冲击液压成形技术及其基础理论

冲击液压成形技术是指交叉融合冲击成形和液压成形，在充液成形的同时利用高能量液体的瞬间释放转换为成形冲击波进行零件弹塑性变形的一种新型制造技术。在航空航天、汽配、国防建设领域中特种材料复杂构件制造，尤其是针对具有小凹角、小压痕等小特色尺寸的大型复杂曲面成形、整形等方面可以极大减少设备吨位，提高成形精度，减少回弹具有深远应用前景。本项目旨在对冲击充液成形基础理论进行深入研究，包括传递介质内压下冲击波传递及分布规律、加载形式与控制精度的关系、充液并冲击材料统一本构模式及有限元模型建立方法、成形失效的控制策略及成形极限的建立等。在深入了解冲击液压成形本质的基础上，获取特种材料如高强铝合金、不锈钢等在冲击液压成形中的变形规律，以实现对零件冲击液压成形质量的准确预测。通过探求适合工业生产需求的关键技术，提高零件成形精度及质量，对发展推动航空航天、汽车工业轻量化进程具有重要的意义。

在国家自然科学基金项目“冲击液压成形技术及其基础理论（批准号为51175024）”基金支持下，北京航空航天大学机械工程及自动化学院，郎利辉教授实验室，针对我国提升零部件快速超高压充液成形关键技术的战略目标，为改变产品精密化程度低、档次低、工艺柔性化程度低、竞争力弱的现状，面向汽车零件和航空航天、国防科技领理论和技术。.其中重点突破冲击充液冲击波发生装置的设计与制造、不同材料的冲击液压成形性实验、复合成形机理、成形过程的模拟建模、冲击成形中波传递规律等方面。首先根据前人的相关设计经验，结合工艺要求掌握设计冲击充液成形系统的方法和相关关键技术的突破，由于冲击成形时间较短，设计制造快速冲击气缸，将0.5-1.2MPa低压气体膨胀做功推动高压柱塞压缩液体运动，形成液体冲击波，进行小特征成形。在研究中，先后制造了三台200MPa冲击充液成形设备，逐渐总结经验，完善设计，并结合有限元模拟软件对气体冲头等关键部件的形状尺寸进行有限元模拟，获得最有效的冲击能量输出。结合实验中出现的问题并考虑日后的产业化发展，最终设计确定了选用较大质量的液体与气体柱塞，并且根据成形零件的形状尺寸设计柱塞前端面形状的方法。面对没有相应的试验条件的问题，自主设计了一套、两类充液冲击试验工装。用于板材、管材充液冲击成形试验的需求。采用镶块形式满足不同试验需要。.通过将实验结果与有限元模拟结果进行对比，确定了板材在充液冲击成形工艺下适用的材料模型，并通过实验获得了不锈钢304和铝合金2A16的相关力学参数，建立该成形工艺下材料模型。基于椭圆胀形实验，获得充液冲击成形成形极限图。利用单次和多次充液冲击实验获得了多种不同特征的零件，同时针对有孔特征的零件，提出一种新的塑性冲裁方法：以液体作为凸模输出冲击能量实现充液冲击冲裁。为实际生产中对于该种工艺的使用挖掘了更多的可能。.通过多种有限元模拟软件（MSC.Dytran、Ansys、ABAQUS）分别对冲击压缩波传递过程、成形阶段、整个充液冲击成形过程进行有限元精确仿真。根据模拟与实验结果对关键工艺参数进行优化。.项目实施将充液冲击成形基础理论研究与充液成形设备研究紧密联系，采用实验与仿真等多种手段进行理论体系完善。通过工艺配套提高设备整体技术含量和附加值，利于装备制造业的持续发展。为汽配、轻工等复杂制品开辟新的技术路径，抢占科研领先地位，提高我国战略性研究能力。