薄壁管材内外压复合成形机理研究

研究薄壁管材内外压复合成形新方法及其成形机理。内高压成形时管材外壁为自由表面，沿环向受拉应力，易产生环向开裂。内外压复合成形是在管材外侧，即背向施加可控液压，构成管材外壁的三向压应力状态，可避免或延缓大截面差或低塑性材料管件胀形时开裂，因而提高管材的成形性。主要研究内容：1 管材内外压成形时的失稳行为和缺陷形成机制；2 管材内外压成形时应力应变状态与塑性变形规律；3 管材内外压成形时内压与外压关系对成形性的影响规律。通过该项目研究，揭示外压对管材成形性影响规律，建立管材内外压复合成形理论，为大截面差与低塑性材料管件内高压成形提供一种现实的方法，开辟薄壁管材液压成形新途径。

本课题对薄壁管材内外压复合成形进行了研究。首先改造了内高压成形机控制系统与液压系统，实现了内压与外压按设定曲线精确加载。在原设备使用内压增压器基础上，增加了外压增压器。内压与外压增压器均采用比例阀进行压力伺服控制，两者可以按照设定路径进行加载，压力控制精度为±0.5MPa。. 运用塑性理论分析了外压作用下管坯的应力状态，由于施加了外压，发生塑性屈服时的环向应力降低，静液压应力增加，施加外压提高了管坯的极限应变，因此随外压升高可以获得更大的变形量。. 攻克了薄壁管管坯外压密封关键技术，实现了管坯外压的密封，最高外压为200MPa。研制了管坯内外液压复合成形装置，开展了圆截面管坯内外液压复合成形，重点分析了恒定外压作用下管坯的极限膨胀率与壁厚分布，结果表明施加外压可以提高管坯的极限膨胀率。由此可推断出静液压应力增大使材料抵抗裂纹萌生与扩展的能力增强，因而成形极限提高，实验事实进一步说明内外压复合成形是解决难变形的低塑性材料提高成形极限的有效途径。. 开展了圆截面管坯在方形截面型腔中内外液压复合成形，考察了外压对管坯圆角填充能力及成形性的影响；施加外压后可以获得更小的极限圆角半径，其机理为降低了各向主应力，提高了静水压应力，数值模拟结果表明施加外压对等效应力及等效应变没有影响。. 攻克了管坯分模面密封的关键技术，研制出可实现轴向进给的管坯内外液压实验装置，该装置即可实现管坯同时内压、外压、与轴向进给加载，又可实现模具的开闭，以便取出管坯。初步开展了管坯在内压、外压与轴向进给联合作用下的成形研究，外压对三向应力作用下管坯形成皱纹的形状与位置均有影响。. 通过本课题研究取得了以下研究成果，获得国家科技进步二等奖1项，发表SCI论文4篇，参加国际学术会议并做分组报告2次，国内学术会议2次，申报专利1项。此项实验开创了三向应力作用下的塑性变形时相关参数在可变可控条件下的研究，属于原始性创新，学术意义重大，下一步的研究目标是建立三向应力作用下的管坯成形极限图与三向应力作用下屈服准则的实验研究。