎn)：（1）內(nèi)壓高，需要大噸位液壓機(jī)作為合模壓力機(jī)； （2）高壓源及閉環(huán)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)高； （3）零件研發(fā)試制費(fèi)用高。6. 研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及主要研究機(jī)構(gòu)6.1 研究現(xiàn)狀目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)內(nèi)高壓成型的研究主要集中在以下三個(gè)方面，并取得了相應(yīng)的成果。1. 失效形式：內(nèi)高壓成形是在內(nèi)壓和軸向進(jìn)給聯(lián)合作用下的復(fù)雜成形過(guò)程，主要失效形式有起皺和開裂。如果內(nèi)壓過(guò)高，減薄過(guò)度會(huì)引起開裂；如果軸向進(jìn)給過(guò)大，會(huì)引起管子屈曲或起皺。通過(guò)

20、塑性穩(wěn)定性理論可以確定內(nèi)壓力與軸向進(jìn)給的合理匹配區(qū)間，給出臨界開裂壓力和引起失穩(wěn)起皺的最大軸向力。2. 實(shí)驗(yàn)研究：目前通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析確定了內(nèi)高壓成形區(qū)間成形極限圖(FLD)的范圍，研究表明內(nèi)高壓成形的不產(chǎn)生缺陷的成形區(qū)間僅在FLD 圖左側(cè)的一個(gè)很窄的范圍內(nèi)。在實(shí)驗(yàn)研究方面進(jìn)行的主要工作還有：薄管的失效形式及防止措施；內(nèi)壓與軸向位移的合理關(guān)系及控制方法；成形過(guò)程中工件的應(yīng)力應(yīng)變和幾何形狀的測(cè)量；管材的成形極限；內(nèi)高壓成形的摩擦特性；管材性能的測(cè)試方法。3. 數(shù)值模擬：數(shù)值模擬能準(zhǔn)確地反映內(nèi)高壓成形過(guò)程，預(yù)報(bào)成形缺陷，顯示工件貼模與成形情況，給出壁厚分布。而且可以方便地調(diào)整內(nèi)壓與軸向

21、位移的匹配關(guān)系，研究其對(duì)成形缺陷和壁厚分布的影響，以獲得最佳的加載曲線。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與調(diào)整。因此內(nèi)高壓成形的數(shù)值模擬受到各國(guó)研究者和工業(yè)界的重視。數(shù)值模擬采用的軟件主要是動(dòng)力顯示有限元程序如LS-DYNA、PAM-STAMP 等。影響模擬精度的因素有：管材力學(xué)性能的選取，因?yàn)閺陌辶霞庸こ晒懿牡倪^(guò)程會(huì)引起力學(xué)性能的改變；摩擦類型與摩擦系數(shù)的確定；工件與模具的接觸算法。6.2 發(fā)展趨勢(shì)內(nèi)高壓成形技術(shù)近10 年來(lái)在汽車工業(yè)得到廣泛應(yīng)用，汽車減輕質(zhì)量和降低成本的需求又促進(jìn)了內(nèi)高壓成形技術(shù)的不斷改進(jìn)。但與鍛造和沖壓等成形工藝相比，內(nèi)高壓成形還是一項(xiàng)相對(duì)“年輕”的技術(shù)，在設(shè)備、模具、工藝和成

22、形機(jī)理等方面還有許多問題需要深入研究，待開展研究的課題主要有以下幾方面：(1) 管材力學(xué)性能測(cè)試方法。 包括屈服極限和延伸率等常規(guī)力學(xué)性能，n值和r值等成形性能指數(shù)。目前在有限元模擬中使用的n值和r值多為相應(yīng)板材的數(shù)值，而由板材加工為管材性能要發(fā)生改變，使用板材n值和r值會(huì)帶來(lái)誤差。(2) 內(nèi)高壓成形極限圖(FLD)。目前在實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬中使用FLD均為相應(yīng)板材的FLD，如何確定適用于管材內(nèi)高壓成形極限圖，用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，是內(nèi)高壓成形領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。(3)內(nèi)高壓成形摩擦測(cè)定。需要開發(fā)出合理裝置測(cè)定內(nèi)高壓成形送料區(qū)、成形區(qū)和過(guò)渡區(qū)的摩擦系數(shù)，為制定工藝和數(shù)值模擬提供依據(jù)。 (4) 內(nèi)高壓成形件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐的總結(jié)，應(yīng)逐步形成內(nèi)高壓成形件準(zhǔn)則，包括截面形狀、最小圓角、最大膨脹量，最大減薄量、管材彎曲形狀、預(yù)成形以及如何確定初始管材直徑和厚度等。 (5) 模具設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)。與沖壓模具不同，內(nèi)高壓成形模具在成形后期模腔內(nèi)承受高達(dá)400-600MPa 的壓力，在模塊內(nèi)引