基于流动速度场主动控制的三维弯曲管件挤压成形机理研究

弯曲管材以其高比强度和高比刚度在航空航天和汽车领域应用广泛。传统挤压工艺只能加工直线管材，弯曲管材通常由二次加工得到，但弯曲过程中存在外侧壁减薄、破裂,内侧壁增厚、起皱和横截面畸变等缺陷。通常由于模具或坯料几何形状尺寸不对称等因素会造成挤压出口流速不均匀，导致挤压管材出现弯曲现象。受此启发,如果采用主动控制措施,改变原有整体凸模结构为分块凸模，分别控制其下压速度，形成材料非平衡流动，在模具出口处形成速度梯度，控制材料成形截面流量差异，可以得到弯曲的挤压管材。本课题将研究非均匀速度场下材料成形流动模式和分块凸模速度场下材料成形机理;建立弯曲管材挤压形状控制数学模型; 构建机-电-液联能动控制机制，根据输入端分块凸模速度模式控制管材弯曲方向和弯曲半径，研制弯曲管材柔性挤压样机.实现复杂三维弯曲管材挤压弯曲一次成形。

弯曲管材是航空航天、汽车等工业领域的基本零部件。高比强度和高比刚度是弯曲管材作为结构件与传输管线使用的选材依据与出发点。但长期以来传统挤压工艺只能加工直线管材，平面和空间弯曲管材通常由二次加工得到，其高比强度和高比刚度的特点导致二次弯曲过程中存在外侧壁减薄、破裂,内侧壁增厚、起皱和横截面畸变等缺陷，不能满足使用环境对弯曲管材的要求；或者精度控制工艺复杂、加工流程过长，增加制造成本与难度。. 为此，本项目提出并建立了基于流动速度场的分块凸模主动控制三维管材弯曲模型。通过改变挤压过程原有整体凸模为分块凸模结构，分别控制凸模下压速度制造挤压出口变形材料流速不均匀分布，诱导挤压管材向规定方向弯曲，获得一次成形的平面或者空间弯曲管件的新工艺方法。对比利用模具或坯料几何形状尺寸不对称等因素，构造基于流动速度场的方法。该方法通过改变分块凸模间的速度差值，主动制造变形材料的非平衡流动，在模具出口处构造三维空间速度梯度，控制管材弯曲方向和弯曲半径，尤其在制造空间复杂三维弯曲管材方面具有优势。. 主动控制分块凸模间变形材料速度场的研究包括：（1）依据弯曲管材加工对象的使用需求与挤压原理，建立适应弯曲管材形状特征的分块凸模变形工具几何模型；(2) 依据分块凸模变形工具几何模型，研究双凸模非均匀速度场下管材变形材料成形流动模式；（3） 依据非均匀速度场下管材变形材料成形流动模式研究结果，尝试模具或坯料几何形状尺寸不对称等因素构造不均匀流动速度场的方法；(4) 基于双凸模速度差值模型，并通过引入速度差值函数，建立双凸模材料成形流动模型，研究基于分块凸模速度场下，材料流动成形过程中，挤压速度差等因素与临界压缩失稳、不均匀性应力拉伸等对成形制件质量（壁厚均匀性、尺寸误差、形状畸变、表面质量等）的影响；(5) 基于双凸模差速作用与流动速度场原理，研究成形过程中分块凸模成形金属流动速度场与管材弯曲曲率半径间的关系、偏心曲率半径与凸模速度间的关系（速度输入端与弯曲变形输出端响应规律），将弯曲管材曲率与弯曲方向需求映射为双凸模的速度差值与基准速度，主动控制变形材料流动速度场分布。(6) 设计、制造双凸模弯管原型机,研究挤压比系数、摩擦条件、变形温度、模具结构等工艺工具因素的具体影响。. 本项目建立的基于流动速度场的多凸模设计方法已用于双凸模弯管原型机的设计制造，验证了方法的可行性。