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摘要 : 由于节约能源和环保的需要，对板金零件提出了更高要求：a）提高强重比以制造更轻的车体结构；b）提高零件的复杂程度以减少装配零件的数量；c）提高零件的尺寸精度和表面质量以提高最终产品的质量。板料流体介质成形技术正是适应了这一要求而发展的新... 展开由于节约能源和环保的需要，对板金零件提出了更高要求：a）提高强重比以制造更轻的车体结构；b）提高零件的复杂程度以减少装配零件的数量；c）提高零件的尺寸精度和表面质量以提高最终产品的质量。板料流体介质成形技术正是适应了这一要求而发展的新工艺，该工艺是一种采用流体介质作为成形过程软凸模或凹模的板料成形新方法，它特别适合于难变形材料和复杂形状零件的制造，在汽车和航空航天等领域有广阔的应用前景。伴随着这些新工艺的发展，一些变压边力的技术也得到了发展，多点压边技术就是其中的一种，它克服了传统冲压成形的恒定压边力的缺点，通过压边力的合理分布控制法兰处金属的流动，进一步提高板料的可成形性能。作者设计并制造了板料液压成形实验装置，该装置具有低压与高压能量传递的增压器，解决了建立超高压问题；具有比例控制阀的液压控制系统可实现液压室内压力的连续控制。利用该装置在双动压力机上进行了圆筒件充液拉深实验，在不同压边力和液压成形力配置下，得到了不同拉深比的充液拉深试件，最大的拉深比达到了3.0。分析了液压拉深工艺的特点，成形过程中由于反向液体压力的作用，增大冲头与板料间的摩擦力，从而有效的避免了冲头圆角处板料的强烈地减薄，冲头与压边圈间形成的环形小鼓包对板料的后续成形有预强化作用，液体介质沿法兰与凹模间流出可以起到润滑作用，从而有利于法兰金属流入凹模。此外认为合理的模具尺寸设计以及合理搭配压边力和液压成形力是实现大拉深比的关键。为了进一步掌握液压拉深模具设计和确定工艺参数的方法，采用塑性成形理论分析和数值模拟对液压拉深工艺进行了探讨。在进行理论分析时，将圆筒件分为“法兰区”、“己成形区”、“自由变形区”三个部分，并分析了每个区域内的应力状态，得出了相应的理论计算公式，通过这些理论公式可以指导模具设计和工艺参数的设定。在模拟分析时，介绍了板料成形模拟的基本理论，并且详细阐述了用商业有限元软件DYNAFORM和LSDYNA进行板料的液压成形过程模拟的方法。最后通过数值模拟比较了某型号摩托车油箱的带多点压边的传统液压成形和充液拉深工艺，认为充液拉深工艺更适合形状复杂油箱的成形。并且通过数值模拟优化了带多点压边的油箱液压拉深成形时局部小油缸的配置，以及预报了局部小油缸压边力、整体压边力和液压成形力。分析发现常规液压成形适合于成形球类和旋转体类并且圆角半径比较大的零件；充液拉深工艺适合于成形形状复杂和难成形材料的零件如大型覆盖件等。对铝合金阶梯形薄壁件的粘性介质压力成形进行了实验和模拟研究，首先通过细管式流变仪测定了所用粘性介质的流变特性，得到了介质分别为33℃和120℃时的稠度系数和本构关系。在成形实验和成形过程数值模拟中，都选择了恒大压边力、恒小压边力和先小后大的变压边力三种典型加载方式来进行试验，通过对试验及模拟情况、等效应力和应变分布以及厚度减薄等情况的分析，了解并得到了粘性介质压力成形的变形规律和成形特点。发现恒小压边力容易引起法兰起皱，导致介质泄漏而使凸台处无法成形；而过大的压边力又会导致靠近法兰的凸台处破裂。采用变压边力的加载方式，即在板料接触凹模壁前施加较小的压边力让板料在不起皱的条件下充分流入模腔，在同凹模壁接触后施加较大的压边力保证板料在大的作用力下贴模成形，可很好地避免成形过程中的起皱和破裂。其成形件最大厚度减薄率小于20％，且成形件的两个凸台区完全达到要求尺寸。由于粘性介质的特有的力学特性，在成形过程中，它可以在板料上形成非均匀的分布力，因此，粘性介质压力成形工艺可成形圆角半径比较小的零件。比较实验与模拟结果，两者很好的吻合。通过用聚氨脂棒代替小油缸实现局部压边，设计和制造了多点压边成形的试验模具。利用该模具在单动压力机进行了方盒的多点压边成形和常规冲压成形实验，共选择了六种压边力加载方式来进行试验。通过实验发现采用多点压边可成形出50mm深的试件，而常规冲压只能成形出40mm深的试件；数值模拟也发现多点压边成形试件相对于常规冲压成形试件有比较小的等效应力和应变，而且等效应力和应变分布更加均匀和合理，此外厚度减薄相对较小。这说明采用多点压边可以控制法兰的金属流动，从而提高板料的成形性。研究发现合理的配置局部压边力是多点压边拉深成形的关键，而通过数值模拟可以预报这些工艺参数。收起

关键词 : 多点压边常规拉深成形充液拉深数值模拟薄板件流体介质板金零件成形性能

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